Методы топографической съемки

 

 

2 Геодезическое оборудование, используемое при топографо-геодезических работах

 

 

Известно, что требования к качеству строительной продукции быстро растут. Возрастает и необходимость постоянного повышения общего технического уровня строительных работ, надежности, долговечности, эстетичности, технологичности строительного производства.  
Инженерно-геодезические измерения и инженерно-геодезические построения занимают особое место в общей схеме строительных работ. Они начинаются задолго до начала строительства при проведении инженерно-геодезических изысканий, выноса проектов сооружений в натуру, являются составной частью технологии строительно-монтажных работ в период всего строительства, а также сопутствуют при проверке качества строительной продукции и продолжаются в эксплуатационный период при проведении наблюдений за деформациями зданий и сооружений, если того требуют условия проекта. Поэтому вопросы точности проведения геодезических работ имеют принципиальное значение, ибо они, в конечном счете, определяют уровень качества и надежность выстроенных зданий и сооружений.

При оценке надежности и точности измерений главным является выбор совершенной методики геодезических работ и соответствующих приборов и оборудования, исходя из заданных технологических требований проекта и допусков.

С ростом научно-технического прогресса и технического уровня строительства развивались и совершенствовались методики и приборы для проведения инженерно-геодезических работ. Если до 60-х годов нашего столетия развитие геодезического приборостроения шло по пути совершенствования успешно зарекомендовавшей себя традиционной технологии, в основе которой лежали физические принципы, разработанные, в основном, еще в конце XIX века, то за последние 30 лет развитие микроэлектроники, ставшей символом XX века, положило начало новой эпохи средств и методов геодезических работ. Современный геодезический прибор сегодня - это продукт высоких технологий, объединяющий в себе последние достижения электроники, точной механики, оптики, материаловедения и других наук. А использование спутниковой навигации систем СРS-ГЛОНАСС (в том числе и в целях геодезии) - можно смело считать новым достоянием цивилизации, преимущества которого в полной мере еще не оценены [12].

 

 

2.1 Виды геодезического оборудования

 

 

Геодезическое оборудование – это приборы, в основном применяемые для проведения топографо-геодезических работ различных видов: топографической съемки, разбивочных, монтажных и отделочных работ в строительстве, для вертикальной и горизонтальной разметки строительных площадей, территорий и контроля качества проведенных работ. Геодезическое оборудование значительно упрощает рабочие действия, позволяя получать точную разметку в минимальных временных промежутках [12].

Различают несколько видов и направленностей геодезического оборудования, включая и современные.

Лазерные рулетки, дальномеры (рисунок 1) - это приборы для измерения расстояний, широко применяющиеся в инженерной геодезии (при строительстве путей сообщения, гидротехнических сооружений, линий электропередач и т.д.), при топографической съёмке, в военном деле (главным образом для определения расстояний до целей), в навигации, в астрономических исследованиях, в фотографии. Принцип их действия основан на измерении времени прохождения волн соответствующего диапазона от дальномера до второго конца измеряемой линии и обратно.

 

 

Рисунок 1. Лазерный дальномер (рулетка) INFINITER 80 DIY

 

 

Лазерные, электронные уровни (рисунок 2) – традиционный строительный инструмент со встроенным лазерным маркером, который позволяет «продлить» профиль уровня в пространстве лазерным лучом. Теперь для того, чтобы перенести уровень стены или перегородки, подоконника или радиаторов отопления надо просто прислонить лазерный уровень к проецируемой поверхности, включить излучатель и лазерная указка, встроенная в уровень, покажет отметку на стене напротив – достаточно отложить от этой точки расстояние от основания уровня до лазерного излучателя (обычно, это 1 - 3 см).

Теодолит (рисунок 3) - довольно древнее изобретение. Он предназначен для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Теодолит, является одним из основных измерительных приборов на любой строительной площадке. В зависимости от точности, теодолиты могут использоваться в триангуляции, полигонометрии, в геодезических сетях сгущения.

 

 

Рисунок 2. Электронный уровень Geo-Fennel S-Digit 60

 

 

 

Рисунок 3. Оптический теодолит TDJ6E

 

Самый распространенный тип геодезического оборудования – лазерные и оптические нивелиры (рисунки 4, 5). Лазерные и оптические нивелиры, предназначены для определения превышения между точками или выноса в натуру проектных отметок. Лазерные нивелиры образуют видимую горизонтальную, вертикальную или наклонную плоскость при помощи лазерного луча, вращающегося со скоростью до 600 об./мин. Установка плоскости в горизонтальное положение производится при помощи электронных и жидкостных уровней или автоматической системы самонивелирования.

 

 

 

Рисунок 4. Лазерный нивелир Geo-Fennel FL-250 VA-N

 

Рисунок 5. Нивелир оптический Nikon AC-2S

 

 

Благодаря возможности исполнения работы меньшим количеством рабочих сил, задания в натуре опорной горизонтальной плоскости сразу во многих точках строительной площадки и оптимизации выноса отметок при монтаже, строительных и других работах, лазерные нивелиры стали надёжными и верными помощниками на многих строительных площадях.

В зависимости от охвата строительных потребностей и вида работы, места и специфики нивелиры делятся на ротационные и стационарные. Первые используются для ведения наружных работ, плоскость задается посредством вращающегося горизонтального луча, с видимым или невидимым лазерным излучением. Это оговаривается тем, что такие устройства имеют большой диапазон излучения, они позволяют работать на удалении от объекта и обеспечивают отличную видимость при ярком солнечном свете.

Для внутренних работ рекомендуется использовать нивелиры, которые обеспечивают на сравнительно не большом расстоянии визуальное положение рабочей плоскости, от которой будет проводиться разметка или монтаж - стационарные лазерные нивелиры.

Тахеометр - оптоэлектронный геодезический прибор (объединяющий в себе теодолит и дальномер), позволяющий производить любые угломерные измерения одновременно с измерением расстояний и по полученным данным проводить инженерные вычисления, сохраняя всю полученную информацию в памяти инструмента или передавая их на персональный компьютер для дальнейшей обработки. Также тахеометр позволяет выносить проектные точки в натуру, производить расчеты площадей и объемов участков, измерять провисание проводов ЛЭП и неприступные высоты, измерять и рассчитывать координаты, производить замер горизонтальных проложений, наклонных расстояний и превышений точек и т.д.

Современные тахеометры удовлетворяют всем условиям, которым должен соответствовать инструмент для выполнения топографо-геодезических работ, топографической съёмки [29].

Далее рассмотрим, какие виды тахеометров представлены на современном рынке геодезического оборудования, требования, предъявляемые к ним, сопоставим несколько тахеометров разных фирм-изготовителей и выберем наиболее подходящий для выполнения поставленной перед нами задачи.

 

 

2.2 GPS оборудование и их использование

 

 

На сегодня трудно найти специалиста в области геодезии, землеустройства, строительства, который так или иначе не соприкасался с такими геодезическими приборами, как gps оборудование, так прочно оно вошло в обыденную работу инженера-геодезиста. Геодезические GPS (Global Positioning System - глобальная система место определения.) системы позволяют в кротчайшие сроки, с меньшими усилиями и с высокой степенью надёжности получить координаты и высоты объектов.

Космической составляющей любой спутниковой навигационной системы будь это «GPS» или «ГЛОНАСС» (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) является орбитальная группировка спутников, которые постоянно излучают навигационные сигналы для наземного GPS и (ГЛОНАСС) оборудования. Наземный сегмент системы состоит из контролирующих станций и станции управления, которые в конечном итоге обеспечивают надежную работу GPS оборудования. Между спутниками и станциями с определённой периодичностью осуществляется постоянная связь, определение разного рода поправок и трансляция обработанных данных на главную станцию управления. А со станции управления осуществляться «загрузка» навигационного сообщения, состоящего из предварительно вычисленных эфемерид каждого спутника, поправок часов для спутников и других важных составляющих, которые с определённой цикличностью, поступают на спутники в виде навигационных сообщений. Все это обеспечивает надежную работу ГЛОНАСС, GPS оборудования [1].

Глобальная система местоопределения ("Global Positioning System") - GPS предназначена для определения текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве с использованием сигналов, получаемых приемником GPS от 24 искусственных спутников Земли, которые вращаются по 12 часовым орбитам на высоте около 20 тыс. км. Эта спутниковая GPS - система оплачивается и находится под контролем Департамента обороны США [24].

Орбиты спутников располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты. Этим достигается то, что сигнал хотя бы от некоторых спутников будет приниматься в любой точке земной поверхности и околоземного пространства в любое время при условии прямой видимости спутников.

Эти параметры орбит выбраны для того, чтобы в любой момент времени при отсутствии физических помех с Земли можно получать сигналы от 5 до 12 спутников.

Каждый спутник передает сигналы на 3-х частотах: гражданские GPS приемники используют частоту L1, равную 1575.42 МГц.

GPS приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом, для определения 2-х координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над уровнем моря - с четырёх.

Прямая видимость необходима для устойчивого приема сигнала со спутника. В автомобиле, среди высоких зданий, в горах или в глубоких ущельях возможности приемника GPS могут быть существенно ограничены. Если сигналы от некоторых спутников оказываются экранированы, то точность определения местоположения будет зависеть от оставшихся “видимыми” спутников. Чем большая часть неба заслонена искусственными или естественными предметами, тем более сложно определить положение.

Другим фактором, влияющим на точность GPS приемника, является геометрия спутников. Простыми словами, понятие “геометрия спутников” означает то, как они расположены относительно друг друга и GPS приемника. Если, например, приемник “видит” четыре спутника и все четыре расположены в северном и западном направлениях, то такая спутниковая геометрия не позволит получить максимальную точность. Если же эти четыре спутника будут находиться в разных направлениях, то точность значительно возрастет.

Прилагаются усилия европейских стран по запуску навигационной системы Galilleo. Выведен на орбиту очередной спутник китайской системы Beidou, но работа этих навигационных систем, ближайшее будущее.

GPS приёмники геодезические. Огромным импульсом развития геодезического GPS оборудования послужило отключение особого режима ограниченного доступа (SA – Selective Availability) в передаваемых навигационных данных со спутника, что позволило определять местоположение объекта с высокой точностью и на всей территории земной поверхности. На российском рынке геодезических техники представлено современное оборудование в сфере GPS систем основных мировых производителей (Topcon, Trimble, Sokkia, Leica, Magellan). GPS приемники геодезические бывают следующих модификаций: одночастотные, двухчастотные и многочастотные, в зависимости от сложности, объёма выполняемых работ и финансовых возможностей у потребителя есть возможность приобрести оборудование любой нужной конфигурации.

Одно из требований, предъявляемое временем к GPS оборудованию - это возможность использования различных навигационных систем, которые действуют сейчас: GPS, ГЛОНАСС и перспективные Galilleo. Современный GPS приемник геодезический – прибор многочастотный, использующий несколько каналов GNSS как правило с радиомодем и возможностью использования режима RTK. Передовые методики приема сигналов со спутников позволят принимать усовершенствованные GPS сигналы L2C и L5 и сигналы ГЛОНАСС. Усовершенствованные сигналы L2C и L5 будут оперативнее отслеживаться и приниматься, что соответственно улучшит получение качественных результатов в условиях ограниченного приема сигналов GNSS (Global Navigation Satellites System - Глобальные Навигационные Спутниковые Системы). Выше перечисленные параметры гарантируют пользователям высокую производительность и что немаловажно точность выполняемых работ, позволяют получать координаты с точностью от метра до нескольких миллиметров.

Все методы получения точных пространственных координат связаны с технологией закрепления и определения на местности базовой станции, а «роверные» GPS приемники предназначены для определения координат неизвестных точек. В зависимости от заданной точности, сроков работ, программного обеспечения применяются методы: режим статики, режим кинематики, режим кинематики в реальном времени «RTK».

В мире очень широко применяются постоянно действующие базовые станции (ПДБС), т. е. стационарно установленные спутниковая антенна и постоянно устанавливающий свои координаты геодезический GPS приемник. А сеть ПДБС позволяет значительно упростить задачи решаемые геодезистами.

Особую роль в получении необходимых результатов полевых работ играет программное обеспечение. Программа для «скачки» снабжает всем необходимым для определения, импорта и экспорта данных измерений, полученных ГЛОНАСС. Обработка и последующий анализ данных исполняется, как правило, другой программой, при этом возможность объединения различных геодезических измерений и их совместная последующая обработка значительно расширяют границы возможного при выполнении геодезических работ.

Применение геодезического GPS оборудования. Геодезическое GPS оборудование применяется при развитии высокоточных геодезических сетей, планово-высотных съёмочных сетей, на открытой местности производство крупномасштабной съёмки, межевании земель, наблюдении за деформациями поверхности земной коры.

Особенно упростило работу по выносу в натуру линейно протяжённых и площадных объектов, так на сегодня RTK - режим — единственный способ в реальном времени получить координаты точек на местности с уровнем точности до сантиметра.