Полигонометрические работы (стр. 1 )

дисциплина «Спецглавы геодезии»

ПОЛИГОНОМЕТРИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Лекция 1 ВИДЫ, НАЗНАЧЕНИЕ И МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

1 Плановые геодезические сети.

2 Основные методы создания государственной геодезической сети:

а) триангуляция;

б) полигонометрия;

в) трилатерация;

г) линейно-угловые сети;

д) спутниковые методы создания геодезических сетей.

Плановыми геодезическими сетями называются аналитические линейно-угловые построения на земной поверхности, надёжно закреплённые на местности, пункты которых имеют координаты.

- геодезические сети подразделяются на глобальные, покрывающие поверхность всей земли;

- государственные, создаваемые на территории данной страны;

- сети сгущения;

- геодезическое съёмочное обоснование, создаваемое для производства топографических съёмок;

- специальные геодезические сети.

Глобальная геодезическая сеть создаётся методами космической геодезии по материалам наблюдений искусственных спутников Земли (ИСЗ). Положение пунктов определяется в геоцентрической системе прямоугольных координат с началом в центре масс Земли. Глобальную геодезическую сеть используют для решения научных и научно-технических задач геодезии, физики, астрономии и др. наук. Глобальная геодезическая сеть должна непрерывно совершенствоваться путём повышения точности определения координат её пунктов, что необходимо для эффективного решения традиционных и новых научных проблем геодезии и др. наук.

Справка: В системе геоцентрических координат положение точки А на поверхности эллипсоида определяют геодезической долготой L и геоцентрической широтой Ф, равной углу между радиус-вектором ρ и плоскостью экватора в соответствии с рисунком 1.

где p p' – малая ось эллипсоида

Рисунок 1 – Система геоцентрических координат

Плановые государственные геодезические сети необходимы:

- для распространения единой системы координат на территории страны;

- детального изучения фигуры и гравитационного поля Земли и планет солнечной системы и их измерений во времени;

- выполнения топографических съёмок в единой системе координат;

- надёжного контроля качества топографо-геодезических работ;

- решения научных и технических задач народного хозяйства.

Специальные геодезические сети создают тогда, когда для решения поставленных задач на участке работ необходимо иметь пункты, взаимное положение которых в плане определяется с наивысшей точностью. Систему координат в таких сетях подбирают так, чтобы редукционные поправки за переход от измеренных величин к их проекциям на местную поверхность относимости были минимальными. Такие сети строят для прогнозирования землетрясений, при строительстве крупных прецизионных сооружении и т. д.

1.2 Основные методы создания государственной геодезической сети

1.2.1 Триангуляция

Основными методами построения государственной геодезической сети являются триангуляция, полигонометрия и трилатерация. Выбор конкретного метода определяется условиями местности, требуемой точностью и экономической эффективностью.

Метод триангуляции был предложен в 1614 г Снеллиусом (нидерландский астроном и математик 1580 – 1626гг). На командных высотах устанавливают геодезические пункты, соединяя которые получают треугольники в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 – Схема триангуляции

В треугольниках измеряют все углы и некоторые из сторон, которые называются базисами. По длине базисной стороны и измеренным углам вычисляют длины всех сторон треугольников. Зная дирекционный угол начальной базисной стороны и координаты одного их начальных пунктов (пункт А) можно вычислить координаты всех остальных пунктов.

Сеть триангуляции может состоять из рядов треугольников, системы рядов или сплошной сети треугольников. Элементами сети могут быть треугольники, геодезические четырёхугольники и центральные системы. Например:

- CDEF – геодезический четырёхугольник;

- ABDFHA – центральная система с пунктом C внутри её.

1.2.2 Полигонометрия

При создании геодезической сети методом полигонометрии на местности строят геодезические пункты, соединив которые получают ломаную линию, в которой измеряют все длины сторон Si, соединяющих пункты, а на пунктах углы поворота βi. Конечные пункты такого хода называются опорными, на них измеряют примычные углы β1 и βn+1 между исходными и определяемыми сторонами. Для исходных сторон известны дирекционные углы или Азимуты. Схема полигонометрического хода приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема полигонометрического хода

В крупных городах, залесённой местности метод полигонометрии может быть более эффективным, так как требует менее высоких геодезических знаков, с которых нужно обеспечивать видимость на гораздо меньшее число пунктов, чем в триангуляции и трилатерации ( в среднем на постройку знаков приходилось 50-60% всех затрат. Недостатками полигонометрии по сравнению с триангуляцией являются:

- меньшая жёсткость геометрического построения;

- меньшее число условных уравнений;

- слабый контроль полевых измерений;

- обеспечение узкой полосы местности.

1.2.3 Трилатерация

Трилатерация, как и триангуляция состоит из цепочки треугольников, геодезических четырёхугольников, центральных систем, сплошных сетей треугольников, в которых измеряют длины сторон.

Исходными в трилатерации являются координаты одного или нескольких пунктов, а также дирекционные углы одной или нескольких сторон. Особенно применяется в инженерно-геодезических работах. При создании сетей 1-го и 2-го классов метод трилатерации не применяется так как:

- контроль измерения сторон отсутствует или очень слаб ( в треугольнике трилатерации условные уравнения отсутствуют. в геодезическом четырёхугольнике или центральной системе возникает только по одному условному уравнению);

- в технико – экономическом отношении трилатерация по сравнению с триангуляцией требует больше транспортных расходов, большего штата бригады;

- точность передачи азимута в рядах трилатерации ниже, чем в триангуляции;

- поперечный сдвиг в трилатерации в несколько раз больше продольного, что приводит к оазной точности определения координат X и Y.

1.2.4 Линейно-угловые сети

В линейно-угловых построениях измеряют углы и стороны треугольников, на некоторых линиях измеряют азимуты Лапласа. Линейно-угловые сети создаются для достижения максимальной точности определения координат пунктов, но они требуют гораздо больших затрат.

1.2.5 Спутниковые методы создания геодезических сетей

Спутниковые методы создания геодезических сетей состоят из геометрических и динамических. В геометрическом методе ИСЗ используют как высокую визирную цель, а диномическом – ИСЗ является носителем координат. В геометрическом методе спутники фотографируют на фоне опорных звёзд, что позволяет получить направления со станции слежения на спутники. Фотографирование нескольких положений ИСЗ с 2-х или более исходных и несколько определяемых пунктов позволяет получить координаты определяемых пунктов.

Создание навигационных систем (в России Глонасс и в США – NAVSTAR) состоящих не менее чем из 18 ИСЗ, позволяет в любой момент, в любой части Земли определить геоцентрические координаты X, Y,Z с высокой точностью.

Лекция 2 Государственная геодезическая сеть:

1 Структура государственной геодезической сети;

2 Развитие государственной геодезической сети;

3 Развитие геодезических сетей сгущения:

а) плотность пунктов геодезических сетей;

б) создание геодезических сетей методом триангуляции и полигонометрии;

с) организация полигонометрических работ;

Государственные геодезические сети (ГГС) являются главной геодезической основой топографических съёмок всех масштабов и используются при решении инженерно-технических и научных задач. ГГС подразделяется на 4 класса.

Государственная геодезическая сеть создавалась по принципу перехода от общего к частному и состояла из рядов триангуляции 1-го класса (астрономо-геодезическая сеть) длиной 200-250 км, прокладываемых вдоль меридианов и параллелей, основных рядов триангуляции 2-го класса длиной 100-120 км и заполняющей сети 2-го класса, сети 3-его и4 классов, которые определяются вставками систем треугольников или отдельных пунктов относительно пунктов высшего класса в соответствии с рисунком 4.

Рисунок4 – Схема развития государственной геодезической сет и

На пересечении рядов 1-го класса определяли длину и азимут выходных сторон триангуляции. Длины выходных сторон находили из построений базисных сетей. Оба конца базисных сторон являются пункты Лапласа на которых определяются .

Требования к точности построения ГГС методом триангуляции приведены в таблице 1

Таблица 1 – Требования к точности построения ГГС методом триангуляции

Длина стороны треугольника, км	1кл, 20-25	2кл, 4-20	3кл, 5-8	4кл, 2-5
Ср. кв. ошибка измерен. угла	0,7"	1,0"	1,5"	2,0"
Относительная ошибка измерения базисной стороны	1/400000	1/300000	1/200000	1/150000
Относительная ошибка стороны в наиболее слабом месте	1/300000	1/200000	1/150000	1/80000

Основными принципами развития плановых геодезических сетей являются:

- развитие геодезических сетей шло по принципу «от общего к частному» - от классов с наивысшей точностью геодезических измерений к низшим;

- координаты пунктов ГГС определялись на всей территории России в единой системе координат. Этому служит астрономо-геодезическая сеть (АГС) – сеть 1-го класса, при помощи которой и распространяется единая система геодезических координат с началом координат в Пулково и поверхностью относимости в виде референц – эллипсоида Красовского;

Справка: В Россиии за основную принята уровенная поверхность, проходящая через нуль Крондштатского футштока, который на 10 мм выше среднего уровня Балтийского моря. Тело, ограниченное основной уровенной поверхностью, называется геоидом. Эта поверхность не совпадает со средней невозмущённой поверхностью морей и океанов. Отклонения могут возникать до 1м.

Невозможность строго определить фигуру геоида под сушей привела к задаче нахождения квазигеоида , однозначно определяемой по наземным астрономо-геодезическим и гравиметрическим измерениям. Квазигеоид совпадает с геоидом на морях и океанах, на суше отступление квазигеоида от геоида не более 2м.

Для научного и практического использования необходима простая аппроксимация фигуры Земли. Наибрлее удобным представлением Земли оказался Земной эллипсоид – эллипсоид вращения, параметры которого и ориентирование подобраны под условием наилучшего соответствия фигуре квазигеоида (геоида) впределах всей Земли или отдельных её областей (референц – эллипсоида).

- ГГС рассчитывалась на длительное время, поэтому пункты закрепляются долговременными центрами;

- ГГС проектировалась так, чтобы в дальнейшем была возможность проведения контроля измерений и оценки точности выполненных измерений и конечных результатов.

ГГС имеет около 164 тысяч закреплённых на местности пунктов 1-го и 2-го классов АГС. В систему государственного геодезического обеспечивания входит также государственная гравиметрическая сеть (ГФГС), государственная гравиметрическая сеть 1-го класса.

Существующая сеть обеспечивает практические потребности и не соответствует некоторым важным современным требованиям науки и практики.

2 Развитие государственной геодезической сети

Задание, поддержание и воспроизведение системы координат на уровне требований, обеспечивающих решение фундаментальных перспективныз задач в области геодезии, геофизики, геодинамики и космонавтики обуславливает необходимость создания геодезической сети на более высоком уровне точности.

Построение такой сети – составная часть новой высокоэффективной государственной системы геодезического обеспечения территории России, основанной на применении методов космической геодезии и использовании глобальных навигационных спутникових систем ГЛОНАСС и GPS.

ПО сравнению с традиционными спутниковые методы ГЛОНАСС и GPS имеют следующие преимущества:

- передача с высокой оперативностью и точностью координат на любые расстояния;

- геодезические пункты можно располагать в благоприятных для их сохранности местах, так как не нужно обеспечивать взаимную видимость между пунктами и строить дорогостоящие геодезические знаки;

- простота и большой уровень автоматизации работ;

Реализация спутниковых технологий предусматривает построение ГГС, структурно формирующуюся также по принципу «от общего к частному», и включающую в себя геодезические построения различных классов точности:

- фундаментальную астрономо – геодезическую сеть (ФАГС);

- высокоточную геодезическую сеть(ВГС);

- спутниковую геодезическую сеть 1кл (СГС-1);

- астрономо-геодезическую сеть (АГС);

- геодезические сети сгущения (ГСС).

Все классы строго связаны между собой. ФАГС является опорой для ВГС, а ВГС – для СГС-1. При построении ФАГС, ВГС и СГС-1 предусматривается привязка существующей ГГС к высшему классу спутниковых сетей.

Выполнение планируемых мероприятий позволит:

- повысить точность и оперативность геодезических определений на один и даже два порядка;

- повысить уровень автоматизации работ;

- исключить строительство наружных знаков;

- разместить геодезические пункты в удобных для потребителя местах;

- внедрить методы спутникового нивелирования вместо геометрического нивелирования III и IV классов;

- установить высокоточную единую геодезическую систему координат и поддерживать её на современном уровне.

3 Развитие геодезических сетей сгущения

а)Плотность пунктов геодезических сетей

Густота пунктов ГГС определяется масштабом топографических съёмок. Так, для съёмок в масштабе 1:25000, 1:10000 густота пунктов должна быть такой, чтобы на площадь в 50-60 км2 приходился 1 пункт.

Для обоснования топографических съёмок масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 необходимо иметь следующую плотность пунктов:

- для съёмок в масштабе 1:5000 – 1пункт на 20-30км2 и одного репера нивелирования на 10-15 км2;

- для съёмок в масштабе 1:2000 и крупнее 1 пункт на 5-15 км2 и одного репера нивелирования на 5-7 км2;

- на территории крупных городов, имеющих не менее 1 миллиона жителей или занимающих территорию не менее 50 км2, один пункт на 10-15 км2.

Средняя же плотность ГГС составляет не менее 1 пункта на 20-30 км2, поэтому, чтобы произвести съёмку в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 в городах, на промышленных площадках общую плотность пунктов необходимо довести:

- в застроенной части до 4 пунктов на 1 км2;

-в незастроенной - до 1 пункта на 1 км2.

Для обеспечения инженерных изысканий и строительства в городах и на промышленных объектах плотность геодезических сетей может быть доведена до 8 пунктов на 1 км2.

Плотность геодезической основы для съёмок в масштабе 1:5000 территорий вне населённых пунктов должна быть доведена не менее чем до 1пункта на 7-10 км2, а для съёмок в масштабе 1:2000 – до 1 пункта на 2 км2.

Доведение густоты пунктов до требуемой плотности производится развитием сетей сгущения методами триангуляции1 и 2-го разрядов, полигонометрии 4 класса, 1 и 2-го разрядов, а также на основе использования спутниковой геодезической аппаратуры (приёмники GPS и др) и их сочетанием.

Полигонометрия 4 класса, 1 и 2-го разрядов создаётся в виде отдельных ходов или сетей. Ходы должны быть по возможности вытянутой формы и опираться на 2 исходных пункта высшего класса или разряда и на две стороны с исходными дирекционными углами в соответствии с рисунком 5.

Рисунок 5- Схемы полигонометрических ходов и сетей

б) Создание геодезических сетей методом триангуляции и полигонометрии

Требования к построению сетей методами триангуляции и полигонометрии приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1-Требования к триангуляции 1 и 2 разрядов

Показатели	1 разряд	2 разряд
1	2	3
Длина стороны треугольника, км	0,5-5	0,25-3
Число измеренных базисных (выходных) сторон в свободных геодезических сетях, не опираю­щихся на пункты высшего класса или разряда	2	2
Относительная погрешность не более: базисной выходной стороны
определяемой стороны сети в наиболее слабом месте
Наименьшее значение угла треугольника между направле­ниями данного класса (разряда), градусы: в сплошной сети	20	20
в связующей	30	30
во вставке	30	20
Предельная невязка в треуго­льнике, с	20	40
Средняя квадратическая по­грешность измеренного угла (вы­численная по невязкам треу­гольников), с, не более	5	10
Длина базисной (выходной) стороны, км, не менее	1	1
Число треугольников между исходными (базисными) сторо­нами или между исходным пун­ктом и исходной стороной, не бо­лее	10	10
Количество приемов при из­мерении длин базисных сторон светодальномерами и (или) эле - ктронными тахеометрами	2	2

Таблица 2-Требования к полигонометрии 4 класса, 1 и 2 разрядов

Показатели	4 класс	1 разряд	2 разряд
1	2	3	4
Предельные длины отдельных полигонометрических хо­дов при измерении линий светодальномерами и (или) электронными тахеометрами в зави­симости от числа сторон в ходе, км (n - число сторон в ходе)	8 при n =30	10 при n=50	6 при n =30
10 при n =20	12 при n=40	8 при n =20
12 при n =15	15 при n=25	10 при n=10
15 при n =10	20 при n=15	12 при n=8
20 при n =6 .	25 при n=10	14 при n=6
Предельная длина хода при измерении длин линий другими методами, км	15	5	3
Предельные длины ходов, км, между исходным пунктом и узловой точкой	2/3 длины отдельного хода, определяемой в зависимости от числа сторон в ходе
узловыми точками	1/2 длины отдельного хода, определяемой в зависимости от числа сторон в ходе. При уменьшении числа сторон хода соответственно на 2/3 и 1/2
Средняя квадратическая погрешность измеренного угла (по невязкам в ходах), с, не более	3	5	10
Угловая невязка в ходах или полигонах, с, не более (n - число углов в ходе или полигоне)	5√n	10√n	20√n
Предельная относительная погрешность хода	1/25000	1/10000	I/5 000
Периметр полигона, образованного полигонометрическими ходами в свободной сети, км, не более	30	15	9
Количество приемов при измерении углов способом круговых приемов по трехштативной системе теодолитами: Tl, T1A и равноточными	4	2	1
ЗТ2КП и равноточными	6	3	2
ЗТ5КП и равноточными	-	-	3
Количество приемов при измерении длин линий светодальномерами и (или) электронными тахеометрами	3	2	1
Расхождения (колебания) между результатами наблюдений направления на начальный предмет в начале и конце полуприема, не более: ЗТ2КП и равноточные, с	8	8	8
ЗТ5КП и равноточные, мин.	-	-	0,2
Расхождения (колебания) между значениями направлений в отдельных приемах (полуприемах), приведенных к общему нулю, не более: ЗТ2КП и равноточные, с	8	8	8
ЗТ5КП и равноточные, мин.	-	-	0,2
Погрешность центрирования инструмента над центром пункта, мм, не более	'2	2	2

Примечания