В настоящее время наиболее эффективным методом создания геодезической сети, включая и геодезические сети сгущения , является метод, связанный со спутниковыми технологиями (ГЛ0НАСС, GPS). Однако этот метод требует наличия приемной аппаратуры, высокая стоимость которой препятствует широкому ее использованию. Поэтому наряду с высокоэффективными спутниковыми технологиями используют и традиционные методы. Следует заметить, что при выполнении геодезических работ в закрытых помещениях и в стесненных условиях, когда наблюдение созвездия спутников невозможно или затруднительно, традиционные методы являются единственно возможными для решения многих задач.
Геодезические сети сгущения строят методами триангуляции и полигонометрии для сгущения государственной геодезической сети до плотности, необходимой для создания съемочного обоснования съемок крупного масштаба. Триангуляцию 1 и 2-го разрядов развивают в открытой и горной местности. Там, где триангуляцию 1 и 2-го разрядов выполнить по условиям местности невозможно или нецелесообразно, развивают полигонометрическую сеть 4-го класса, 1 и 2-го разрядов. Необходимо отметить, что полигонометрия 4-го класса для крупномасштабных съемок по сравнению с государственной выполняется с пониженной точностью.
При создании полигонометрии выполняют весь комплекс основных геодезических работ: угловые и линейные измерения, нивелирование. Углы на пунктах полигонометрии измеряют способом отдельного угла или круговых приемов оптическими теодолитами типа. Т1, Т2, Т5 с точностью центрирования 1 мм. Высоты на все пункты полигонометрии передаются нивелированием IV класса или техническим. Линии измеряют непосредственно: светодальномерами, подвесными мерными приборами или косвенно - длины сторон хода вычисляют по вспомогательным величинам.
При проведении различных народнохозяйственных, в том числе и землеустроительных, мероприятий на большой территории необходимы топографические карты и планы, составленные на основе сети геодезических пунктов, плановое положение которых на земной поверхности определено в единой системе координат, а высотное - в единой системе высот. При этом геодезические пункты могут быть только плановыми или только высотными или одновременно - плановыми и высотными.
Сеть геодезических пунктов располагается на местности согласно составленному для нее проекту. Пункты сети закрепляются на местности особыми знаками.
Построенная на большой территории в единой системе координат и высот геодезическая сеть дает возможность правильно организовать работу по съемке местности. При наличии такой сети съемка может производиться независимо в разных местах, что не вызовет затруднения при составлении общего плана или карты. Кроме того, использование сети геодезических пунктов приводит к более равномерному распределению по территории влияния погрешностей измерений и обеспечивает контроль выполняемых геодезических работ.
Геодезические сети строятся по принципу перехода от общего к частному, т. е. вначале на большой территории строится редкая сеть пунктов с очень высокой точностью, а затем эта сеть сгущается последовательно по ступеням пунктами, построение которых производится на каждой ступени с меньшей точностью. Таких ступеней сгущения бывает несколько. Сгущение геодезической сети производится с таким расчетом, чтобы в результате получилась сеть пунктов такой плотности (густоты) и точности, чтобы эти пункты могли служить непосредственной опорой для предстоящей съемки.
Плановые геодезические сети строятся в основном методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации.
Метод триангуляции состоит в том, что строят сеть треугольников, в которой измеряют все углы треугольников и как минимум две стороны на разных концах сети (вторую сторону измеряют для контроля измерения первой стороны и установления качества всей сети). По длине одной из сторон и углам треугольников определяются стороны всех Треугольников сети. Зная дирекционный угол одной из сторон сети и координаты одного из пунктов, можно затем вычислить координаты всех пунктов.
Метод полигонометрии заключается в построении сети ходов, в которых измеряют все углы и стороны. Полигонометрические ходы отличаются от теодолитных более высокой точностью измерения углов и линий. Этот метод применяется обычно в закрытой местности. Внедрение в производство электромагнитных дальномеров делает целесообразным применение полигонометрии и в открытой местности.
Метод трилатерации состоит в построении сети треугольников с измерением всех сторон треугольников. В некоторых случаях создаются линейно-угловые сети, представляющие собою сети треугольников, в которых измерены стороны и углы (все или в необходимом их сочетании).
Плановые геодезические сети делятся на государственную геодезическую сеть; сети сгущения 1 и 2 разрядов; съемочное обоснование - съемочную сеть и отдельные пункты.
С точки зрения геометрии любая геодезическая сеть – это группа зафиксированных на местности точек, для которых определены плановые координаты (X и Y или B и L) в принятой двухмерной системе координат и отметки H в принятой системе высот или три координаты X, Y и Z в принятой трехмерной системе пространственных координат.
Геодезическая сеть России создавалась в течение многих десятилетий; за это время изменились не только классификация сетей, но и требования к точности измерений в них.
Геодезические сети по назначению и точности построения подразделяются на три большие группы:
- государственные геодезические сети (ГГС);
- геодезические сети сгущения (ГСС);
- геодезические съемочные сети.
Насущной задачей нынешнего периода является создание единой классификации всех существующих и перспективных геодезических сетей, которая бы соответствовала международным стандартам.
Государственная геодезическая сеть (ГГС) является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворять требованиям народного хозяйства и обороны страны при решении соответствующих научных и инженерно-технических задач. Плановая сеть создается методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации и их сочетаниями; высотная сеть создается построением нивелирных ходов и сетей геометрического нивелирования. Государственная геодезическая сеть подразделяется на сети 1, 2, 3 и 4-го классов, различающиеся точностью измерений углов, расстояний и превышений, длиной сторон сети и порядком последовательного развития.
Государственная геодезическая сеть 1-го класса, называемая еще астрономо-геодезической сетью (АГС) , строится в виде полигонов периметром около 800…1000 км, образуемых триангуляционными или полигонометрическими звеньями длиной не более 200 км и располагаемыми по возможности вдоль меридианов и параллелей.
Государственная геодезическая сеть 2-го класса строится в виде триангуляционных сетей, сплошь покрывающих треугольниками полигоны, образованные звеньями триангуляции или полигонометрии.
Требования к точности измерения горизонтальных углов и расстояний в триангуляции приведены в таблице 1, в полигонометрии – в таблице 2.
Таблица 1. — Точность измерения горизонтальных углов и расстояний в триангуляции.
Таблица 2. — Точность измерения горизонтальных углов и расстояний в полигонометрии.
| Класс сети | Ср. кв. ошибка измерения углов, угл. мин | Относительная ошибка стороны хода | Длина стороны хода, км |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,4 | 1:300 000 | >20…25 |
| 2 | 1,0 | 1:250 000 | 7…20 |
| 3 | 1,5 | 1:200 000 | >3 |
| 4 | 2,0 | 1:150 000 | >2 |
Кроме того, должны быть выполнены условия по количеству сторон в ходе, по длине периметра полигонов и некоторые другие.
Средние квадратические ошибки измерения превышений на 1 км хода в нивелирных ходах и сетях I, II, III, IY классов равны 0.8; 2.0; 5 и 10 мм соответственно; предельные ошибки на 1 км хода приняты равными 3; 5; 10 и 20 мм соответственно.
Для топографических съемок в Инструкции 1966 г. установлены следующие нормы плотности пунктов ГГС:
- для съемок в масштабах 1:25 000 и 1:10 000 – один пункт на 50…60 км 2 ;
- для съемок в масштабах 1:5 000 – один пункт на 20…30 км 2 ;
- для съемок в масштабах 1:2 000 и крупнее – один пункт на 5…15 км 2 .
В труднодоступных районах плотность пунктов ГГС может быть уменьшена, но не более чем в 1.5 раза.
На территории городов, имеющих не менее 100 000 жителей или занимающих площадь в пределах городской черты не менее 50 км 2 , плотность пунктов ГГС должна быть доведена до одного пункта на 5…15 км 2 .
Геодезические сети сгущения (ГCС) являются планово-высотным обоснованием топографических съемок масштабов от 1:5 000 до 1:500, а также служат основой для производства различных инженерно-геодезических работ. Они создаются методами триангуляции и полигонометрии. По точности измерения углов и расстояний полигонометрия ГСС бывает 4-го класса, 1-го и 2-го разрядов (таблица 3).
Таблица 3. — Точности измерения углов и расстояний полигонометрии 4-го класса, 1-го, 2-го разрядов.
Следует подчеркнуть, что измерения в 4-м класс полигонометрии ГСС выполняются со значительно меньшей точностью, чем в 4-м классе ГГС.
Плотность пунктов ГСС должна быть доведена до одного пункта на 1 км 2 на незастроенной территории и до четырех пунктов на 1 км 2 на территории населенных пунктов и на промплощадках.
Государственную геодезическую сеть 4-го класса можно считать переходным видом сетей между ГГС и ГСС.
Отметки пунктов ГСС определяются из нивелирования IY класса или из технического нивелирования.
Геодезические съемочные сети служат непосредственной основой топографических съемок всех масштабов. Они создаются всеми возможными геодезическими построениями; плотность их пунктов должна обеспечивать высокое качество съемки. Отметки пунктов съемочных сетей разрешается получать из технического нивелирования (при высоте сечения рельефа h ≤ 1 м) или из тригонометрического нивелирования (при высоте сечения h ≥ 1 м).
На территории России кроме ГГС, ГСС, ГНС (государственной нивелирной сети) существуют и другие виды геодезических сетей:
- фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС);
- государственная фундаментальная гравиметрическая сеть (ГФГС);
- доплеровская геодезическая сеть (ДГС);
- космическая геодезическая сеть (КГС);
- спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1);
- спутниковая дифференциальная геодезическая сеть (СДГС).
Создание геодезических сетей любого класса и разряда осуществляется по заранее разработанным и утвержденным проектам. В проекте должна быть составлена схема сети (схема размещения пунктов сети и их связей), обоснованы типы центров и знаков, определены объемы измерений и их точность, выбраны приборы для измерения углов, расстояний, превышений и разработана методика измерений.
Проектирование триангуляции, трилатерации и сложных произвольных сетей выполняется, как правило, на ЭВМ по специальным программам.
Геодезические сети сгущения развиваются на основе государственной геодезической сети и служат для обоснования крупномасштабных съемок, а также для ведения инженерно-геодезических работ на строительных участках крупных промышленных объектов.
Плановые геодезические сети сгущения создаются в виде триангуляции (триангуляционные сети) и полигонометрии 1 и 2 разрядов.
Триангуляция 1 разряда развивается в виде сетей и цепочек треугольников со стороной 1-5 км, а также путем вставок отдельных пунктов в сеть высшего класса. Углы измеряются со средней квадратической погрешностью не более 5", относительная погрешность выходных сторон - не более 1: 50 000.
Триангуляция 2 разряда строится так же, как триангуляция 1 разряда; кроме того, положение пунктов 2 разряда может определяться прямыми, обратными и комбинированными геодезическими засечками. Длины сторон треугольников в сетях 2 разряда принимаются от 0,5 до 3 км, средняя квадратическая погрешность измерения углов -10", относительная погрешность выходных сторон - не более 1:20 000.
Полигонометрия 1 и 2 разрядов создается в виде одиночных ходов или систем с узловыми точками, длины сторон которых принимаются в среднем равными, соответственно, 0,3 и 0,2 км. Средняя квадратическая погрешность измерения углов в ходах полигонометрии 1 разряда - 5", относительная погрешность измерения длин - 1:10 000.
В полигонометрии 2 разряда точность угловых и линейных измерений в 2 раза ниже по сравнению с полигонометрией 1 разряда.
На все пункты геодезических сетей сгущения должны быть переданы отметки нивелированием IV класса или техническим нивелированием. В горной местности допускается передача отметок точек тригонометрическим нивелированием.
Съемочное обоснование развивается от пунктов государственных геодезических сетей и геодезических сетей сгущения. Съемочные сети создаются построением съемочных триангуляционных сетей, проложением теодолитных, тахеометрических и мензульных ходов, прямыми, обратными и комбинированными засечками. При развитии съемочного обоснования одновременно определяется, как правило, плановое и высотное положение точек. Высоты точек съемочных сетей определяются тригонометрическим или геометрическим нивелированием.
1:1000
1:2000
1:5000
Масштаб съемки
Число пунктов на 1 кв. км
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ СГУЩЕНИЯ И СЪЕМОЧНЫЕ СЕТИ
Съемочные геодезические сети (геодезическое съемочное
обоснование) создаются для сгущения геодезической сети до плотности, обеспечивающей выполнение топографической съемки.
Плотность съемочных сетей определяется масштабом съемки, характером рельефа местности, а также необходимостью обеспечения инженерно-геодезических, маркшейдерских и других работ для целей изыскания, строительства и эксплуатации сооружений.
Теодолитным ходом называют систему закрепленных на местности точек, координаты которых определены из измерений горизонтальных углов и длин сторон хода. По форме и полноте исходных данных линейно-угловые ходы подразделяются на следующие виды:
разомкнутый ход - исходные пункты с известными координатами и исходные дирекционные углы есть в начале и в конце хода;
замкнутый теодолитный ход - начальный и конечный пункты хода совмещены; один пункт хода имеет известные координаты и называется исходным пунктом; на этом пункте должно быть исходное направление с известным дирекционным углом, и измеряется примычный угол между этим направлением и направлением на второй пункт хода.
свободный теодолитный ход не имеет исходных пунктов и исходных дирекционных углов ни в начале, ни в конце хода; висячий линейно-угловой ход имеет исходный пункт с известными координатами и исходный дирекционный угол только в начале хода.
Длины сторон между точками теодолитных ходов колеблются в пределах от 20 до 350м. Предельно допустимая длина ходов зависит от масштаба съемки.
Масштаб съемки |
Длина хода, км |
||
На застроенной территории |
На незастроенной территории |
||
Углы поворотов на точках ходов измеряют теодолитом со средней квадратической ошибкой 0,5′одним приемом. Расхождение значений углов в полуприемах допускается не более 0,8′. Длину линий в ходах измеряют светодальномерами или рулетками. Каждую сторону измеряют дважды – в прямом и обратном направлениях. Расхождения в измеренных значениях допускается в пределах 1:2000 от измеряемой длины линии.
Пункты геодезических сетей закрепляются на местности подземными центрами, которые должны обеспечивать неизменность положения и сохранность пункта в течение продолжительного времени.
Типы подземных центров устанавливаются в зависимости от физико- географических условий региона, состава грунта и глубины сезонного промерзания грунта. Например, центр пункта государственной геодезической сети 1-4 классов типа 1 состоит из железобетонного пилона сечением 16Х 16 см (или асбоцементной трубы 14-16 см, заполненной бетоном) и бетонного якоря. Пилон
цементируется в якорь.
Основание центра должно располагаться ниже глубины сезонного промерзания грунта не менее 0,5 м и не менее 1,3 м от поверхности земли. В верхней части знака на уровне поверхности земли бетонируется чугунная марка с указанием точки, к которой, относятся координаты пункта. В 1 - 1,5м от центра устанавливается опознавательный столб с охранной плитой.
ЗАКРЕПЛЕНИЕ И ОБОЗНАЧЕНИЕ НА МЕСТНОСТИ ПУНКТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ
Пункты высотной геодезической сети закрепляются грунтовыми реперами, стенными реперами и марками. Грунтовый репер в верхней части имеет чугунную марку; отметка репера относится к верхней точке полусферического выступа марки.
Высоту стенного репера определяют для верхней грани выступа, а высоты марок-для центра отверстия, сделанного в диске. В качестве внешнего оформления стенного репера служит охранная плита, отлитая из чугуна. Она закрепляется в стене здания или сооружения рядом со стенным репером или над ним.
Большая часть пунктов съемочных сетей закрепляется временными знаками, представляющими собой деревянные колья или металлические трубки длиной не менее 40-50 см, которые забивают вровень с поверхностью земли, центром деревянного временного знака служит гвоздь, вбитый в верхний торец кола. Для облегчения отыскания такого знака рядом с ним забивают сторожок высотой 30 см.
В настоящее время наиболее эффективным методом создания геодезической сети, включая и геодезические сети сгущения, является метод, связанный со спутниковыми технологиями (ГЛ0НАСС, GPS). Однако этот метод требует наличия приемной аппаратуры, высокая стоимость которой препятствует широкому ее использованию. Поэтому наряду с высокоэффективными спутниковыми технологиями используют и традиционные методы. Следует заметить, что при выполнении геодезических работ в закрытых помещениях и в стесненных условиях, когда наблюдение созвездия спутников невозможно или затруднительно, традиционные методы являются единственно возможными для решения многих задач. Остановимся на традиционных методах сгущения геодезической сети подробнее.
Геодезические сети сгущения строят методами триангуляции и полигонометрии для сгущения государственной геодезической сети до плотности, необходимой для создания съемочного обоснования съемок крупного масштаба. Триангуляцию 1 и 2-го разрядов развивают в открытой и горной местности. Там, где триангуляцию 1 и 2-го разрядов выполнить по условиям местности невозможно или нецелесообразно, развивают полигонометрическую сеть 4-го класса, 1 и 2-го разрядов. Необходимо отметить, что полигонометрия 4-го класса для крупномасштабных съемок по сравнению с государственной выполняется с пониженной точностью.
Характеристика триангуляции 1 и 2-го разряда и полигонометрии 4-го класса, 1 и 2-го разрядов приведена в таблице 1.
При создании полигонометрии выполняют весь комплекс основных геодезических работ: угловые и линейные измерения, нивелирование. Углы на пунктах полигонометрии измеряют способом отдельного угла или круговых приемов оптическими теодолитами типа. Т1, Т2, Т5 с точностью центрирования 1 мм. Высоты на все пункты полигонометрии передаются нивелированием IV класса или техническим. Линии измеряют непосредственно: светодаль-номерами, подвесными мерными приборами или косвенно -- длины сторон хода вычисляют по вспомогательным величинам.
При проведении различных народнохозяйственных, в том числе и землеустроительных, мероприятий на большой территории необходимы топографические карты и планы, составленные на основе сети геодезических пунктов, плановое положение которых на земной поверхности определено в единой системе координат, а высотное -- в единой системе высот. При этом геодезические пункты могут быть только плановыми или только высотными или одновременно -- плановыми и высотными.
Сеть геодезических пунктов располагается на местности согласно составленному для нее проекту. Пункты сети закрепляются на местности особыми знаками.
Построенная на большой территории в единой системе координат и высот геодезическая сеть дает возможность правильно организовать работу по съемке местности. При наличии такой сети съемка может производиться независимо в разных местах, что не вызовет затруднения при составлении общего плана или карты. Кроме того, использование сети геодезических пунктов приводит к более равномерному распределению по территории влияния погрешностей измерений и обеспечивает контроль выполняемых геодезических работ.
Геодезические сети строятся по принципу перехода от общего к частному, т. е. вначале на большой территории строится редкая сеть пунктов с очень высокой точностью, а затем эта сеть сгущается последовательно по ступеням пунктами, построение которых производится на каждой ступени с меньшей точностью. Таких ступеней сгущения бывает несколько. Сгущение геодезической сети производится с таким расчетом, чтобы в результате получилась сеть пунктов такой плотности (густоты) и точности, чтобы эти пункты могли служить непосредственной опорой для предстоящей съемки.
Плановые геодезические сети строятся в основном методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации.
Метод триангуляции состоит в том, что строят сеть треугольников, в которой измеряют все углы треугольников и как минимум две стороны на разных концах сети (вторую сторону измеряют для контроля измерения первой стороны и установления качества всей сети). По длине одной из сторон и углам треугольников определяются стороны всех Треугольников сети. Зная дирекционный угол одной из сторон сети и координаты одного из пунктов, можно затем вычислить координаты всех пунктов.
Метод полигонометрии заключается в построении сети ходов, в которых измеряют все углы и стороны. Полигонометрические ходы отличаются от теодолитных более высокой точностью измерения углов и линий. Этот метод применяется обычно в закрытой местности. Внедрение в производство электромагнитных дальномеров делает целесообразным применение полигонометрии и в открытой местности.
Метод трилатерации состоит в построении сети треугольников с измерением всех сторон треугольников. В некоторых случаях создаются линейно-угловые сети, представляющие собою сети треугольников, в которых измерены стороны и углы (все или в необходимом их сочетании
Съемочные сети
Съёмочная геодезическая основа представляет собой сеть пунктов, которые используются в качестве станций при съёмке ситуации рельефа. Густота таких пунктов и способ их построения зависят от масштаба и методики съёмки, а также от характера местности. Исходными данными для построения съёмочной геодезической основы служат пункты и стороны опорных сетей. При картографировании небольших территорий съёмочная сеть может развиваться самостоятельно. В любом случае густота съёмочной сети должна быть достаточна для производства съёмки местности в заданном масштабе. Предельная погрешность определения координат точек съёмочной основы относительно исходных пунктов не должна превышать 0.2 мм в масштабе съемки, т.е. 10, 20, 40, 100 см в масштабах соответственно 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000. для неблагоприятных условий местности (залесённая или изрытая поверхность) эти допуски увеличиваются в полтора раза.
Построение съёмочной сети выполняют путём проложения теодолитных, нивелирных, теодолитно-нивелирных, теодолитно-высотных, тахеометрических, мензульных ходов, рядов микро-триангуляции и четырёхугольников без диагоналей, а также разнообразными геодезическими засечками. В съёмочных сетях значения координат вычисляют с точностью до 0.01 м (в ходах тригонометрического нивелирования).
Точки съёмочной сети закрепляют на местности обычно временными центрами
Геодезические сети сгущения развивают там, где требуется дальнейшее сгущение государственной геодезической сети (в населенных пунктах, на объектах крупного строительства и т. д.). Обычно такие сети сгущения называют геодезическими сетями местного значения.
Геодезические сети сгущения, так же, как и государственные сети, могут быть плановыми и высотными. П л а н о в ы е сети сгущения подразделяются на сети 1-го и 2-го разрядов, создаваемые методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации, а в ы с о т н ы е (нивелирные) сети развиваются методом геометрического нивелирования III и IV классов, а также ходами технического нивелирования. Более подробно высотные сети рассмотрены в разд. 7 «Нивелирование».
Геодезические плановые сети сгущения 1-го и 2-го разрядов опираются на пункты государственной геодезической сети 1–4-го классов. В соответствии с принципом перехода от общего к частному геодезические сети сгущения имеют более короткие стороны и меньшую точность, чем государственные сети. Основные показатели, характеризующие размеры и точность геодезических сетей сгущения приведены в таблице 8.2.
Как и пункты государственных геодезических сетей, пункты сетей сгущения закрепляются постоянными знаками, состоящими из подземного центра и наружного знака.
Т а б л и ц а 8.2 – Характеристика сетей сгущения
8.5 Современная концепция развития
плановых государственных геодезических сетей
В настоящее время для построения государственных геодезических сетей применяют спутниковые методы измерений. Для этого используются в основном д в е с п у т н и к о в ы е с и с т е м ы: российская система ГЛОНАСС (ГЛОбальная Навигационная Спутниковая Система) и система NAVSTAR GPS (навигационная система определения расстояния и времени, глобальная система позиционирования), разработанная в США.
В спутниковом методе вместо неподвижных пунктов геодезической сети с известными координатами используются подвижные спутники, координаты которых можно вычислить на любой момент времени.
Концепция государственной спутниковой сети предусматривает построение т р е х у р о в н е й с е т и:
1 – фундаментальная астрономо-геодезическая;
2 – высокоточная астрономо-геодезическая;
3 – спутниковая геодезическая 1-го класса.
Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть должна состоять из геодезических пунктов со средними расстояниями между ними 700–800 км. Часть этих пунктов должна стать астрономическими обсерваториями, оснащенными радиотелескопами и спутниковыми приемниками систем GPS – ГЛОНАСС. Взаимное положение этих пунктов будет определяться с погрешностью 1–2 см.
Высокоточная астрономо-геодезическая сеть должна заменить звенья триангуляции 1 го класса и представлять собой однородные по точности построения с расстояниями между смежными пунктами 150–300 км. Взаимное положение этих пунктов будет определяться спутниковыми методами с погрешностью 2–3 см.
Спутниковая геодезическая сеть 1-го класса должна заменить триангуляцию 1 и 2-го классов со средними расстояниями между пунктами 30–35 км и средней квадратической погрешностью взаимного положения 1–2 см.
Построение такой сети предполагается осуществить в течение десяти ближайших лет.
