Опорные инженерно-геодезические сети

Плановое положение точки определяется двумя её координатами X, Y, поэтому для реализации любой засечки необходимо измерить, как минимум, две независимые величины (углы, расстояния), каким-либо образом связывающие определяемую точку с исходными пунктами.

Различают угловые, линейные и линейно-угловые засечки геодезические.

Угловые засечки геодезические в зависимости от расположения вершин измеряемых углов подразделяют на прямые (рис. 6 а), обратные (рис. 6 б) и комбинированные (рис. 6 в), линейные (рис. 6 г) и линейно-угловые (рис.6 д).

 

Рис. 6 Засечки геодезические

 

Засечки геодезические различаются по числу используемых опорных пунктов на биполярные и полярные.

Наибольшее распространение в практике создания геодезической плановой основы получили прямая и обратная угловые засечки, а также задача Потенота (определение положения четвёртой точки по трём данным).

В прямой засечке измерения выполняют на исходных пунктах, в обратной – на определяемом пункте, в комбинированной – на исходных и определяемом пунктах.

При графических и графомеханических засечках геодезическая искомая точка находится на пересечении двух построенных линий, называемых линиями положения (прямые при прямых угловых засечках геодезических, окружности при обратных и линейных засечках геодезических, прямая и окружность при комбинированных угловых засечках геодезических). Для контроля используют не менее трёх линий положения, пересекающихся под углом 30°х150°. Аналитическое определение координат при засечках геодезических находят, например, путём вычисления дирекционного угла направления (по дирекционному углу направления на опорный пункт и измеренному углу между этим опорным и определяемым пунктами), угла между направлениями с известными дирекционными углами, решения прямой и обратной геодезической задачи и решения треугольников по теореме косинусов и синусов.

Засечка геодезическая применяется для определения положения пунктов геологических, геофизических съёмок, привязки буровых и т.п.

Засечкой называется метод определения координат отдельной точки измерением элементов, связывающих ее положение с исходными пунктами.

Для определения планового положения точки необходимо измерить два элемента. Для контроля, кроме необходимых, выполняют избыточные измерения. Рассмотрим вычисление координат в некоторых засечках.

Прямая угловая засечка.

На исходных пунктах A и B с координатами , , ,  . (рис. 7 а) измеряют углы и . При обработке измерений сначала вычисляют дирекционные углы направлений AP и BP:

; .

Дирекционные углы с координатами связаны формулами обратной геодезической задачи

; .

Решая эти уравнения относительно xp и yp, получим формулы, по которым вычисляют координаты определяемой точки Р (формулы Гаусса):

.

Для контроля ординату yP вычисляют вторично по формуле:

. 

Если один из дирекционных углов или близок к или , то вычисления выполняют по формулам

;

.

 

Рис. 7. Схемы засечек: а – прямая угловая; б – обратная угловая; в – комбинированная угловая; г – линейная; д – линейно-угловая

Для контроля аналогичные измерения и вычисления выполняют, опираясь на другую исходную сторону BC. За окончательные значения координат определяемой точки принимают средние.

Существуют и иные формулы решения прямой угловой засечки, например, формулы котангенсов углов треугольника (формулы Юнга):

; .

Обратная угловая засечка.

 На определяемой точке P (рис. 7 б) измеряют углы и между направлениями на исходные пункты A, B и C. При этом исходные пункты выбирают такие, чтобы они с точкой P не оказались на одной окружности или вблизи нее. Координаты точки P вычисляют по формулам Гаусса, предварительно вычислив дирекционные углы:

; .

Для контроля измеряют избыточный угол и вычисляют координаты, используя другую пару измеренных углов.

Линейная засечка.

Для определения координат точки Р (рис. 7 г) измеряют расстояния d1, d2. По формуле косинусов находят углы треугольника АРВ. Вычисляют дирекционный угол aАР = aАВ - ÐA, а затем по формулам прямой геодезической задачи - искомые координаты

xP = xA + d1cosaАР; yP = yA + d1sinaАР.

Для контроля измеряют избыточное расстояние d3 и вычисляют координаты из другого треугольника ВРС.

 

3. Спутниковые методы построения опорных сетей

 

Спутниковые методы относятся к относительно новому поколению измерительных систем. Способ построения и реконструкции опорных инженерно-геодезических сетей, основанный на спутниковых технологиях, сегодня является наиболее востребованным и наиболее распространённым.

Переход топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений обеспечивает наиболее рациональное и эффективное практическое определение координат и высот пунктов земной поверхности на всей территории страны с точностями, требуемыми для решения возможно более широкого круга научно-технических и производственных задач.

Спутниковые технологии координатных определений имеют существенные преимущества перед традиционными. Им свойственны высокая точность, независимость от погоды и времени суток, оперативность, возможность определения координат при отсутствии взаимной видимости между пунктами. В то же время в закрытой и полузакрытой местности (лес, городские кварталы) применять их довольно трудно. В таких случаях спутниковые методы сочетают с традиционными. При этом возможны такие варианты: геодезический се опор– развитие сети традиционными методами от пунктов, определенных спутниковыми приемниками;

– развитие сети спутниковыми методами от пунктов, определенных традиционными методами;

– ступенчатое развитие сетей, при котором спутниковые и традиционные измерения чередуются.

Для определения координат пунктов с помощью спутниковой аппаратуры выполняют следующие работы:

– подготовительные, которые включают составление проекта сети, рекогносцировку и уточнение проекта, закладку центров на определяемых пунктах;

– измерения, которые включают развертывание аппаратуры, соединение кабелями ее частей, центрирование и ориентирование антенны, определение высоты антенны, установку карты памяти, ввод названия пункта и высоты антенны, выбор нужного режима измерений, после чего измерения и регистрация результатов выполняются автоматически;

– обработку результатов измерений с использованием программных пакетов, прилагаемых к спутниковой аппаратуре.

Спутниковая геодезическая аппаратура обеспечивает возможность работы в различных режимах.

В режиме "Статика" одновременные измерения на двух или нескольких пунктах выполняются неподвижными приемниками. Один из приемников принимают за базовый. Положение остальных приемников определяется относительно базового. Измерения в режиме "Статика" выполняют, как правило, на больших расстояниях между пунктами (свыше 15 км). Время наблюдений зависит от расстояния между пунктами, числа спутников, состояния ионо- и тропосферы, требуемой точности и составляет обычно не менее 1 ч.

Режим "Быстрая статика" позволяет сократить продолжительность измерений, благодаря возможности применения на линиях до 15 км активных алгоритмов разрешения неоднозначности. Продолжительность наблюдения в этом режиме составляет 5-20 мин.

Режим "Реоккупация" используется, когда нет одновременной видимости на необходимое число спутников. Тогда измерения выполняют за несколько сеансов, накапливая нужный объем данных. На этапе компьютерной обработки все данные объединяют для выработки одного решения.

Режим "Кинематика" служит для определения координат передвижной станции в ходе ее перемещения. При работе в этом режиме необходимо, чтобы приемники на базовой и передвижной станциях поддерживали непрерывный контакт со спутниками в течение всего времени измерений. До начала движения выполняют инициализацию – разрешение неоднозначности фазовых измерений.

Режим "Cтой–иди" - такая разновидность кинематического режима, когда передвижную станцию перемещают с точки на точку, делая на каждой точке остановку и выполняя для повышения точности несколько эпох измерений в течение 5-30 с.

Значения средних квадратических погрешностей определения положения, мм, принято характеризовать формулой

 

m = a + bD,

 

где D - расстояние между базовым и подвижным приемниками, км.

Значения параметров a и b приведены в табл.

 

Таблица. Параметры, характеризующие точность определения положения

Режим измерений	Аппаратура
	двухчастотная		одночастотная
	a, мм	b, мм/км	a, мм	b, мм/км
Статика	5	1	10	2
Быстрая статика	5…10	1	10	2
Реоккупация	10…20	1	10…20	2
Кинематика	10…20	1	20…30	2
"Стой–иди"	5…10	1	10…20	2

 

Возможные схемы построения геодезической сети с помощью спутниковых измерений показаны на рис. 8. Каждая линия на схеме указывает, что на концах линии установлены спутниковые приемники, с помощью которых выполняют синхронные измерения, определяющие приращения координат DX, DY, DZ по данной линии.

Геодезическая сеть может быть построена с применением лучевого и сетевого методов.

Рис.8 . Схемы построения спутниковых геодезических сетей:  
а, б – лучевой метод; в – сетевой метод;

 

При лучевом методе координаты определяемого пункта получают (рис. 8 а), измерив вектор, соединяющий его с опорным пунктом. Для контроля координаты определяют дважды, то есть по результатам измерений, связывающих определяемый пункт с двумя опорными пунктами (рис. 8 б).

При сетевом методе (рис. 8 в) определяемые пункты связывают измерениями не только с опорными пунктами, но и между собой.

Возможны сети, где одну часть пунктов сети определяют сетевым, а другую - лучевым методом.

Опорная сеть, созданная с применением спутниковой навигационной системы (далее - СНС) является основной сетью (каркасом) для дальнейшего сгущения (Рис. 9). опорные пункты, координаты которых получены СНС, могут дополнять ранее созданные сети.

Рис. 9. Опорная сеть, созданная с применением СНС

 При создании опорной сети с применением СНС единственными требованиями для приема сигналов со спутников является отсутствие препятствий, закрывающих небо более 15-20° над горизонтом, расположение зданий ближе 25 м и телевизионных передатчиков ближе 1 км.

При наличии препятствий (закрытий пространства) по составленным абрисам моделируется закрытие небесной сферы, используя программное обеспечение на компьютере для получения прогноза на дату наблюдений, по которому определяется наиболее благоприятный период производства работ.

Наблюдения производятся в статическом режиме в соответствии с техническим паспортом на приемник спутниковой системы определения координат и высот с соблюдением всех допусков и не менее двукратных наблюдений каждого пункта.

Комплект оборудования используемого при производстве измерений, поверяется в установленном порядке с учетом инструкций производителей приборов и инструментов.

Определение координат пунктов сети по исходному одному пункту дает единственное решение без избыточной информации.

Сеанс приема спутниковых сигналов производится одновременно всеми приемниками. Количество сеансов (время) наблюдений зависит от необходимой точности получения координат и от характеристики применяемых приемников спутниковой системы определения координат и высот. Продолжительность наблюдений зависит от количества приемников и количества наблюдаемых спутников. При статическом методе, одновременном использовании 4 приемников и приеме сигналов с 4 спутников, время наблюдений составляет 45-60 минут.

Методика производства работ и тип системы координат уточняются в соответствии с требованиями используемой системы позиционирования.

Камеральная обработка выполняется на ЭВМ по программе, являющейся прикладной к данному комплекту оборудования.

Средняя квадратическая погрешность определения дирекционных углов, полученных по наблюдениям, не должна превышать 5".

Геодезическая сеть уравнивается как трехмерное (пространственное) построение. Для контроля производится уравнивание сети одним из строгих способов.

Все пункты опорной сети должны иметь высотные отметки, определенные проложением нивелирных ходов 3 или 4 классов или определенные с помощью СНС по специальной программе.

Траверсные съемки должны иметь пункты высотного обоснования на каждом конце сети и на обеих сторонах траверса, т.е. не менее четырех исходных точек, окаймляющих сеть. Ни одна определяемая точка не должна быть далее 5 км от исходного высотного репера.