Опорные и съемочные сети

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ. ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ

7.1. Опорные и съемочные сети

7.2. Топографические съемки

7.3. Сущность теодолитной съемки

7.4. Проложение теодолитных ходов и их привязка к геодезической сети

7.5. Абрис

7.6. Проверка полевых вычислений

7.7. Зависимость между дирекционными и измеренными углами

7.8. Угловые невязки замкнутого и разомкнутого теодолитных ходов

7.9. Вычисление дирекционных углов и румбов сторон хода

7.10. Способы съемки ситуации

Опорные и съемочные сети

Основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ являются геодезические сети. Геодезическая сеть (ГС) представляет собой систему закрепленных на местности точек, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат и/или высот. ГС подразделяются на высотные и плановые.

В плановых ГС различают государственную геодезическую сеть, геодезическую сеть сгущения и съемочную геодезическую сеть. Государственная геодезическая сеть (ГГС) представляет собой геодезическую сеть, обеспечивающую распространение координат на территорию государства и являющуюся основой для построения других геодезических сетей [ГОСТ 22268]. ГГС отличается сравнительно невысокой плотностью точек и наивысшей точностью измерений.

Геодезическая сеть сгущения (ГСС) – геодезическая сеть, создаваемая в развитие геодезической сети более высокого порядка. ГСС создаются заблаговременно для увеличения плотности точек ГГС. Съемочная геодезическая сеть (СГС) является обоснованием для выполнения топографических съемок и инженерно-геодезических работ и создается по мере необходимости непосредственно перед выполнением указанных работ. Перечисленные геодезические сети в свою очередь в зависимости от точности выполняемых измерений подразделяются на классы и разряды (табл. 7.1).

Таблица 7. 1. Классификация геодезических сетей

Физически геодезическая сеть представляет собой множество закрепленных на земной поверхности точек – пунктов геодезической сети. Геодезическим пунктом называют пункт геодезической сети. С каждым геодезическим пунктом связаны геодезический знак и центр геодезического пункта. Геодезический знак есть устройство или сооружение, обозначающее положение геодезического пункта на местности. Геодезические пункты закрепляются на местности специальными центрами геодезических пунктов с учетом их долговременного сохранения. Центр геодезического пункта есть устройство, являющееся носителем координат геодезического пункта. Центр геодезического пункта имеет марку. Марка центра геодезического пункта – деталь центра геодезического пункта, имеющая метку, к которой относят его координаты [ГОСТ 22268]. Обычно такой меткой является накернованное отверстие или крестообразная насечка.

Пример центра геодезического пункта приводится на рис. 7.1. Такие центры представляют собой установленные один на другой бетонные блоки с металлическими марками вверху, имеющими крестообразные насечки или накернованные отверстия. Конструкция центров геодезических пунктов зависит от климатических условий, грунтов и глубины их промерзания. С целью предотвращения случайного уничтожения центры, как правило, имеют две или три марки, расположенные одна над другой на одной отвесной линии. Если одна или две верхние марки будут уничтожены, положение центра можно восстановить по сохранившейся нижней марке.

Рис. 7.1. Пример центра

Рис.7.2. Схема простого и сложного сигналов Рис. 7.3. Внешний вид пирамиды и сигнала

Для обеспечения видимости с геодезического пункта на соседние и с соседних пунктов сети на данный пункт над ними устанавливаются геодезические знаки в виде пирамиды, сигнала или тура. Туры представляют собой каменные, кирпичные или бетонные столбы над маркой и устанавливаются на остроконечных вершинах с открытым горизонтом. Пирамиды могут быть трех- или четырехгранными, деревянными или металлическими и устанавливаются в горной или холмистой и безлесной местности, когда есть видимость с земли на соседние пункты. Высота пирамид составляет 5 – 8 м. Сигналы могут быть простыми или сложными. Простой сигнал представляет собой конструкцию из двух изолированных друг от друга пирамид. Внутренняя пирамида служит подставкой для геодезического прибора (теодолита или светодальномера). Наружная пирамида предназначена в качестве платформы для наблюдателя и визирной цели. Высота простых сигналов доходит до 10 м. Сложные сигналы состоят из внутренней пирамиды, опирающейся на столбы внешней пирамиды, их высота может достигать 40 м. Для наблюдений с соседних пунктов на турах, пирамидах и сигналах устанавливаются визирные цилиндры, ось которых должна располагаться на одной отвесной линии с центром пункта. Схемы и внешний вид пирамид и сигналов представлены на рис. 7.2 и 7.3.

На застроенных территориях в связи с земляными работами находящиеся в земле пункты часто уничтожаются. Поэтому с целью долговременной сохранности геодезических пунктов практикуется их закрепление в стенах капитальных зданий и сооружений, например, в виде настенных пунктов полигонометрии.

Закрепленные на местности геодезические пункты бесполезны без их координат. Поэтому физически существующая в виде пунктов геодезическая сеть представляется каталогом координат геодезических пунктов – систематизированным перечнем пунктов, в котором для каждого пункта указываются его название, класс, прямоугольные координаты и абсолютная высота центра, дирекционные углы направлений на соседние пункты сети или на видимые с земли специально создаваемые ориентирные пункты. Названные каталоги формируются либо по листам карт масштаба 1:200 000, либо по объектам работ. Каталоги дополняются схемами геодезической сети, описаниями центров и другой информацией, которая может оказаться полезной при использовании геодезической сети.

Методами построения плановых сетей являются триангуляция, полигонометрия и трилатерация. Триангуляция представляет собой сплошную сеть треугольников, в которой измеряются все углы в каждом треугольнике и одна или несколько сторон треугольников с целью масштабирования сети. Триангуляция была предложена голландским ученым Снеллиусом в 1615-1617 г.г., позволила сравнительно быстро создавать геодезические сети на больших территориях и до конца 1900-х годов являлась основным способом создания плановых геодезических сетей.

Полигонометрия представляет собой геодезическое построение в виде системы ломаных линий, называемых полигонометрическими ходами, в которых измерены углы между смежными сторонами и длины всех сторон. Трилатерация есть сеть треугольников, в которой измерены все их стороны.

Классическая государственная геодезическая сеть представляет собой астрономо-геодезическую сеть. Ее основой служат звенья (цепочки) треугольников триангуляции 1 класса длиной около 200 км, вытянутые вдоль параллелей и меридианов и образующие полигоны с периметром примерно 800 км (рис.7.4). Стороны треугольников триангуляции 1 класса составляют величину порядка 20 – 25 км. На территории СССР было создано около 6000 пунктов 1 класса, образовавших 87 полигонов. В углах таких полигонов создаются астрономические пункты, или пункты Лапласа, на каждом из которых измеряются его геодезическая широта B, долгота L и азимут A какой-либо стороны. Все указанные величины измеряются с погрешностью не более 0.5². Кроме того, в углах таких полигонов измеряются стороны, называемые базисами.

Внутри полигонов 1 класса создается заполняющая (сплошная) сеть триангуляции или полигонометрии 2 класса. Расстояния между пунктами 2 класса составляют величину порядка 7 – 20 км. Дальнейшее сгущение геодезической сети осуществляется путем вставки одного или нескольких пунктов 3 и 4 классов (рис. 7.5) с использованием типовых фигур, представленных на рис. 7.6. Общее число пунктов плановых геодезических сетей 1 – 4 классов, созданных на территории СССР, составляет примерно 350 тысяч. Точность их взаимного положения, по некоторым оценкам, составляет примерно 10 см.

Рис. 7.4. Схема триангуляции 1 кл	Характеристики триангуляции 1 кл Длина сторон 20 – 25 км Ошибка измерения горизонтальных углов не более 0.7² Относительная ошибка измерения базисов не более 1:400 000 Ошибка измерения широты не более 0.3² Ошибка измерения долготы не более 0.3s Ошибка измерения азимута не более 0.5²   Характеристики триангуляции 2 кл Длина сторон 7 - 20 км Ошибка измерения горизонтальных углов не более 1² Относительная ошибка измерения базисов не более 1:300 000 Ошибка измерения широты не более 0.3² Ошибка измерения долготы не более 0.3s Ошибка измерения азимута не более 0.5²
Рис. 7.5. Схема триангуляции 3-4 классов	Характеристики триангуляции 3 кл Длина сторон 5 – 8 км Ошибка измерения горизонтальных углов не более 1.5² Относительная ошибка измерения базисов не более 1:200 000   Характеристики триангуляции 4 кл Длина сторон 2 – 5 км Ошибка измерения горизонтальных углов не более 2.0² Относительная ошибка измерения базисов не более 1:200 000

ГГС в виде плановых геодезических сетей 1- 4 классов представляет собой классическую геодезическую сеть, создававшуюся трудом многих тысяч профессиональных геодезистов в течение нескольких десятков лет. В настоящее время в связи с повышением требований к точности определения геометрических величин на земной поверхности и с новыми способами таких определений осуществлен пересмотр структуры геодезической сети. В дополнение к классической ГГС создается новая, более точная спутниковая геодезическая сеть с использованием глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), названная государственной геодезической системой координат (ГГСК).

Спутниковая геодезическая сеть по точности и плотности пунктов подразделяется на три уровня: фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС), высокоточную спутниковую геодезическую сеть (ВГС), спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1) и упомянутую выше ГГС.

ФАГС содержит 50 постоянно действующих пунктов, ведущих наблюдения за спутниками российской глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) и американсой Global Position System (GPS). В дальнейшем, по завершении создания Европейской спутниковой системы Galileo, предполагается использование и ее спутников. Среднее расстояние между пунктами ФАГС равно примерно 1500 км. Назначением ФАГС является определение изменений координат во времени, вызванных глобальными геодинамическими процессами - движением тектонических плит. На земной поверхности это движение проявляется в виде дрейфа материков по отношению друг к другу. Указанные изменения координат на земном шаре в среднем составляют величину около 3 см в год. Для некоторых регионов эта величина существенно больше, так, например, для Австралии с 1999 г по 2010 г изменение координат достигло величины 56 см.

Рис. 7.6. Типовые схемы ГСС

ВГС состоит из 300 пунктов, на которых в зависимости от геотектонической активности региона периодически (через 5-10 лет) выполняются повторные наблюдения. Расстояния между пунктами ВГС колеблются в пределах от 300 до 500 км. СГС-1 содержит примерно 4500 пунктов, часть этих пунктов совмещена с пунктами ГГС 1 – 4 классов. На пунктах СГС-1 наблюдения спутников выполняются однократно. Среднее расстояние между пунктами СГС-1 равно 30 км.

Традиционная ГГС является наименее точным и наиболее плотным компонентом ГГСК. Точность взаимного положения пунктов ФАГС, ВГС и СГС-1 составляет 1 -2 см. Точность взаимного положения соседних пунктов ГГС после совместной обработки с результатами наблюдений в спутниковой геодезической сети составит около 3 – 5 см, чего вполне достаточно для обеспечения точности топографических планов самого крупного масштаба (1:500).

Геодезические сети сгущения создаются методами триангуляции и полигонометрии 1 и 2 разрядов (табл. 7.3 и 7.4).

Съемочная геодезическая сеть создается с таким расчетом, чтобы ошибки положения пунктов в масштабе плана не превышали 0.2 мм на открытой местности и 0.3 мм - в закрытой местности. Съемочная геодезическая сеть чаще всего создается в виде отдельных теодолитных ходов или их систем, на открытой местности - в виде триангуляционных построений и различного рода засечек.

Государственная высотная геодезическая сеть создается методом высокоточного геометрического нивелирования (I и II классов). Нивелирные геодезические сети сгущения создаются геометрическим нивелированием III и IV классов. Методами построения высотных съемочных сетей являются техническое геометрическое нивелирование, а в условиях пересеченной местности - тригонометрическое нивелирование.

Таблица 7.3. Характеристики триангуляции 1 и 2 разрядов

Таблица 7. 4. Характеристики полигонометрии 1 и 2 разрядов

Таблица 7.5. Характеристики нивелирных сетей

Пункты государственной нивелирной сети называют реперами, которые могут быть грунтовыми или стенными (рис. 7.7 и 7.8). В стенах капитальных зданий и сооружений могут закладываться также нивелирные марки (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Стенные знаки

Рис. 7.8. Грунтовые реперы