Государственные геодезические сети

 

 

Северо – Восточный Федеральный Университет

им. М.К. Аммосова

 

 

 

 

 

 

Реферерат

Государственные геодезические сети

 

 

 

 

 

 

 

выполнил: студент группы ГМ-14

Сивцев Серафим Иннокентьевич

 

 

 

 

г.Якутск

Содержание

 

 

 

Введение

 

Геодезия является очень распространенной областью знаний, с которой человек постоянно сталкивается в практической деятельности, используя топографические карты, занимаясь строительством дорог, зданий, промышленных комплексов, запуская космические корабли и т.д. В целом ее можно разделить на "собственно геодезию”, занимающуюся вопросами геодезического обеспечения в повседневной практике, и высшую геодезию, которая делает возможным это простое применение геодезии в нашей повседневной жизни.

Студенты первых двух курсов получают, в основном, знания по "собственно геодезии”, включающие такие геодезические понятия как ориентирование, азимут, рельеф, системы координат, применяемые в практике повседневных геодезических работ, дирекционный угол, способы получения плановых и высотных координат; виды геодезических измерений; топографическая съемка методы создания планово-высотного обоснования для этой съемки и т.д. При этом, выполняя геодезическую работу, например, топографическую съемку, они пользуются уже готовой исходной основой, т.е. прямоугольными координатами углов рамок трапеций, координатной сеткой, плановыми и высотными координатами исходных пунктов государственной геодезической сети, которая при необходимости сгущается планово-высотными съемочными сетями. Простота производства топографической съемки обусловлена, прежде всего, наличием готовой координатной исходной основы необходимой точности и плотности, при которой отпадает необходимость учета в результатах геодезических измерений кривизны Земли и неоднородностей гравитационного поля Земли в пределах участка съемки. Но возможность такого простого подхода при топографической съемке, под которой в данном случае мы понимаем картографирование территории страны в единой системе координат, обеспечена сложным подготовительным процессом создания опорной геодезической сети, изучения гравитационного поля Земли, а также решения ряда других проблем, которыми уже занимается высшая геодезия.

Высшая геодезия - это очень обширная область знаний, занимающаяся определением формы, размеров и гравитационного поля Земли, заданием систем координат, созданием государственных опорных геодезических сетей, обеспечивающих по точности и плотности картографирование страны и выполнение инженерно-геодезических работ, изучением геодинамических явлений, решением геодезических задач на поверхности земного эллипсоида и в пространстве.

Настоящий раздел высшей геодезии рассматривает основные геодезические работы, которые выполняются при создании государственных геодезических сетей, плановых и высотных. Акцент сделан на высокоточные геодезические измерения и, соответственно, на геодезические сети высших классов.

государственная геодезическая сеть угломерный

 

Глава 1. Общие сведения о геодезических сетях

 

1.1 Классификация геодезических сетей

 

Геодезические сети представляют собой совокупность пунктов на земной поверхности, имеющих известные плановое положение в избранной системе координат и отметки в принятой системе высот, закрепленных на местности центрами и отмеченных специальными опознавательными знаками.

По территориальному признаку геодезические сети бывают общеземными, т.е. покрывающими весь земной шар, государственными, т.е. создаваемыми в пределах территории каждой отдельной страны в единой системе координат и высот, принятой в данной стране, сетями сгущениями и местными сетями.

По геометрии различают плановые, высотные и пространственные сети.

Построение геодезических сетей, как правило, производится по принципу от общего к частному, согласно которому сети делятся на классы, разряды и строятся поэтапно. При этом сначала создается сеть более редких пунктов высшего класса, служащих основой для дальнейшего поэтапного сгущения сети низшими классами (т.е. вначале создается 1 класс, который затем сгущается 2, 3, 4 классами и т.д.). Развитие сети высшего класса позволяет в относительно сжатые сроки распространить избранную систему координат на всю территорию государства и создать возможность развития сетей низших классов в отдельных районах, согласуя очередность работ с потребностями народного хозяйства страны.

Общеземные или глобальные геодезические сети в настоящее время создаются методами спутниковой геодезии. Поэтому ее называют космической или спутниковой геодезической сетью. Положение пунктов в этой сети вычисляют в геоцентрической системе прямоугольных пространственных координат Х, Y, Z, начало которой совмещено с центром масс Земли (рис.1.3). Глобальные геодезические сети используют для решения научных и научно-технических задач высшей геодезии, геодинамики, астрономии и других наук.

Геодезическая сеть Беларуси создана в советское время и является частью геодезической сети СССР. Состав ее представлен на рис. (1.1), из которого следует, что сеть подразделяется на 4 группы (согласно классификации 1961 года).

 

Рис.1.1 Геодезическая сеть СССР и Беларуси

 

Сформулируем цели и задачи, решаемые каждой из представленных на рис.1.1 геодезических сетей.

 

1.2 Назначение геодезических сетей

 

Государственная плановая геодезическая сеть предусматривает определение с наивысшей точностью взаимного положения геодезических пунктов в плановом отношении на выбранной поверхности относимости (референц-эллипсоиде или плоскости); высоты пунктов этой сети определяются с гораздо более низкой точностью, особенно в горных районах.

Государственная нивелирная сеть служит для определения с наивысшей точностью высоты нивелирного пункта относительно поверхности квазигеоида; плановое положение пункта этой сети на поверхности относимости определяется приближенно.

Государственная гравиметрическая сеть предназначена для определения с наивысшей точностью ускорений силы тяжести на пунктах; плановое и высотное положение пунктов этой сети должно быть определено с требуемой точностью.

Государственные геодезические сети создаются на территории каждой отдельной страны со следующими целями:

а) для детального изучения фигуры и гравитационного поля Земли, их изменений во времени (в пределах территории страны);

б) распространения единой системы координат и высот на территории всей страны;

в) картографирования территории страны в разных масштабах в единой системе координат и высот;

г) решения геодезическими методами разного рода научных и инженерно-технических задач народного хозяйства.

Государственные геодезические сети всех трех видов строятся раздельно, но они тесно взаимосвязаны и дополняют друг друга. Отдельные пункты этих сетей могут быть общими для всех трех видов, что позволяет более эффективно решать многие задачи геодезии, геодинамики и т.д.

Пункты государственных геодезических сетей надежно закрепляются на местности долговременными центрами. По точности эти сети должна находиться на уровне современных требований и ближайшего будущего. Поэтому через 25-30 лет выполняют так называемое обновление государственных геодезических сетей, т.е. производится восстановление утраченных пунктов, а также выполняются повторные геодезические измерения и уравнивание сетей на базе новейших измерительных и вычислительных достижений.

Геодезические сети сгущения (ГСС) создаются для обоснования топографических съемок масштаба 1: 5000 - 1: 500 и инженерно - геодезических работ.

Местные геодезические сети создаются на локальных участках местности, на которых необходимо решить сложные научные или инженерно-технические задачи, требующие определения взаимного положения точек в плане и по высоте с наивысшей точностью на каждый момент времени. В этих случаях создают специальные геодезические сети предельно высокой точности и выполняют в них прецизионные измерения повторно через определенные интервалы времени. Математическую обработку измерений в таких сетях выполняют в местной системе координат, подбираемой таким образом, чтобы редукционные поправки за переход от измеренных величин к их проекциям на местную поверхность относимости были как можно меньше. Такие сети используют, например, в сейсмоактивных районах для поиска предвестников и последующего прогноза землетрясений, при строительстве и эксплуатации мощных радиотелескопов, ускорителей элементарных частиц, гидроэлектростанций, теплоэлектроцентралей и т.д. Таким образом, в состав местных геодезических сетей входят также высокоточные инженерно-геодезические сети. Обычные же инженерно-геодезические опорные сети, используемые, например, при трассировании линейных сооружений, обслуживании строящихся объектов и т.д., как правило, развиваются от ближайших пунктов государственных геодезических сетей и сетей сгущения.

 

 

1.3 О плотности и точности построения ГГС

 

При создании ГГС в каждой стране возникают три основных вопроса:

а) выбор схемы построения ГГС;

б) установление необходимой плотности пунктов сети или площади обслуживания одним пунктом;

в) установление необходимой точности, с которой определяется взаимное положение смежных пунктов сети.

Данные три вопроса решаются, исходя из целей создания опорных геодезических сетей (решение главной научной задачи высшей геодезии; картографирования территорий страны в единой системе). Для достижения обеих целей необходимо, чтобы ГГС была сплошной, достаточно равномерно покрывающей всю территорию страны. Причем, это требование должно выполняться на этапе создания астрономо-геодезической сети (плановой ГГС 1 и 2 классов, являющейся наиболее точной и используемой при решении главной научной задачи высшей геодезии).

Сплошность сети наиболее удобно обеспечивает система пунктов, образующих треугольники. Она и используется чаще всего при проектировании опорных геодезических сетей.

Так как ГГС создается в соответствии с принципом перехода от общего к частному, то между средними значениями длин сторон треугольников при переходе от одного класса триангуляции к другому должны быть соблюдены определенные соотношения.

Если предположить, что сеть состоит из равносторонних треугольников, то эти соотношения будут следующими:

, , , - длины сторон триангуляции соответственно 1,2,3 и 4 классов.

 

; ;

 

Принимая среднее значение = 23 км, длины сторон будут

 

Таблица 1.1

Класс	S, км	Площадь обслуживания 1пунктом, км2 Р =0,78 S 2
2 3 4	13,3 7,6 4,4	138,0 45,0 15,1

 

 

Кроме того, при определении плотности пунктов решающее значение имеет задача общегосударственного картографирования всей страны, которая ставят в прямую зависимость плотность сети от масштаба съемки, методов ее выполнения и методов создания съемочного обоснования. Представление о нормах плотности пунктов в зависимости от масштаба съемки можно получить из таблицы 1.2.

 

Таблица 1.2

Масштаб съемки	Площадь съемочной трапеции, км2	Площадь обслуживания одним пунктом Р, км2	S, км
1: 25000 1: 10000	75 18	50 - 60 "-	7 - 8 "-
1: 5000	4.5	20 - 30	4 - 6
1: 2000	1.1	5 - 15	2 - 4

 

 

Как видим, чем крупнее масштаб съемки, тем выше плотность пунктов и, соответственно, тем меньше расстояние между пунктами. Сопоставляя данные таблиц 1 и 2, можно сказать, что съемку масштаба 1: 25000 - 1: 10000 может обеспечить триангуляция 3 класса, 1: 5000 - 4 класс, а масштаба 1: 2000 - 4 класс в совокупности с сетями сгущения.

Точность построения ГГС

Для решения научных проблем астрономо-геодезическую сеть (АГС) страны необходимо создавать с наивысшей при массовых измерениях точностью и непрерывно совершенствовать.

Для решения задачи общегосударственного картографирования вплоть до масштаба 1: 2000 требуется, чтобы точность определения стороны между смежными пунктами ГГС удовлетворяла соотношению:

 

, (1.1)

 

где - СКО определения стороны; m - графическая точность карты;

М - знаменатель масштаба топографической карты.

Приняв m= 0.2 мм на карте, вычислим по формуле (1.1) допустимые ошибки определения длин сторон между смежными пунктами ГГС для различных масштабов (таблица 1.3).

 

Таблица 1.3. Зависимость допустимых ошибок сторон ГГС от масштаба топографической карты

Масштаб	1: 25000	1: 10000	1: 5000	1: 2000	1: 1000
Графическая точность карты, м	5.0	2.0	1.0	0.4	0.2
доп., м	1,25	0,5	0,25	0,10	0,05

 

 

В нашей стране наиболее крупным государственным масштабом карты является 1: 2000. Следовательно, точность определения стороны ГГС не должна превышать 10 см.

 

Глава 2. Методы, программы создания и модернизация геодезических сетей

 

2.1 Методы построения плановых геодезических сетей

 

Плановые геодезические сети могут быть созданы наземными и спутниковыми методами. К наземным методам создания этих сетей относятся методы триангуляции, полигонометрии и трилатерации, а также методы геодезических засечек и проложения теодолитных и мензульных ходов. Последние три метода используются исключительно в топографии и инженерной геодезии. Поэтому в рамках данного курса ограничимся рассмотрением триангуляции, трилатерации и полигонометрии, а также идеи спутникового метода, ставшего в последние годы основным при создании плановых государственных геодезических сетей. Дадим краткую характеристику каждого метода.