Державні геодезичні мережі

1. Основні принципи організації геодезичних вимірювань.

В теоретичних дослідженнях і практиці геодезичних робіт особливу увагу приділяється визначення взаємного положення точок, як в плановому відношенні, так і по висоті. Багаторічний досвід виконання такого роду робіт дозволив виробити основні принципові положення, які слід неухильно дотримуватися при організації геодезичних вимірювань. Це дозволяє звести до мінімуму неминучі помилки, не допустити накопичення похибок при переході від точки до точки, повністю позбутися від грубих промахів. Такими принципами є:

перехід «Від загального до конкретного»;

систематичний контроль всіх видів робіт.

Принцип переходу від загального до конкретного дозволяє істотно зменшити накопичення похибок вимірювань. Відповідно до цього принципу геодезичні побудови не повинні бути однорідними, а навпаки, повинні створюватися в кілька етапів. Нехай, наприклад, потрібно визначити взаємне планове положення безлічі точок 1, 2, 3 ... Спочатку виберемо кілька точок, взаємне положення яких визначимо з найвищою точністю. Слід мати на увазі, що високоточні геодезичні роботи дуже дорогі, тому охопити ними відразу всі точки було б нераціонально. Потім побудуємо геодезичну мережу, що включає в себе пункти 1, 2, 3, 4, 5, ..., 12. ця мережа буде мати в якості вихідних даних координати точок 1-4, які, створюючи своєрідний жорсткий каркас, не дозволять нової мережі деформуватися під впливом похибок вимірювань. На наступному етапі подальше згущення мережі, додавши точки 13, 14, ..., 25. побудова, що складається з точок 1-25, буде спиратися на пункти 1-12, отримані на перших двох етапах. Можна уявити собі четвертий, п'ятий і т.д. етапи згущення мережі, що проводяться до тих пір, поки відстані між точками не досягнуть величини, необхідної для виробництва зйомок місцевості, розбивок споруд і т.д. Побудова геодезичної мережі по розглянутій вище схемі відповідно з принципом переходу від загального до конкретного вимагає, щоб точність кожного попереднього етапу була б вище точності подальшого рівно на стільки, наскільки це необхідно для того, щоб похибками вихідних даних можна було б знехтувати.

Принцип систематичного контролю вимагає так організувати геодезичні роботи, щоб на всіх їх стадіях і етапах кожен результат вимірювання, обчислень і побудов був би надійно і неодноразово проконтролювати.

Геодезичні мережі являють собою систему точок, певним чином розміщених та закріплених на місцевості. Положення цих точок в результаті виконання геодезичних вимірювань і обчислень має бути знайдено в єдиній системі координат і висот. Геодезичні мережі, для точок яких отримані тільки координати X, Y або тільки висоти Н, називають плановими або висотними. Якщо пункти, закріплені на місцевості, мають всі три координати X, Y, H, то утворюють їх геодезичні мережі називають планово-висотними. Залежно від ролі в загальній системі створення геодезичної основи на даній території, точності, призначення і густоти геодезичної мережі відповідно до сучасної класифікацією ділять на державні геодезичні, згущення, спеціальні та знімальні.

Державна геодезична мережа є загальнодержавну головну геодезичну основу. У тих місцях, де щільність пунктів головної геодезичної основи недостатня для виконання тих чи інших геодезичних робіт, мережі згущення. Спеціальні геодезичні мережі розвивають у зв'язку з будівництвом інженерних споруд або проведенням будь-яких інших робіт, які висувають до геодезичного забезпечення особливі вимоги. Геодезії мережі представляють собою систему пунктів, безпосередньо з яких виконують зйомку місцевості, перенесення в натуру проекту споруди, різні контрольні виміри і т.п. З цієї причини знімальні мережі називають робочої геодезичної основою.

Крім перерахованих вище способів класифікації, геодезичні мережі поділяються в залежно від способу їх побудови.

2. Методи побудови планів геодезичних мереж.

Обчислення координат пунктів планових геодезичних мереж, яким би способом ці мережі не створювалися, так чи інакше пов'язане з рішенням прямий і зворотній геодезичних завдань.

Пряма геодезична завдання.

Дани координати деякої точки А, а також довжина і дирекційний кут лінії АВ, з'єднує точку А з точкою В. Потрібно обчислити координати точки В.

Позначимо

тоді

Величини і називають приростами координат по осі абсцис і осі координат відповідно. Індекс «АВ» показує, що збільшення координат отримані за стороні АВ. У геометричному сенсі збільшення є ортогональної проекцією сторони АВ на вісь абсцис, так само як є ортогональну проекцію цієї ж лінії на вісь ординат.

З отримаємо:

Якщо для обчислення збільшень використовують румба, то;.

Підставивши у формулу (1) значення збільшень згідно (2), отримаємо:

Обчислення збільшень координат виконують на мікрокалькулятор або за допомогою спеціальних таблиць.

Залежність між дирекційний кутами сторін і горизонтальним кутом між ними.

В ряді геодезичних побудов дирекційний кут, необхідний для вирішення прямої геодезичної задачі по стороні АВ, буває невідомий і його доводиться обчислювати за дирекційного кутку сторони АС, що становить з АВ горизонтальний кут.

або , (3)

де і - горизонтальні кути між лініями АС і АВ, відповідно, з лівого і правого сторони по відношенню до САВ.

Якщо замість задано зворотний по відношенню до нього дирекційний кут, то визначивши, підставимо його у формули (3) отримаємо:

(4)

або

. (5)

Якщо вважати, що ми рухаємося від лінії СА до лінії АВ, то дирекційний кут подальшої сторони (в даному випадку АВ) буде дорівнює дирекційного куті попередньої сторони (в даному випадку СА), зміненого на 180, плюс лівий або мінус правий горизонтальний кут між цими сторонами по відношенню до прийнятого напрямку руху.

Зворотній геодезична завдання.

Зворотній геодезична завдання полягає в тому, що за координатами двох точок знаходять довжину і дирекційний кут, що з'єднує їх лінії. Нехай дані координати точки А і точки В. Перш за все знайдемо приріст координат;.

Потім по теоремі Піфагора обчислимо довжину сторони:

Після цього отримаємо величину румба напрямки АВ:

контроль:

Можливий інший шлях вирішення задачі, коли, обчисливши приросту координат, перш за все знаходять румба і дирекційний кут, а вже потім довжину сторони:

В основу найбільш розповсюджених способів покладено єдиний принцип, відповідно до якого на місцевості будують ті чи інші геометричні фігури, що дозволяють встановити геометричну зв'язок між точками що розвиваються геодезичних мереж. Для реалізації такого зв'язку у згаданих фігурах вимірюють з необхідною точністю кути і сторони. Залежно від типу і розмірів фігур, використовуваних для побудови мереж, а також від того, які елементи і з якою точністю в цих фігурах вимірюються, розрізняють кілька способів визначення координат точок місцевості.

Триангуляція - Один з методів створення планових геодезичних мереж на основі побудови та рішення трикутників по вимірюються кутах. Триангуляція являє собою систему примикають або перекривають один одного трикутників, які можуть утворювати тріангуляціонний ряд або тріангуляціонную мережу. Сторону одного з трикутників вимірюють безпосередньо або отримують непрямим шляхом, побудувавши так звану базисну мережу, що складається, як правило, з ромбів з різними за довжині діагоналями. Решта боку тріангуляціонного ряду або мережі знаходять шляхом послідовного рішення трикутників по кутах та стороною, використовуючи терема синусів.

Відомо, що для вирішення трикутника досить виміряти в ньому, крім боку, дві кута. Однак при побудові тріангуляції в кожному трикутнику вимірюють всі три кута. Це дозволяє проконтролювати результати кутових вимірів і, крім того, у результаті спеціальних зрівняльних обчислень кілька підвищити точність кінцевого результату. З цією ж метою вимірюють довжину не одного боку ряду або мережі, а двох і більше. У разі потреби в схемі тріангуляції передбачають перекриття трикутників, що також поліпшує якість побудови.

Після того, як будуть обчислені довжини сторони трикутників, знаходять координати їх вершин. Для цього в якості вихідних даних необхідно мати координати однієї з точок і дирекційний кут (азимут) однієї зі сторін мережі. Потім за цими сторонам послідовно вирішують прямі геодезичні задачі і таким чином визначають планове положення вершин мережі.

Трілатерація - Як і тріангуляція, є побудова, що складається з трикутників. Однак у цих трикутниках вимірюють не кути, а довжини сторін. Тріангуляцію і трілатерацію застосовують у тих випадках, коли існує видимість на великі відстані.

Полігонометрія - Метод, в основу якого покладено поиберем кілька точок, взаємне положення яких визначимо з найвищою точностью.борот, повинні створюватися в кілька етстроеніе на місцевості зімкнутих або розімкнутих багатокутників ( ходів), в яких вимірюють горизонтальні кути між сусідніми сторонами і довжини сторін. Метод полігонометрії застосовують зазвичай в закритій місцевості, де важко забезпечити видимість на великі відстані.

Геодезичні зарубки застосовують, як правило, для визначення координат окремих точок. У Як вихідні дані використовують пункти існуючих геодезичних мереж, а в якості вимірюваних величин - горизонтальні кути і відстані.

Планове положення точки визначається двома її координатами X, Y, тому для реалізації будь-який зарубки необхідно виміряти, як мінімум, дві незалежні величини ( кути, відстані), будь-яким чином зв'язують визначену точку з вихідними пунктами.

Найбільше поширення в практиці створення геодезичної планової основи отримали пряма і зворотна (бічна) кутові зарубки, а також завдання Потенота ( визначення положення четвертої точки по трьох даними).

Сутність прямий кутовий зарубки полягає в тому, що шукану точку знаходять як перетин двох напрямків і з твердих (вихідних) пунктів і. Направлення на визначену точку задають, вимірявши горизонтальні кути і з вихідною стороною.

Спочатку вирішують, в результаті чого знаходять довжини сторін.

Потім обчислюють дирекційний кути цих сторін:

Вирішивши прямі геодезичні задачі на всі боки і, отримують координати точки:

Для того, щоб проконтролювати результат рішення прямий кутовий зарубки, точку «Засікає» з якого-небудь третього вихідного пункту (пункту С) і вирішують завдання ще раз з новою комбінацією напрямків.

При виборі вихідних пунктів для виконання зарубки керуються міркуванням, що за інших рівних умов завдання вирішується тим точніше, чим ближче кут до 90. Не допускається виконувати пряму кутову зарубки, якщо цей кут менше 30 і більше 150.

В виробничих умовах може виявитися, що один з опорних пунктів, наприклад, недоступний для вимірювання на ньому горизонтального кута. У такому випадку пряме напрям «засікає» не з початкової точки, а з визначеного пункту «На себе», як би у зворотній бік, тому таку схему визначення координат точки називають зворотного кутовий зарубкою. Послідовність і сутність рішення зворотного кутовий зарубки збігається з послідовністю і суттю рішення прямий кутовий зарубки.

Координати окремої точки можна отримати за схемою, що називається «завданням Потенота», не виконуючи ніяких вимірів на вихідних пунктах. Визначення координат точки з трьом вихідним пунктам особливо ефективно, коли ці пункти недоступні для вимірювання горизонтальних кутів. Схема реалізується шляхом вимірювання в обумовленої точки кутів і, утворених напрямками на опорні точки.

Завдання може бути вирішена різними способами: аналітичним, графічним, змішаним. Однак геометричний зміст будь-якого рішення полягає в тому, що вихідна точка виходить в перетині двох кіл і, з яких перший задана хордою і кутом, другий - хордою і кутом. Завдання має невизначений рішення, якщо обидві кола повністю співпадуть. Це відбудеться в тому випадку, коли шукана точка знаходиться на «небезпечній коло», що проходить через три вихідних пункту.

В населеному пункті з прямокутними кварталами або в лісі з просіками для створення планових геодезичних мереж можуть застосовуватися побудови у вигляді примикають один до одного чотирикутників без діагоналей, в яких вимірюють сторони і кути.

Для визначення взаємного положення точок, розташованих на значній відстані один від одного, в даний час використовують методи космічної геодезії, засновані на синхронної зарубки з обумовлених та вихідних пунктів штучних супутників Землі.

Особливе місце в практиці побудови планових геодезичних мереж на неосвоєних в геодезичному відношенні територіях займають астрономічні методи визначення координат і азимутів. Результати таких визначень використовують як вихідних даних для новостворюваних планових геодезичних мереж.

3. Класифікація державних планових геодезичних мереж.

Державна планова геодезична мережа є головною геодезичної основою для виконання геодезичних робіт при дослідженнях, будівництві та експлуатації інженерних споруд, при виробництві топографічних зйомок, вирішенні наукових проблем, а також при забезпеченні військових дій. Державна планова геодезична мережа будується відповідно до принципу переходу від загального до приватному і ділиться на 1, 2, 3, 4 класи, що відрізняються один від одного по точності вимірювання кутів і ліній, розмірами сторін і способу закріплення точок на місцевості.

Державна мережу 1-го класу геодезичної служить основою для побудови всіх інших планових мереж. За допомогою цієї мережі на території країни вводиться єдина система координат. Результати вимірювання в мережах 1-го класу використовуються для вирішення наукових геодезичних задач.

Державна геодезична мережа 1-го класу створюється у вигляді тріангуляціонних рядів, прокладають вздовж паралелей і меридіанів на відстані прімерно200 км один від одного. Ряди, що йдуть уздовж паралелей і меридіанів, перетинаючись один з одним, утворюють полігони периметром 800-1000 км. Кожна з чотирьох боків цього полігону, що називається ланкою, складається з трикутників, близьких до рівностороннім, з відстанню між вершинами не менше 20 км. На кінцях ланок, тобто в вершинах полігонів, вимірюють довжину однієї зі сторін з відносною похибкою не більше 1:400 000. у пунктах що лежать на кінцях таких сторін, виконують астрономічні вимірювання широти, довготи та азимуту. Горизонтальні кути в трикутниках 1-го класу вимірюють високоточними теодолітами з середньою квадратичне похибкою 0.7 ``. в тих районах, де за умовами місцевості побудова тріангуляції пов'язане зі значними труднощами, її змінюють ходами полігонометрії 1-го класу.

Державна мережу 2-го класу робиться суцільний. Вона заповнює собою полігони 1-го класу і спирається на їх пункти. Трикутники мають боку довжиною 7-20 км. Горизонтальні кути в трикутниках мережі вимірюють із середньою квадратичне похибкою 1.0 ``, а сторони - з відносною помилкою не більше 1:300 000. вимірювані сторони мають в своєму розпорядженні рівномірно по всій мережі, але не рідше, ніж через 25 трикутників. Допускається заміна тріангуляції полігонометричних ходами 2-го класу.

Державні мережі 3-го і 4-го класів призначені для згущення мережі пунктів 1 і 2 класів. Їх будують у вигляді вставок окремих пунктів в існуючу мережу вищих класів. Довжини сторін трикутників мережі 3-го і 4-го класів становлять відповідно 5-8 км і 2-5 км при відносної похибки вимірюваних сторін не більше 1:200 000. кути вимірюють із середньою квадратичне похибкою 1.5 і 2. замість тріангуляції дозволяється застосовувати полігонометричних ходи 3 і 4 класів.

Закріплення на місцевості пунктів державної геодезичної планової мережі вивиконується спеціальними стійкими та довгостроковими центрами. Залежно від характеру грунту та інших фізико-географічних умов місцевості застосовують різні конструкції центрів. Найважливішою частиною будь-якого центру є чавунна марка з невеликим, розташованому посередині, отвором, що позначає закріплюється точку геодезичної мережі. Кожен центр має декілька дублюючих один одного чавунних марок, розташованих на різній глибині, але на одній стрімкої лінії.

Оскільки в державних геодезичних мережах відстані між пунктами становлять від двох до двадцяти і більше кілометрів, то забезпечити видимість між такими пунктами з землі неможливо. Крім того, атмосфера в безпосередній близькості від землі істотно впливає на похибки результатів вимірювань. За цими причин на пунктах державних планових геодезичних мереж будують спеціальні споруди, геодезичні сигнали або піраміди.

З допомогою геодезичних сигналів теодоліт при вимірюванні кутів встановлюється високо над землею. Для геодезиста на рівні, зручному для роботи з теодолітом, споруджується спеціальний майданчик з огорожею, сходами і дахом. На даху встановлюється візирним барабан для наведення на дану точку з суміжних пунктів мережі. За конструкцією сигнали поділяються на прості і складні. Прості сигнали мають висоту до 15 м, складні - 40 м і більше. Геодезичні піраміди влаштовані більш просто. Їх висота, як правило, не перевищує 10 м. матеріалом для виготовлення сигналів і пірамід часто слугує дерево і метал.

Каталоги координат пунктів планових геодезичних мереж є основним підсумковим документом робіт зі створення головної геодезичної основи. Вони складаються в відповідно до встановлених вимог і містять відомості про назву пунктів, їх класі і місцеположення, тип центру і знака, дати їх побудови. Координати пункту наводяться в каталозі з зазначенням системи координат, в якій вони отримані. Крім того, в каталог вписують довжини і дирекційного кути сторін мережі.

Каталоги зберігаються в підрозділах ГУГК СРСР, Госкартфонде і Госгеонадзоре. За спеціальними запитами організацій, що виконують ті або інші геодезичні роботи, робляться виписки з каталогів на вказану в запиті територію.

4. Державна висотна основа.

Державна геодезична висотна основа, як і планова, будується відповідно до принципу переходу від загального до конкретного і підрозділяється на чотири класи. Всі чотири класу створюються методом геометричного нівелювання.

нівелірних мережа 1 - го класу має найвищу точність. Ходи нівелювання 1-го класу прокладають за спеціально розробленими, з урахуванням геофізичної ситуації, маршрутами між основними морями. Середня квадратична похибка нівелювання складає 0.5 мм на 1 км ходу при систематичної помилку не більше 0.05 мм. Характерною особливістю нівелювання першого класу є те, що його періодично повторюють за тими ж маршрутами, в результаті чого отримують дані для аналізу вертикальних рухів земної кори.

нівелірних мережа 2 - го класу будується з опорою на нівелірних мережу 1-го класу у вигляді полігонів периметром 500-600 км. Висотна нев'язки в полігонах не повинна перевищувати мм, де - периметр полігону в км. За допомогою ходів нівелювання 1-2 класів на всій території країни вводиться єдина Балтійська система висот.

Нівелювання мережі 3 - го і 4 - го класів служать для мереж згущення 1 та 2 класу. Ходи нівелювання 3 і 4 класів повинні спиратися з обох кінців на закріплені точки ходів вищих класів або утворювати зімкнуті полігони. Висотна нев'язки ходів не повинна перевищувати та мм для 3 і 4 класів відповідно. У нівелірних мережа 3 і 4 класів обов'язково включають всі пункти планової державної геодезичної основи.

Закріплення головної висотної геодезичної основи на місцевості виконується незалежно від класу нівелювання постійними знаками через 5-7 км, а у важкодоступних районах - через 10-15 км. Крім того, для закріплення точок нівелірних ходів використовуються довготривалі кам'яні або залізобетонні споруди, в цокольній частини яких на цементному розчині встановлюють стінні репери і марки. Такі ж репери можуть встановлюватися в стрімких скелях. Нівелірних ходи 1 та 2 класів закріплюються додатково через 50-60 км фундаментальними ( капітальними) реперами, що забезпечують стабільність закріпленої точки в протягом тривалого часу. Каталоги висот реперів складаються. Зберігаються і використовуються так само, як і каталоги координат.

5. Знімальні геодезичні мережі.

Знімальна геодезична основа являє собою мережу пунктів, які використовуються в як станцій при зйомці ситуації рельєфу. Густота таких пунктів і спосіб їх побудови залежать від масштабу і методики зйомки, а також від характеру місцевості. Вихідними даними для побудови знімальної геодезичної основи служать пункти і сторони опорних мереж. Під час картографування невеликих територій знімальна мережа може розвиватися самостійно. У будь-якому разі густота знімальної мережі має бути достатньою для виробництва зйомки місцевості у заданому масштабі. Гранична похибка визначення координат точок знімальної основи щодо вихідних пунктів не повинна перевищувати 0.2 мм в масштабі зйомки, тобто 10, 20, 40, 100 см в масштабах відповідно 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000. для несприятливих умов місцевості (залісення або зрита поверхню) ці допуски збільшуються в півтора рази.

Побудова знімальної мережі виконують шляхом прокладання теодолітних, нівелірних, теодолітних-нівелірних, теодолітних-висотних, тахеометричних, мензульних ходів, рядів мікро-тріангуляції і чотирикутників без діагоналей, а також різноманітними геодезичними зарубками. У знімальних мережах значення координат обчислюють з точністю до 0.01 м (в ходах тригонометричного нівелювання).

Точки знімальної мережі закріплюють на місцевості звичайно тимчасовими центрами.

Список літератури

1. Стороженко А. Ф., Некрасов О. К. «Інженерна геодезія» - Москва «Надра», 1993.

2. Захаров А. И. «Геодезичні прилади» - Москва «Надра», 1989.

3. Скогорев В. П. «Лазери в геодезії» - Москва «Надра», 1987.

4. Пискунов М. Е., Крилов М. Н. «Геодезія при будівництві газових, водопровідних і каналізаційних мереж та споруд »- Москва« Стройиздат », 1989.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://revolution.allbest.ru