Кочетова Э.Ф. Инженерная геодезия. Учебное пособие представляет собой конспект лекций по инженерной геодезии для студентов, изучающих эту дисциплину и для производственников, занятых в строительстве.
 Скачать 5.68 Mb.
|
|
Таблица 3 – Характеристика сетей нивелирования Класс нивелирования Периметр полигона, км Невязки в полигонах 1 – наивысш. точность 2 500 – 600 мм √L 3 150 – 300 мм √L 4 50 мм √L Пункты высотной государственной сети закрепляют на местности капитальными грунтовыми реперами, стенными реперами или марками. б) Геодезические сети сгущения – это триангуляция и полигонометрия 1, 2 разрядов, развиваемые от пунктов государственной геодезической сети. Основные параметры сетей представлены в таблице 4. В скобках данные для полигонометрии го, го разрядов. Класс сети Длина стороны, км Ср. квадратическая ошибка измерения угла Базиса или стороны 1 > 20 (20 – 25) 0,7"(0,4") 1:400000 (1:300000) 2 7 – 20 (7 – 20) 1,0 (1,0) 1:300000 (1:250000) 3 5 – 8 (3 – 8) 1,5 (1,5) 1:200000 (1:200000) 4 2 – 5 (0,25 – 2) 2,0 (2,0) 1:200000 (1:150000, относительная невязка 1:25000) 83 Рис. 70. Схема триангуляции цепочка треугольников Таблица 4 – Основные параметры сетей сгущения го иго разрядов Разряд Ср. квадратическая ошибка измерения Длина сторон, км Число треугольников вцепи (сторон входе) угол выходная сторона длина) 1 5" 1:50000 (1:10000) 5 (0,12 – 0,8) 10 (15) 2 10" 1:20000 (1:5000) 3 (0,08 – 0,35) 10 (15) Высотное положение пунктов определяют методом нивелирования 4 класса и техническим нивелированием (допустимая невязка ± 50 мм √L). в) Съемочная геодезическая сеть (съемочное обоснование) создается с целью сгущения геодезической сети для производства топографических съемок. Способы развития – микротриангуляция, теодолитно-нивелирные ходы, тахеометрические и мензульные ходы, прямые, обратные и комбинированные засечки. Высоты пунктов получают методами геометрического нивелирования (микротриангуляция, теодолитно-нивелирные ходы, тригонометрического нивелирования (тахеометрические ходы. Длины сторон входах в первых двух случаях измеряют при помощи светодальномеров, мерных лент или рулеток, во втором – нитяным дальномером. Камеральные работы заключаются в следующем контроль полевых документов – проверка графического материала, повторение всех вычислений, проведенных в полевых условиях вычисление углов наклона и горизонтальных проложений длин сторон полигона вычисление ведомости координат точек теодолитного хода (методические указания по выполнению расчетно-графических работ, часть 1). г) Разбивочная геодезическая сеть служит для переноса в натуру и возведения сооружений – высокоточной и технической точности разбивки. В настоящее время для создания геодезических сетей используют методы космической геодезии. 84 Российская спутниковая система ГЛОНАСС (ГЛОбальная Навигационная Спутниковая Система) включает 24 спутника (создана в период 1982-1995 гг.). Спутники находятся в х орбитальных плоскостях я – 1-8 спутники, я – 9-16, я – 17-24. Расстояния между ними по широте 45°. Американская система NAVSTAR GPS (глобальная система позиционирования) содержит по четыре спутника в 6-ти орбитальных плоскостях. Высота орбиты навигационных спутников относительно центра масс ГЛО- НАСС – 25 500 км, NAVSTAR –26 600 км. Спутники характеризуются радиосигналом высокой точности ВТ и стандартной точности СТ. Способ разделения сигналов NAVSTAR – кодовый, ГЛОНАСС – частотный. Несущая частота L-1, мгц – 1602,6 - 1615,5 (ГЛОНАСС) и 1246,4 - 1256,5 (NAVSTAR); L-2, мгц – 1575,4 и 1227,6 соответственно. Система пространственных координат ПЗ-90 (ГЛОНАСС), WGS-84 (МГС-84) (NAVSTAR). Систему определения местоположения делят натри сегмента (подсистемы А – подсистема орбитального комплекса (созвездие ИСЗ – космический сегмент Б – наземная подсистема контроля и управления (группа станций слежения, станции загрузки на ИСЗ, главные станции В – подсистема пользователей комплекс аппаратно-программных средств, реализующих основное назначение глобальной позиционирующей системы (GPS) – определение координат точек местности для геодезического применения. Приемники GPS делятся на две группы. Первая – поочередное отслеживание спутников, спутники бывают одноканальные и двухканальные (второй канал административный. Вторая группа – многоканальные, измерение расстояния до четырех и более спутников одновременно (4, 6, 8, 10 и 24 канала слежения. Определяются координаты в режиме реального времени, скорость и траектория движения, одновременно обрабатываются сигналы всех спутников рабочего созвездия. Таблица 4' – Типы и группы геодезических спутниковых приемников Тип приемника Группа Число каналов не менее Частоты Точность Двухсистемные двухчастотные и более 24 L1/L2(GPS)+ 3 мм+ L1/L2(ГЛОНАСС) 1*10 -6 D Односистемные двухчастотные 2 9 L1/L2(GPS) или L1/L2(ГЛОНАСС) (3-5) мм +1*10 -6 D Односистемные одночастотные 3 9 L1(GPS) или L1(ГЛОНАСС) 10 мм+ 2*10 -6 D Поточности спутниковые приемники делятся натри класса навигационный класс – точность определения координат 150-200 м, класс картографии и ГИС – 1-5 м, геодезический класс – до 1 см (1-3 см в кинематическом режиме, до 1 см при статических измерениях. Все геодезические измерения выполняют с использованием минимум двух приемников. В основном используют следующие методы статические, кинематические измерения и RTK (кинематика в режиме реального времени. Статические измерения применяются при создании и сгущении геодезических сетей, а также создании съемочного обоснования. Кинематические измерения используют при выполнении топографической съемки. Один из приемников устанавливается на точку с известными координатами второй приемник может перемещаться от точки к точке, собирая информацию. При этом можно записывать координаты, определяемые при перемещении от одной точки к другой непрерывно в виде траектории или только тех точек, которые необходимо измерять (кинематика Стой – Иди. В итоге можно проводить измерения линейных объектов (трубопроводы, коммуникации, дороги, а также точечных объектов. По окончании сбора информации она передается в компьютер, производится ее обработка в специализированном ПО, вычисляются координаты, и выдается оценка их точности. Точность данного метода составляет - для одночастотного оборудования 12 мм мм/км (в плане 15 мм мм/км (по высоте - для двухчастотного оборудования 10 мм+1мм/км (в плане 20 мм мм/км (по высоте. Современный геодезический приемник состоит из трех основных элементов собственно приемник – основное устройство, которое получает информацию от спутников, обрабатывает ее, а также производит запись в память или на внешнее устройство антенна – принимающий элемент и контроллер – устройство, позволяющее управлять работой приемника. Во многих приборах есть возможность работать без контроллера в режиме статики но если необходимо выполнять работы в режиме кинематики и RTK, то контроллер необходим. Рис. 71. Схема измерения координат точек земной поверхности спутниковыми приемниками 86 Спутниковые методы создания геодезических сетей делят на геометрические и динамические. В геометрическом методе искусственные спутники Земли (ИСЗ) используют как высокую визирную цель, в динамическом - ИСЗ является носителем координат. В геометрическом методе спутники фотографируют на фоне опорных звезд, что позволяет определить направления со станции слежения на спутники. Фотографирование нескольких положений ИСЗ позволяет получить координаты определяемых пунктов. Эту же задачу в динамическом методе решают путем измерения расстояния до спутников радиотехническими средствами. Создание навигационных систем в России ив США (ГЛОНАСС, GPS) позволяет в любой момент времени в любой части Земли определять координаты точек с высокой точностью. В настоящее время единые системы координат на территории России задаются соответственно государственной геодезической сетью (ГГС) и государственной нивелирной сетью (ГНС). Государственная геодезическая сеть имеет среднюю плотность 1 пункт на 38 кв. км, а государственная нивелирная сеть – 1 репер на 34 кв.км. Завершенная к середине х годов прошлого столетия государственная геодезическая сеть страны (ГГС) построена методами триангуляции и полигонометрии. Она содержит более 464 тыс. геодезических пунктов. Точность этой сети позволяет использовать ее для обоснования топографических съемок до масштаба 1:2000 и крупнее. В результате математической обработки (заключительного уравнивания) в 1996 году получена новая высокоточная система геодезических координат СК- 95, распространенная на всю территорию страны. Точность взаимного положения пунктов в этой системе координат составляет 2-4 см – при расстояниях между пунктами 10-15 км 10-20 см – при расстояниях 100-200 км 0,5-0,8 м – при расстояниях около 1000 км. Заключительное уравнивание ГГС завершило этап истории развития геодезии в России, в котором система геодезического обеспечения основывалась на традиционных методах линейно-угловых геодезических измерений. Спутниковые методы по сравнению с традиционными методами обладают рядом преимуществ. В структуре государственной геодезической сети, основанной на использовании современных спутниковых технологий, предусматривается построение геодезических сетей высшего класса точности, связанных между собой по традиционному геодезическому принципу перехода от общего к частному. Высшим звеном всей структуры должна стать фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС). Она реализует общеземную геоцентрическую систему координат при решении задачи коор- динатно-временного обеспечения страны, стабильность системы координат во времени, метрологическое обеспечение высокоточных космических средств измерений. Для этого необходимо использовать весь комплекс существующих космических средств измерений (лазерные, радиоинтерферометрические и др. Следующее звено – высокоточная геодезическая сеть (ВГС). Ее основные функции распространение на всю территорию страны общеземной геоцентрической системы координат, определение точных параметров взаимного ориентирования общеземной и референцной систем координат, объединение плановой и высотной геодезических основ. Пункты ВГС необходимо привязать к 87 реперам высокоточного нивелирования со средней квадратической ошибкой определения высот не превосходящей 5 см, что позволит получать из спутниковых определений также и высоты. Третьим звеном новой структуры ГГС является спутниковая геодезическая сеть 1 класса (СГС-1). Она должна обеспечить оптимальные условия использования спутниковой аппаратуры, в том числе одночастотных приемников ГЛОНАСС/GPS. Все сети связаны между собой путем последовательного вписывания одной в другую ФАГС - опорная для ВГС, а ВГС и ФАГС - для СГС-1. Предусматривается привязка к ними существующей ГГС, которая в новой структуре – лишь низшее звено, исполняющее роль сети сгущения. Таблица 5 – Характеристика геодезических сетей Уровень сети Общее число пунктов Расстояние между пунктами Относительная погрешность взаимного положения смежных пунктов ФАГС 50-70 700-1000 км 1-2·10 -8 (1-2 см) ВГС 500-700 150-300 км 1·10 -7 СГС-1 12-15 тысяч 40-50 км 1-2 см Выполнение указанных мероприятий позволит - повысить точность и оперативность геодезических определений - внедрить методы спутникового нивелирования вместо геометрического нивелирования 3 и 4 классов - обеспечить изучение деформаций земной коры, являющихся предвестниками землетрясений и других опасных явлений - создать систему постоянных наблюдений за динамикой уровней морей на уровенных постах и прогноза их состояния - обеспечить геодезическое обоснование картографирования страны и создание геоинформационных систем - установить высокоточную единую геодезическую систему координат и поддерживать ее на уровне современных и перспективных требований экономики, науки и обороны страны. Однако спутниковые технологии не всегда можно использовать при решении ряда геодезических задач, что приводит к необходимости использовать классические методы измерений. 88 а) б) Рис. 72. Основные блоки спутниковой геодезической системы а спутниковый приемник (антенна 2 – контроллер б) двухсистемный геодезический приемник ГЛОНАСС/GPS ГЕО-161 1 2 89 Геодезический приемник ГЛОНАСС/GPS ГЕО-161 используют для измерения расстояний в режимах с постобработкой и геодезических измерений в опорных и съемочных сетях, производственных землеустроительных и геофизических работах, в строительстве и других видах дифференциального и относительного определения положения объектов, в том числе и военного назначения. Основой ГЕО-161 является совмещенный ГЛОНАСС/GPS одночастотный геодезический приемник, имеющий 16 каналов слежения за космическим аппаратом (КА. Конструктивно приемник выполнен в виде моноблока, объединяющего микрополосковую антенну, приемоизмеритель, накопитель данных, панель управления и аккумуляторную батарею. Достоинством такой конструкции является отсутствие кабельных соединений, что удобно для работы в полевых условиях. Внешний вид приемника представлен на рис. 72. Рис. 73. Варианты установки антенны а – на штативе с трегером, б – на переносной рейке, в – настойке быстрого развертывания с рейкой Приемник имеет сертификаты Госстандарта России и Минобороны России. Благодаря малому энергопотреблению (менее 2,5 Вт) длительность работы приемника без подзарядки аккумулятора достигает 11–12 часов. Емкость внутренней памяти и оригинальный алгоритм сжатия данных обеспечивает регистрацию измерений по всем наблюдаемым космическим аппаратам с дискретностью св течение 11 часов, ас дискретностью 10 спять и более рабочих дней. В стандартном режиме работы приемник позволяет выполнять одновременные измерения по сигналам спутников ГЛОНАСС и GPS, но может быть переключен на работу по любой из систем в отдельности. При помощи ГЕО-161 обеспечивается точность измерений базисов не более 10 мм +2 мм/км а б в 90 кинематика при длине линии < 10 км не более 5 мм + 1 мм/км (статика, быстрая статика. Приемник разрабатывался в расчете на реальные условия эксплуатации в России, поэтому одним из основных требований к моноблоку являлась высокая механическая стойкость и работа в широком температурном диапазоне. Использованные в приемнике технические решения, выбранная элементная база и аккумуляторная батарея обеспечивают возможность автономной работы при температуре от – 30 С до +55 С. Приемник обеспечивает реализацию основных видов съемки, включая динамические режимы, без использования внешнего контроллера, при помощи несложной встроенной панели управления с набором светодиодных индикаторов и псевдосенсорных кнопок. Контроль работы приемника осуществляется при помощи световой и звуковой индикации. При работе без контроллера сценарии работы (шаблоны) заранее формируются на компьютере и загружаются в приемник. В тоже время с помощью контроллера, в качестве которого может использоваться карманный персональный компьютер (КПК) с ОС Windows CE, программно реализован ряд дополнительных функций вводи редактирование имен точек, ввод высоты антенны приемника, оперативное управление параметрами сбора данных, навигация по заданному маршруту (в том числе с использованием электронных векторных карт) и т. д. Контроллер может использоваться и как внешняя панель управления, так как его кнопки дублируют соответствующие функции встроенной панели приемника. В процессе работы антенну устанавливают либо на трегер на штативе, отцентрированном над определяемой точкой на рейке (рис. 73), или настойке быстрого развёртывания с рейкой (рис. 73). Это зависит оттого, в каком режиме ведут измерения в статическом, кинематическом или в режиме съёмки с кратковременной остановкой (иду – стою. Е. Кораблев (Российский институт радионавигации и времени, Москва. Топографические съемки Съемка – совокупность измерительных действий на местности и вычислительных и графических работ в камеральных (аудиторных) условиях, выполняемых с целью составления плана или карты местности. Съемки классифицируются по различным признакам 1. По характеру снимаемых объектов контурная или горизонтальная – в результате съемки местности на плане или карте получают положение контуров и предметов в горизонтальной плоскости, то есть ситуации высотная – в результате съемки местности на плане или карте получают изображение только рельефа контурно-высотная (топографическая) – на плане или карте получают изображение и ситуации, и рельефа. 2. По применяемым инструментам теодолитная космическая тахеометрическая мензульная нивелирная • фототопографическая 91 глазомерная буссольная и т.д. Все работы по съемке местности делятся на 2 стадии полевые и камеральные. Полевые работы заключаются в непосредственном измерении определяемых величин в поле. Камеральные работы делятся на вычислительные игра- фические. 12.1. Теодолитная съемка Целью теодолитной съемки является получение контурного плана местности, то есть ситуации. Съемочным обоснованием для нее служат полигоны или теодолитные ходы) замкнутой или разомкнутой формы. Длина стороны полигона колеблется от 50 до 400 метров. В исключительных случаях допускается длина 800 метров. При большой величине участка внутри замкнутого полигона прокладывают диагональный ход, который служит одновременно и контролем правильности прокладывания основного хода. Длины сторон измеряют с точностью не менее 1:1500 – 1:2000. Точность измерения углов должна быть не ниже 1'. Основные инструменты теодолит, лента (дальномер, рулетка, эклиметр, эккер. 12.1.1. Полевые работы Полевые работы при теодолитной съемке заключаются в следующем 1. Рекогносцировка (разведка) местности. Цель – ознакомиться с участком, оптимально выбрать и закрепить точки теодолитного хода, отыскать точки геодезической сети (или сети сгущения) с целью привязки. 2. Привязка теодолитного хода к опорной геодезической сети. 3. Угловые измерения (журнал. 4. Линейные измерения (журнал. 5. Съемка ситуации различными способами перпендикуляров, полярных координат, линейных засечек, угловых засечек, створный и способ обмера. Способ перпендикуляров (прямоугольных координат) заключается в следующем. На стороне теодолитного хода (на рис. 1 – 7) измеряют при помощи рулетки расстояние до осевой точки перпендикуляра. Затем строят в ней прямой угол и на полученном направлении измеряют расстояние до снимаемой точки. Длина перпендикуляров не должна превышать 4 мм м соответственно для съемок в масштабах 1:500, 1:1000, 1:2000, в этом случае их строят на глаз. При большей длине перпендикуляра прямой угол строят при помощи экера или теодолита. |