Ю. Н. Корнилов геодезия топографические съемки
 Скачать 7.93 Mb.
|
|
тахеометром. Тахеометрическая съемка в зависимости от характера решаемой технической задачи, позволяет составить и топографический и горизонтальный планы участка местности либо отобразить только его рельеф. Измеряют те же параметры, что ив теодолитной съемке, и, кроме того, вертикальные углы или превышения. Основным прибором следует считать электронно-оптический тахеометр. Если его нет, можно выполнять съемку теодолитом или номограмм- ным тахеометром, но это очень непроизводительно. Мензульная съемка в основном используется при составлении топографических планов небольших участков. Для ее выполнения используется мензульный комплект. Съемка требует большого объема полевых работ, так как план составляется непосредственно в поле и работа не поддается автоматизации. В настоящее время мензульная съемка утратила свое практическое значение, но эффективна при подготовке специалистов по топографии. Основные приборы -мензула и кипрегель. 33 * Площадное нивелирование выполняется длят очного отображения рельефа местности на основе измерения превышений между точками. Основной прибор - нивелир, но приходится измерять и горизонтальные углы, и расстояния. Пора говорить и о появлении нового метода топографической съемки, основным средством получения пространственных координат точек местности в котором является лидар (его также называют лазерным сканером или лазерным локатором. Лидары можно использовать при наземной съемке. Но особенно эффективны они при аэросъемке в сочетании со снимками, полученными аэрофотоаппаратом. Отметим, что в свое время имели значения буссольная и глазомерная съемки. Съемку производят с точек, закрепленных на местности, координаты которых известны. Вся совокупность таких точек называется съемочной сетью или съемочным обоснованием Необходимо, чтобы расстояния между смежными точками сети обеспечивали сплошную съемку местности. 2.16. ПО Н Я та Е о ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ Геодезическая сеть — это совокупность закрепленных на местности точек (пунктов, у которых известны координаты. Если в процессе построения сети определены только абсциссы и ординаты ее пунктов, сеть называется плановой когда известна только высота пунктов — высотной Сеть пунктов, у которых известны и плановые координаты и высота, называется планово-высотной. Любой пункт геодезической сети закрепляется на местности центром и знаком Центр определяет положение пункта на местности и обеспечивает неизменность координат в течение всего срока эксплуатации Знак позволяет обнаружить пункт на местности и обеспечивает производство измерений на нем. Построение сетей состоит из нескольких этапов. Вначале создается государственная геодезическая сеть (ГГС) в единой системе координат, которая затем все время поддерживается. Она необходима для решения задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение 1) установление единой геодезической системы координат на всей территории страны 2) геодезическое обеспечение картографирования территории страны и акваторий окружающих ее морей 3) геодезическое обеспечение мониторинга земельных ресурсов и землепользования, кадастра, разведки и освоения природных ресурсов 4) обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред 5) изучение фигуры и гравитационного поля Земли и их изменений во времени 6) изучение геодинамических явлений 7) выявление зон аномальных деформаций для уточнения карт общего сейсмического районирования 8) изучение дрейфа полюсов и неравномерности вращения Земли 9) метрологическое обеспечение высокоточных технических средств позиционирования и ориентирования. Пункты государственной геодезической сети закрепляются так, чтобы была обеспечена их сохранность на многие годы. Они более или менее равномерно покрывают всю территорию страны, но находятся на довольно больших расстояниях друг от друга. Наряду с ГГС создаются государственные нивелирная и гравиметрическая сети, а также геодезические сети специального назначения. По мере необходимости (строительство городов, промышленных предприятий и т.д.) государственная сеть сгущается в томили ином районе. Пункты сгущения сохраняются вплоть до окончания строительства, а иногда используются ив процессе эксплуатации построенного объекта. Съемочная сеть создается непосредственно перед съемкой местности. В последнем случае ее плотность должна удовлетворять требованиям инструкций, например [6], и обеспечивать между смежными пунктами прямую видимость. 35 2.17. ПЛАНОВЫЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ Работы по построению высокоточных геодезических сетей в России велись с первой половины XIX века, но только в 1928 году Ф.Н. Красовский разработали научно обосновал фундаментальную программу построения государственных сетей на всей территории страны. Программа нашла свое отражение в государственных документах основных положениях о построении государственной опорной геодезической сети 1939 года, а затем в положениях 1948, 1954 и 1961 годов. В соответствии с этой программой сеть строилась от общего к частному. За начальный пункт сети принят центр круглого зала Пулковской обсерватории. Установлены его геодезические координаты и азимут на пункт Бугры. По своему назначению, поточности, по расстояниям между смежными точками и порядку развития сеть подразделялась на четыре класса. Сначала создавалась сеть го класса (рис) в виде звеньев длиной 200-250 км, расположенных, по возможности, вдоль меридианов и параллелей и образующих замкнутые полигоны периметром от 800 до 1 ООО км. Ее называют астрономо-геодезтеской. Она является главной геодезической основой страны и предназначена для распространения единой системы координат на всю ее территорию, а также для изучения формы и размеров Земли. Расстояния между пунктами сети составляет 20-25 км. Сеть го класса была уже сплошной и заполняла все пространство внутри полигона. Дальнейшее сгущение точек государственной сети до необходимой плотности осуществлялось вставкой пунктов го иго классов или их систем в сети го иго классов. В зависимости от технологии определения координат точек различают сети триангуляции, трила- тфации и полигонометрии. В триангуляции для этого строят вытянутые цепочки треугольников, в которых Рис. Полигон го класса измеряют все углы. Пример - западное, южное и северное звенья полигона го класса на рис. В тршатерации, наоборот, измеряют все расстояния между смежными вершинами треугольников, но использовать этот способ можно только в сетях сгущения го иго классов. В полигонометрии сеть строится не в виде совокупности треугольников, а в форме замкнутых или разомкнутых полигонов, в которых измеряют все расстояния между смежными точками и все углы между смежными сторонами (восточное звено на рис. Для того чтобы масштабировать сеть, обязательно измеряют длину базисных сторон (на рис показаны двойными линиями, на концах которых располагают пункты Лапласа (изображены звездочками. На пунктах Лапласа выполняют астрономические наблюдения с целью определения их долгот и астрономических азимутов сторон, что в конечном итоге обеспечивает азимутальную ориентировку всей астрономо-геодезической сети. Измерения в звеньях го класса производят приборами и методами, обеспечивающими наивысшую точность. Углы в триангуляции, например, измеряют с ошибкой 0,7", в полигонометрии - 0,4". Относительные ошибки измерения базисов и длины сторон полигонометрии равны соответственно 1:400 ООО и 1:300 ООО. Ошибки определений координат на пунктах Лапласа следующие широты - 0,3", долготы - 0,03^, азимута - 0,5". Вблизи всех пунктов Лапласа ведут гравиметрическую съемку для изучения поля силы тяжести вокруг них. Расстояния между смежными пунктами сплошной сети го класса уже меньше (от 7 до 20 км. Менее точны и замеры при измерении углов - 1,0"; при измерении базисов и длины сторон полигонометрии - соответственно 1:300 ООО и 1:250 ООО. В сетях сгущения З-го иго классов расстояния между пунктами соответственно 5-8 и 2-5 км, углы измеряют с ошибкой 1,5 и 2,0", а расстояния с относительными ошибками 1:200 ООО и 1:150 ООО. Поскольку точки плановой государственной сети должны служить в течение десятилетий, цешры, закладываемые в землю, стараются сделать надежными (рис. Их конструкция зависит в основном от состава грунта и глубины промерзания почвы. Чаще всего используют массивные бетонные блоки либо металлические трубы, заполненные бетонным раствором и защищенные от действия коррозии рис б В них закладывают чугунные марки с отверстием или крестом в центре. К маркам приводят все угловые и линейные измерения. 37 а Опознавательный столб Граница промерзания грунта Железобетонный пилон с маркой Центр Рис. Устройство пирамиды (аи центра (б) геодезического пункта для районов промерзания фунта свыше 2 м Над центром устанавливают геодезические сигналы в виде простых пирамид высотой от 6 дом простых сигналов, если прибор требуется поднимать на высоту дом и сложных сигналов, высота которых может превышать 40 м. Служат сигналы, прежде всего, для обеспечения угловых и линейных измерений. Все они обязательно имеют визирные цилиндры, а простые и сложные сигналы - дополнительно оснащены приспособлениями для установки прибора и платформой для наблюдателя. В городах знаки и центры размещают на крышах высоких зданий и сооружений, а также широко используют знаки, закладываемые в стены капитальных зданий. В х годах прошлого столетия появились спутниковые методы определения координат точек земной поверхности и возросли требования к качеству государственной геодезической сети, в связи с чем схема ее построения была пересмотрена (Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации ГКИНП(гаТА)-01-006-03). зафиксировано состояние координатной основы страны на современную эпоху, установлены новые системы координат и сформирована сплошная государственная геодезиче- 38 екая сеть по принципу перехода от общего к частному. Государственная сеть объединила в единое целое космическую геодезическую сеть (КГС) из 26 пунктов, доплеровскую геодезическую сеть (ДПС) из 131 пункта, астрономо-геодезическую сеть (АГС), включающую 164 306 пунктов го иго классов и геодезические сети сгущения (ГСС) го иго классов (около 300 ООО пунктов. Государственная геодезическая сеть включает в себя геодезические построения следующих классов точности фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС); высокоточную геодезическую сеть (ВГС); спутниковую геодезическую сеть го класса (СГС-1). В указанную систему построений вписываются также существующие сети I-, 2-, 3- иго классов. На основе высокоточных пунктов спутниковой сети будут создаваться постоянно действующие дифференциальные станции, что позволит потребителям определять координаты в режиме реального времени. Фундаментальная аспу>ономо-геодезическая сеть будет главной геодезической основой, предназначенной для установления и поддержания на уровне современных требований единой координатно- временной основы планового геодезического обеспечения съемок всего масштабного ряда суши и акватории изучения изменений во времени координат точек и элементов фавитационного поля. Это будет однородное поточности пространственное геодезическое построение, состоящее из системы равномерно распределенных по территории страны астрономо-геодезических пунктов, удаленных друг от друга примерно на 650-1 ООО км. Оно будет создаваться спутниковыми методами космической геодезии по специально разработанным научно- техническим программам. Пространственное положение пунктов должно определяться в геоцентрической системе координат со средней квадратаческой ошибкой 10-15 см. Ошибка взаимного положения не должна превышать в плане 2 см, по высоте 3 см. Высокоточная геодезическая сеть ( В ГС) будет опираться на ФАГС, но здесь с расстояние между пунктами составит 150-300 км. Координаты пунктов предполагается определять относительными методами космической геодезии. Основное предназначение сети - дальнейшее распространение на всю территорию России геоцентрической системы координат и уточнение параметров взаимного ориентирования этой системы с системой геодезических координат. Спутниковая геодезическая сеть го класса - пространственное геодезическое построение, создаваемое по мере необходимости, в нем расстояние между пунктами составит 25-35 км. Цель ее построения - обеспечить потребителям возможность эффективного использования всех возможностей спутниковых определений. Часть пунктов СГС-1 должна быть совмещена с существующими пунктами АГС. Основные положения о государственной геодезической сети устанавливают, что пункты ГТС задаются следующими координатами - пространственными прямоугольными х, у z; - геодезическими (эллипсоидальными В, L, Н - плоскими прямоугольными Ха Y, вычисляемыми в проекции Гаусса - Крюгера в пределах шестиградусных зон. Для этого были введены единая государственная геоцентрическая система координат Параметры Земли 1990 года (ПЗ-90) и единая государственная система геодезических координат 1995 года (СК-95). Первая система общеземная, вторая - референцная. Направления осей первой системы определены координатами пунктов космической геодезической сети. Ее начало совмещено с центром масс Земли. Оси СК-95 установлены параллельно осям геоцентрической системы координат. Ее начало выбрано так, чтобы значения координат пункта ГГС Пулково (центр сигнала А в системе СК-95 и ранее действующей системе СК-42 совпадали, а высота ква- зигеоида над эллипсоидом была равна нулю. За отсчетную поверхность в геоцентрической системе принят общеземной эллипсоида в СК-95 - эллипсоид Красовского. Ось z в СК-95 совпадает с малой | полуосью эллипсоида Красовского, остальные оси лежат в экваториальной плоскости. При этом плоскость начального (нулевого) меридиана совпадает с плоскостью xz этой системы. Связь между координатами имеет вид ^ к . 9 5 -А!ПЗ-90 + А ^ ; JcK-QS^'JnS-W + A J ' ; •^СК-95 = 2ПЗ-90 + А 2 . Величины АХ ДУ и Д 2 называют линейными элементами ориентирования, их значения соответственно равны + 25,90, -130,94 им. Нормальные высоты определяются в Балтийской системе высот 1977 года. 40 2.18. ВЫСОТНЫЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ На территории нашей страны высотной геодезической основой являются нивелирные сети I, II, Ш и IV классов. Сети I и II классов - главная высотная основа, посредством которой устанавливается единая система высот на всей территории государства. Они, кроме того, служат для решения научных задач изучения фигуры и внешнего гравитационного поля Земли, исследования вертикальных сдвижений земной коры и т.д. Сети III и IV классов предназначены для обеспечения значениями высоты топографических съемок и решения инженерных задач. Линии нивелирования I класса, которые связывают уровни морей и океанов, омывающих нашу страну, прокладывают в основном вдоль шоссейных и железных дорог. В конечном итоге они образуют систему полигонов с периметрами 1200-2000 км. Прокладывают их ив городах, территория которых превышает 500 км. Средняя квадратическая ошибка определения превышений при этом равна 0,8 мм/км. Линии II класса начинаются и заканчиваются на пунктах нивелирования I класса и образуют замкнутые или разомкнутые полигоны (рис) с периметром от 400 до 1 ООО км. Точность нивелирования в этом случае - 2,0 мм/км. Нивелирные сети Ш класса создаются в виде систем линий, разделяющих полигон П класса на шесть - девять частей, периметр которых 60-300 км. Средняя квад- ратическая ошибка определения превышений - 5 мм/км. Нивелирование rv класса является сгущением сетей Ш класса, причем превышения измеряют с точностью 10 мм/км. Следует отметить, что при проложении линий ниве РИС. Схема расположения нивелирных сетей лирования III и IV клас- I-IV классово П классу класс 41 сов для обеспечения топографических съемок в масштабе 1:10 ООО и крупнее определяют высоту пунктов плановых государственных сетей всех классов. Закрепляют пункты высотных государственных геодезических сетей также надежно, как и плановых. При этом, как правило, используют грунтовые, скальные или стенные марки и реперы Знаки не устанавливают, нона каждый пункт составляют абрис и дают описание его местоположения. Плотность пунктов государственной высотной опорной сети высока, особенно в городах, где расстояние между двумя смежными марками или реперами не превышает нескольких сотен метров. На пересечениях линий нивелирования I класса закладывают вековые реперы, а на линиях нивелирования I и II классов не реже чем через 60 км - фундаментальные, позволяющие изучать современные движения земной коры. 2.19. СЕТИ СГУЩЕНИЯ И СЪЕМОЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ Для изыскания, проектирования, строительства и эксплуатации объектов народного хозяйства, а также для выполнения топографических съемок пунктов только государственной геодезической сети недостаточно, поэтому по мере необходимости создаются сети сгущения плановые 1 -го иго разрядов и высотные в виде систем ходов технического нивелирования. Сети сгущения примыкают к пунктам государственной геодезической сети, и, таким образом, вычисление координат пунктов сгущения выполняют в единой общегосударственной системе координат. Плановые координаты точек можно определять построением сетей триангуляции, три- латерации, полигонометрии и спутниковыми методами, но точность линейно-угловых измерений в таких сетях значительно ниже, чем в государственных. Менее надежно закрепляются и точки (в частности, на песчаных грунтах в качестве центра может быть использован заложенный в яму массивный железобетонный пилон с маркой. Не устанавливают над центром и знаков сложной конструкции, в крайнем случае, простые пирамиды. При определении высоты точек нивелирование выполняют с точность 25 мм/км. 42 Съемочные сети развивают от пунктов государственных сетей и сетей сгущения путем проложения теодолитных, тахеометрических и мензульных ходов различными засечками методом триангуляции все активнее применяют спутниковые методы. Высоту точек определяют геометрическим или тригонометрическим нивелированием. Поскольку съемочная сеть нужна только на период съемки, ее точки закрепляют с помощью подручных материалов, в частности колышками, а рядом устанавливают сторожок с номером и датой закрепления. |