Общие сведения о государственных

ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЯХ

§ 42. ВИДЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Геодезические измерения позволяют определять рас­положение отдельных точек земной поверхности относи­тельно исходных точек, координаты которых определены или известны заранее. По мере удаления от исходных точек накапливаются погрешности, сопровождающие из­мерения, вследствие чего понижается точность определе­ния координат. Если использовать несколько независи­мых друг от друга исходных точек, то координаты опреде­ляемых точек плохо согласовываются друг с другом. Поэтому возникает необходимость предварительного опре­деления планового положения исходных точек в единой системе координат. Это позволяет избежать накопления погрешностей измерений и сводит результаты работ в одно целое. Например, работы по созданию карт состоят из следующих процессов: геодезические работы, аэро­фотосъемка, топографические работы, картосоставитель­ские работы.

В производстве топографических работ участвует одно­временно большое число исполнителей. Каждый топограф получает для съемок участок, покрываемый одним или несколькими листами карт. Лист карты представляет собой трапецию, рамками которой служат линии меридиа­нов и параллелей, на местности ничем не обозначенных. Для того чтобы найти и на местности участок, подлежащий съемке, на каждый съемочный планшет наносят не менее трех опорных исходных точек, которые на местности за­креплены соответствующими знаками. При производстве съемок большой территории опорные точки дают возмож­ность одновременно и независимо друг от друга произ­водить съемку таким образом, чтобы затем свести результаты в одно целое без разрывов и перекрытий между от­дельными участками. Геодезические работы имеют целью определить относительное положение на земной поверх­ности опорных точек, т. е. координаты и высоты.

Инженерно-геодезические работы, сопровождающие все этапы инженерно-строительного производства, также требуют наличия на местности исходных точек, плановые координаты и высоты которых определены с высокой точностью. Ни одно крупное инженерное сооружение не может быть возведено без геодезической сети.

Геодезическая сеть – это совокупность точек, закреп­ленных на местности, положение которых определено в общей для них системе координат. Закрепленная на местности точка геодезической сети называется геодезиче­ским пунктом. Относительно геодезических пунктов опре­деляют положение любой точки местности при съемке.

Развитие геодезических сетей осуществляется по принципу – «от общего к частному», т. е. от более крупных по размерам построений к менее крупным, и «от более точ­ных к менее точным». Соответственно этому принципу геодезические сети подразделяются на четыре вида.

1. Государственная геодезическая сеть, представляю­щая собой главную геодезическую основу для всех видов геодезических и топографических работ.

2. Геодезические сети сгущения, развиваемые в от­дельных районах при недостаточном числе пунктов го­сударственной геодезической сети.

3. Съемочные геодезические сети (съемочное, или ра­бочее обоснование), на основе которых непосредственно производятся съемки контуров и рельефа местности, ин­женерно-геодезические работы при строительстве соору­жений.

4. Специальные геодезические сети, развиваемые при строительстве сооружений, предъявляющих к геодезиче­ским работам специальные требования.

Каждый из указанных видов сетей подразделяется на классы и разряды.

Государственная геодезическая сеть подразделяется на 4 класса. Сети 1 и 2 классов являются опорной астрономо-геодезической сетью России. Сети 3 и 4 классов по существу являются сетями сгущения, так как они создаются с целью сгущения опорной сети до необходимой при проведении картографирования страны. В тех случаях, когда возникает необходимость в дальнейшем повышении густоты геодезических пунктов для обеспечения предстоящих работ по постановке круп­номасштабных съемок и инженерно-геодезических работ дополнительно выполняют последовательное построение сетей сгущения местного значения, которые создаются в виде сети 4 класса пониженной точности и разрядных сетей (двух разрядов точности).

Государственная геодезическая сеть 1 класса имеет наивысшую точность и охватывает всю территорию страны. Геодезические сети последующих классов раз­виваются на основе сетей высших классов. Геодезические сети сгущения строятся на основе государственных геоде­зических сетей, съемочные сети – на основе обеих видов сетей. Геодезические сети подразделяются на плановые и высотные. Плановые сети служат для определения пла­новых координат геодезических пунктов х и y в прямо­угольной системе зональных координат, а высотные ­для определения высот пунктов Н. Плановые сети создаются методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии и их сочетаниями. Высотные сети – методом геометрического нивелирования; при невозможности его применения – методом тригонометрического нивелирования.

При выполнении некоторых видов геодезических работ используются также планово-высотные сети, для точек которых известны как плановые координаты, так и высотные. Примером таких работ могут служить вертикальные топографические съемки.

Пункты государственной геодезической сети опреде­лены на всей территории страны в единой системе коор­динат. В этом случае результаты съемочных работ будут получены также в единой системе, независимо от после­довательности их выполнения в отдельных районах страны, что обеспечивает соединение разрозненных съемоч­ных материалов в единую топографическую карту госу­дарства.

В отдельных случаях допускается использование авто­номной системы координат при работах на незначитель­ных территориях.

Геодезические сети создаются с расчетом на длительное время пользования. Поэтому государственная геоде­зическая сеть создается с точностью, рассчитанной на высокие требования к ней как в настоящем, так и в буду­щем. Если возникнет необходимость в дополнительных пунктах, можно сгустить существующую сеть без ее пере­делок. Назад

 

 

§ 43. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

 

Плановое положение пунктов геодезической сети определяется методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии, а также другими методами.

Геодезическая сеть, созданная методом триангуляции, пред­ставляет собой сеть треугольников, в вершинах которых распо­ложены геодезические пункты; в этой сети измеряют все гори­зонтальные углы и некоторые из сторон – базисы (рис. 58).

 

 

Рис. 58. Методы планового обоснования:

а – триангуляция; б – трилатерация; в – полигонометрия

 

 

Измерение базисов в триангуляции с высокой точностью про­изводят светодальномерами или другими мерными приборами.

По мере удаления от базиса, измеренного в начале сети триангуляции, точность определения сторон треугольников по­нижается. Для повышения точности и контроля в конце ряда треугольников измеряют еще один базис.

Для связи сети триангуляции с уже созданными геодезиче­скими сетями, в развивающуюся триангуляцию должны быть включены пункты из ранее созданных сетей.

Для того, чтобы в триангуляции было принципиально воз­можным определение положения смежных пунктов, необхо­димо в каждом треугольнике измерять два угла, а в сети тре­угольников иметь всего один базис, дирекционный угол одного направления и координаты одного пункта. Однако число из­мерений всегда больше необходимого количества. Так, в ряду триангуляции на рис. 58, а измеряют все три угла в каждом треугольнике, две базисные стороны b ₁и b ₂, два дирекционных угла направлений α_нач,α_кон, а также включают два пункта А и В с известными координатами Х, У. Наличие избыточ­ных измерений дает возможность произвести вычислительную обработку измерений с применением специальных математиче­ских методов, называемую уравниванием измеренных ве­личин.

Метод трилатерации состоит в определении плано­вого положения вершин треугольников, в которых располо­жены геодезические пункты, измерением длин всех сторон тре­угольников и одного горизонтального угла.

В настоящее время в связи с широким использованием све­тодальномеров метод трилатерации получает все более широкое применение.

В сетях трилатерации для определения координат пунктов необходимо производить измерения трех сторон в тре­угольнике, в то время как в триангуляции необходимых изме­рений два, а производят измерения трех углов. Отсутствие лиш­них (избыточных) измерений в трилатерации приводит к невозможности контроля измерений и повышения их точности путем уравнивания.

Поэтому для повышения точности в трила­терации измеряют длины диагоналей, соединяющие вершины смежных треугольников. Именно поэтому ряды трилатерации состоят из геодезических четырехугольников, центральных си­стем или их комбинаций (рис. 58, б).

Метод полигонометрии состоит в построении геоде­зической сети путем измерения расстояний и горизонтальных углов между пунктами. Метод полигонометрии для развития геодезической сети широко применяется в закрытой (залесен­ной, застроенной) местности.

На рис. 58, в приведена схема полигонометрического хода. В ходе измерены длины всех сторон d ₁, d ₂,..., d ₅ и все гори­зонтальные углы β ₁, β ₂,..., β ₆. Углы могут измеряться по ходу лежащие как справа, так и слева.

Возможно построение геодезических плановых сетей комбинированием трех перечисленных методов. Созданные таким методом сети называются линейно-угловыми. При их создании сочетают линейные и угловые измерения, что является наиболее надежным приемом. Одним из примеров построения линейно-угловых сетей является четырехугольники без диагоналей.

 

 

 

Рис. 59 Космический метод определения

положения пунктов на земной поверхности

 

В необжитых районах плановая геодезическая сеть может развиваться астрономическим методом. Астрономиче­ский метод состоит в определении широты φ и долготы λ по наблюдениям звезд и Солнца и перехода от координат φ и λ. по определенным математическим зависимостям к координатам Х и У.

С развитием практической космонавтики получил жизнь но­вый метод определения положения геодезических пунктов – ме­тод космической геодезии. Если в один и тот же момент вре­мени из точек А и В на земной поверхности (рис. 59) с извест­ными координатами и из точки К, координаты которой требуется определить, измерить углы на точки S_l и S ₂,в которых находятся искусственные спутники Земли, то можно вычис­лить сначала координаты спутника в точках S₁, и S ₂, а затем искомые координаты пункта К.

Высотное положение пунктов геодезической сети определяют различными методами нивелирования в зависимости от назначения и требуемой точности положения пунктов по высоте. Назад

 

§ 44. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПЛАНОВАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Государственная плановая геодезическая сеть служит осно­вой для решения научных задач геодезии, для топографических съемок, для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Государственная геодезическая сеть подразделяется на че­тыре класса. Геодезическая сеть 1 класса создает исходную гео­дезическую основу для дальнейшего развития сетей, служит распространению единой системы координат на всю территорию страны. Сети 2 класса опираются на пункты 1 класса, сгущают ее и используются также для решения научно-технических за­дач. Сети 3 и 4 классов опираются на пункты старших по точ­ности классов и используются для сгущения этих сетей до не­обходимой плотности для решения инженерных задач и съемок.

Сеть геодезических пунктов 1 класса состоит из полиго­нов, образованных звеньями, длиной до 200км и вытянутых вдоль меридианов и параллелей (рис. 60). Звенья длиной не более 200км строятся методами триангуляции и полигономе­трии. На пересечениях звеньев триангуляции измеряют базис­ные стороны с относительной ошибкой, не превышающей 1:400 000. На концах базисных сторон в триангуляции или край­них линий полигонометрических ходов выполняют астрономи­ческие измерения широты и долготы точки и азимута или ди­рекционного угла направления (так называемые пункты Лапласа). Длины сторон полигонометрических ходов 1 класса измеряют с ошибкой не более 1:300 000. Горизонтальные углы в сетях 1 класса измеряют высокоточными теодолитами типа Т05 со средними квадратическими ошибками измерения угла на пункте триангуляции m_β = 0,5", на пункте полигонометрии m_β = 0,7".

Внутри полигонов 1 класса методами триангуляции и полигонометрии развивается сеть пунктов 2 класса. Базисные стороны в сетях триангуляции 2 класса измеряются не реже, чем через 25 треугольников, с относительной ошибкой не более 1:300000. Линии полигонометрии измеряются с ошибкой 1:250000. Горизонтальные углы в триангуляции и полигонометрии измеряются с ошибкой т_β= 1,0" теодолитами типа Тl.

 

Рис. 60. Схема государственной плановой геодезической сети

 

 

Сеть геодезических пунктов 2 класса сгущается пунктами 3 и 4 классов путем вставки отдельных пунктов или систем в построения более точных классов. Горизонтальные углы в триангуляции и полигонометрии 3 и 4 классов измеряются теодолитами типа Т2, и характеризуются средней квадра­тической ошибкой измерения угла равной для 3 класса 1,5", для 4 класса – 2,0". Относительные ошибки измерения сторон в полигонометрии 3 и 4 классов соответственно равны 1:200000 и 1:150000.

Началом единого отсчета плановых координат в Российской Федерации служит центр круглого зала Пулковской обсерватории в Санкт-Петербурге.

В настоящее время для построения государственных сетей применяют также спутниковые методы измерений.

С этой целью принята концепция построения трех уровней го­сударственной геодезической спутниковой сети. Эта концепция предусматривает построение:

фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС);

высокоточной астрономо-геодезической сети (ВАГС);

спутниковой геодезической сети l-го класса (СГС-l).

Фундаментальная астроно­мо-геодезическая сеть реализу­ется в виде системы закреплен­ных на всей территории Рос­сии 50...70 пунктов со средни­ми расстояниями между ними 700...800 км. Часть этих пунк­тов (10...15) должна стать по­стоянно действующими астро­номическими обсерваториями, оснащенными радиотелескопа­ми для наблюдений удаленных источников радиоизлучения (квазаров) и спутниковыми приемниками GPS- ГЛОНАСС. Взаимное положение этих пунк­тов будет определяться с по­грешностью 1...2 см.

Высокоточная астрономо-­геодезическая сеть должна заме­нить звенья триангуляции l-го класса и представлять собой однородные по точности пространственные построения с расстоянием между смежными пунктами 150…300км. Общее число пунктов ВАГС должно составлять
500...700, при этом часть пунктов будет совмещена с пунктами ФАГС. Взаимное положение таких пунктов будет определяться спутниковыми методами с относительной погрешностью 5∙10^-8 или 2...3см.
Спутниковая геодезическая сеть 1-го класса должна заменить триангуляцию 1, 2-го классов со средними расстояниями между пунктами 30... 35км, общим числом 10... 15 тыс. и средней квадратической погрешностью взаимного положения 1... 2см. Построение такой сети предполагается осуществить в течение десяти ближайших лет. Назад

 

 

§45. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ВЫСОТНАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

 

Высотная государственная геодезическая сеть создается мето­дом геометрического нивелирования и разделяется на четыре класса (рис. 61).

Основное назначение нивелирных сетей І и ІІ классов­ – создание высотной основы, с помощью которой на территории России устанавливается единая (Балтийская) система счета высот. Кроме того, нивелирные ходы І и ІІ классов использу­ются при решении научных задач геодезии.

Нивелирование І класса выполняется с наивысшей в настоящее время точностью с применением точных современ­ных приборов и методик. Нивелирование І класса через 25 лет повторяется по тем же линиям с целью изучения динамики вер­тикальных смещений земной коры. Нивелирование І класса характеризуется случайной средней квадратической ошибкой на 1км хода σ_км= 0,5мм и систематической на 1км хода η_км= 0,05мм. Нивелирные ходы І класса образуют полигоны периметром 800км.

Ходы нивелирования І класса служат основой для ходов ІІ класса, прокладываемых вдоль шоссейных и железнодорож­ных путей сообщения внутри полигонов І класса и образующих полигоны пери метром 500-600км. На нивелирных линиях І и ІІ классов через 50-80км устанавливаются фундаменталь­ные репера. Линии нивелирования І и ІІ классов обязательно привязывают к морским водомерным постам. Для нивелирова­ния І класса используются высокоточные нивелиры с уровнем при зрительной трубе, позволяющие получить среднюю квадра­тическую ошибку измерения превышения на 1км двойного хода 0,5мм. Из современных приборов, выпускаемых в России, для нивелирования І класса пригодны нивелиры Н-05, Н-l.

 

 

Рис. 61. Схема государственной нивелирной сети

 

Методика нивелирования І класса чрезвычайно сложна. Его выполняют в прямом и обратном направлениях по двум парам костылей или кольев, образующих две независимые линии ни­велирования. Длина визирного луча при нивелировании принята равной 50м, а неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается не более 0,5м.

Нивелирование II класса выполняется с точностью, обеспе­чивающей получение невязок f _h в ходах и полигонах не более 5 мм, где L – число км в длине хода или периметра поли­гона.

Нивелирование ІІ класса производят в прямом и обратном направлениях по костылям или кольям. Для нивелирования II класса пригодны высокоточные нивелиры с уровнем Н-1 и Н-2.

Длина визирного луча в нивелировании ІІ класса принята равной 65м, а допустимое неравенство разностей расстояний от нивелира до реек на станции – 1м.

Полигоны нивелирования II класса сгущаются ходами ни­велирования III класса, которые в свою очередь сгущаются ни­велирными ходами IV класса (рис. 61).

Каждая линия нивелирования III и IV классов должна опи­раться обоими концами на знаки нивелирования старшего класса или образовать замкнутый полигон.

Нивелирные ходы ІІІи IV классов должны начинаться и за­канчиваться на постоянных знаках. Для нивелирования ІІІкласса используются точные нивелиры с уровнем при зри­тельной трубе Н-З и с компенсатором Н-ЗК. Длина визирного луча в нивелировании ІІІкласса – 75м, нера­венство расстояний от нивелира до реек на станции допускается до 2м. Рейки устанавливают на костыли или башмаки, нивелир закрывают зонтом от действия солнечных лучей. На заболочен­ных участках используют нивелиры с компенсатором, ножки штатива устанавливают на вбитые в грунт деревянные колья.

В нивелировании IV класса длину луча визирования прини­мают равной 100м, а допускаемое неравенство расстояний от нивелира до реек на станции – 5м. Рейки устанавливают на костыли, башмаки колья. Используются нивелиры с уровнем Н-З. Н-I0, Н-I0Л, с компенсатором Н-ЗК Н-I0КЛ. Назад

 

 

§ 46. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПУНКТОВ ГОСУДАРСТВЕННЫХ