Методи побудови планових геодезичних мереж

ВСТУП

Курс “Геодезія” займає важливе місце в програмі підготовки бакалаврів та спеціалістів напрямку підготовки 6.080101 “Геодезія, картографія та землеустрій”. Він є логічним продовженням курсу “Топографія”, який вивчається на першому курсі.

У курсі “Геодезія” вивчається методика створення планових і висотних геодезичних мереж.

Геодезична мережа — це сукупність пунктів на земній поверхні, закріплених спеціальними центрами, координати та висоти яких визначено геодезичними методами.

Геодезичні мережі поділяються на: державні, спеціального призначення, мережі згущення, знімальні [4].

Державна геодезична мережа (ДГМ) України — це основна геодезична мережа, пункти якої рівномірно розміщені на всій території України. ДГМ є носієм єдиної геодезичної системи координат та висот на території України. Вона створена з метою вирішення в інтересах господарської діяльності, науки та оборони країни різноманітних завдань, що вимагають геодезичного забезпечення.

Саме головне з цих завдань — картографування території України в усіх масштабах. Серед інших важливих завдань:

- вивчення природних ресурсів;

- ведення державних кадастрів;

- забезпечення вихідними геодезичними даними засобів наземної, морської і аерокосмічної навігації;

- вивчення фігури та гравітаційного поля Землі та змін їх у часі;

- вивчення геодинамічних явищ та сучасних рухів земної поверхні та інші.

Складовими частинами ДГМ є планова і висотна геодезичні мережі. Сучасна планова державна геодезична мережа складається з астрономо-геодезичної мережі 1 класу, геодезичної мережі 2 класу і геодезичної мережі 3 класу.

Висотна державна геодезична мережа складається з нівелірної мережі І і ІІ класів та нівелірної мережі ІІІ і ІV класів.

ДГМ є основою для створення мереж спеціального призначення та мереж згущення.

Геодезичні мережі спеціального призначення створюються на окремих територіях, наприклад, на геодинамічних полігонах або на спеціальних об'єктах. Вони будуються за спеціальними проектами, що розробляються різними відомствами для вирішення спеціальних завдань.

Мережі згущення створюють розвитком державних геодезичних мереж. Вони служать для обґрунтування топографічних знімань в масштабах 1:500–1:5000, а також для виконання інженерно-будівельних робіт тощо. До них належать мережі 4 класу, 1 і 2 розрядів.

Знімальні мережі — це пункти, які будують подальшим згущенням розрядних мереж. Вони являють собою безпосередню основу для топографічних знімань усіх масштабів.

1 ПЛАНОВІ ГЕОДЕЗИЧНІ МЕРЕЖІ

1.1 Основні положення створення планових геодезичних мереж України

Планові геодезичні мережі, які функціонують нині на території України (державні, мережі згущення, спеціальні мережі), створювалися такими основними методами: тріангуляції, полігонометрії і трилатерації.

Тріангуляція — побудова на місцевості у вигляді мережі трикутників, у кожному з яких вимірюються три кути (рис. 1.1). Крім того, в деяких трикутниках вимірюються сторони, які називаються базисними. Базисних сторін в мережі має бути не менше двох. На основі першої з використанням теореми синусів обчислюються довжини усіх інших сторін. Друга та наступна базисні сторони служать для контролю обчислень. На кінцях базисних сторін виконують астрономічні спостереження, з яких знаходять координати вихідних пунктів та азимути (а потім дирекційні кути) базисних сторін. Дирекційні кути інших сторін знаходять з обчислень. На основі довжин сторін і їх дирекційних кутів знаходять приростки координат по кожній стороні і координати усіх пунктів тріангуляції.

Рисунок 1.1 - Мережа тріангуляції

Полігонометрія — побудова на місцевості у вигляді системи ламаних ліній, у яких вимірюються сторони і кути при вершинах (рис. 1.2). Полігонометричні ходи опираються на вихідні сторони АВ і СD. На початку А і в кінці С ходу виконують астрономічні спостереження, з яких визначають координати цих пунктів та азимути, а потім дирекційні кути вихідних сторін АВ і СD.

Рисунок 1.2 - Мережа полігонометрії

Трилатерація — побудова на місцевості у вигляді мережі трикутників, у яких вимірюються три сторони (рис. 1.3).

Рисинок 1.3 - Мережа трилатерації

Мережі трикутників повинні опиратися на дві або більше вихідні сторони. На одному кінці кожної з цих сторін виконуються астрономічні спостереження, з яких визначають координати вихідних пунктів та азимути (дирекційні кути) вихідних сторін.

В останні десятиріччя в зв’язку з швидким розвитком супутникової геодезії при оновленні та реконструкції планової ДГМ, згідно з “Основними положеннями створення державної геодезичної мережі України” 1998р. [4] у геодезичне виробництво широко впроваджено новий метод створення геодезичних мереж з використанням супутникових радіонавігаційних систем GPS (Global Position Station). В цьому методі положення кожного пункту геодезичної мережі визначається незалежно від інших пунктів мережі за результатами спостережень штучних супутників Землі.

1.1.2 Схема планових мереж, побудованих згідно з “Основними положеннями 1954–1961 рр.”

На сьогоднішній день на території України функціонує державна геодезична мережа, яка є складовою частиною державної геодезичної мережі СРСР, що була побудована на протязі 50–90 років XX століття. Ця мережа є однією з найбільш унікальних за розмірами і точністю мереж у світі. Основні принципи побудови геодезичної мережі були викладені в 1961 р. в “Основних положеннях про побудову державної геодезичної мережі СРСР”, які пізніше отримали скорочену назву “Основні положення 1954–1961 рр.”

Згідно з цим документом, планова державна геодезична мережа СРСР поділялася на чотири класи: 1, 2, 3, 4-й.

Спочатку будувалася астрономо–геодезична мережа 1 і 2 класу. Астрономо-геодезична мережа 1 класу будувалася у вигляді полігонів периметром 800–1000 км. Полігони утворювалися ланками тріангуляції або полігонометрії довжиною не більше 200 км (рис 1.4).

На кінцях ланок будувалися два пункти Лапласа, на яких виконувалися астрономічні визначення довгот, широт та геодезичних азимутів базисних сторін. Ряди тріангуляції складалися з трикутників, близьких до рівносторонніх, або з геодезичних чотирикутників. Геодезичний чотирикутник — це чотирикутник з двома діагоналями. Довжини сторін в трикутниках або геодезичних чотирикутниках 20–25 км. Ряди тріангуляції могли бути замінені рядами полігонометрії з довжинами сторін 20–25 км.

	Базисна сторона і пункт Лапласа
	Тріангуляція 1 класу
	Тріангуляція 2 класу
	Полігонометрія 1 класу
	Полігонометрія 2 класу

Рисунок 1.4 - Схема планової ДГМ, побудованої згідно з
”Основними положеннями 1954–1961 рр.”

Астрономо-геодезична мережа 2 класу будувалася у вигляді суцільної мережі трикутників, розміщених між вихідними базисами. Довжини сторін трикутників 7–20 км. В суцільній мережі не рідше, ніж через 25 трикутників, вимірювалися базисні сторони, на кінцях яких встановлювалися пункти Лапласа, для яких визначалися астрономічними методами довготи, широти і геодезичні азимути базисних сторін. Мережі 2 класу будувалися також у вигляді полігонометрії (рис. 1.4), в основному метод полігонометрії знаходив своє застосування в залісених районах. Були спроби використання при створенні мереж 2 класу методу трилатерації, але вони не дали належних за точністю результатів.

Мережі тріангуляції 3 класу будувалися у вигляді вставок у трикутники вищого класу (рис. 1.5), або у вигляді жорстких систем (рис. 1.6).

Рисунок 1.5 - Вставка у трикутник вищого класу

Рисунок 1.6 - Жорстка система

Жорстка система являє собою систему з п'яти і більше пунктів, в якій пункти 3 класу з’єднувалися між собою і з пунктами вищого класу. Довжини сторін 3 класу — 5–8 км.

Подібно до 3 класу будувалися мережі тріангуляції 4 класу: у вигляді вставок у трикутники вищого класу та у вигляді жорстких систем. Довжини сторін 4 класу становили 2–5 км.

Метод полігонометрії при створенні мереж 3 і 4 класу також знайшов широке застосування. Ці мережі за точністю нічим не поступалися перед мережами тріангуляції.

Що стосується методу трилатерації, то він отримав застосування лише при побудові мереж 3 і 4 класів, проте ці мережі за точністю поступалися мережам, створеним методами тріангуляції та полігонометрії.

Нижче приведені основні технічні характеристики державних мереж, побудованих згідно з “Основними положеннями 1954–1961 рр.” методом тріангуляції (табл. 1.1) і методом полігонометрії (табл. 1.2).

Оскільки для забезпечення топографічних знімань державних мереж було недостатньо, їх подальше згущення здійснювалося мережами 1 і 2 розрядів, які створювалися такими ж методами, що і державні мережі.

Таблиця 1.1 - Основні технічні характеристики державних мереж тріангуляції, побудованих згідно з “Основними положеннями 1954 –1961 рр.”

Назва показника	Клас тріангуляції
Середня довжина сторони, км	20–25	7–20	5–8	2–5
Відносна помилка базисної (вихідної) сторони (m b/ b)	1:400000	1:300000	1:200000	1:200000
Відносна помилка сторони в слабкому місці (m s/ s)	1:150000	1:200000	1:120000	1:70000
Допустима нев’язка трикутника	3″	4″	6″	8″
Сер. кв. помилка вимірювання кута (за нев'язками трикутників)	0.″7	1″	1.″5	2″
Сер. кв. помилка астрономічних визначень: широти довготи азимута	0.″3 0.03 0.″5	0.″3 0.03 0.″5	— — —	— — —

Таблиця 1.2 - Основні технічні характеристики державних мереж полігонометрії, побудованих згідно з “Основними положеннями 1954 –1961 рр.”

Назва показника	Клас полігонометрії
Довжина ходу, км Довжина сторони, км	20–25	за спеціально розробленою програмою	— не менше 3	0.25–2
Сер. кв. помилка вимірювання кутів	0.″4	1″	1.″5	2″
Відносна помилка вимірювання сторін	1:300000	1:250000	1:200000	—
Кількість сторін в ході, не більше	—	—

1.1.3 Характеристика сучасної планової геодезичної мережі України

В зв’язку з науково-технічним прогресом, який відбувається у світі, і новими завданнями, які ставляться перед геодезичною галуззю України, державна геодезична мережа, підлягає оновленню та модернізації. 8 червня 1998р. постановою Кабінету Міністрів України затверджені “Основні положення створення державної геодезичної мережі України”. В 1999 році Головним Управлінням Геодезії Картографії та Кадастру при Кабінеті Міністрів України видана “Інструкція з топографічного знімання у масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500”

Згідно з цими документами, планова геодезична мережа України складається з державної мережі (астрономо-геодезична мережа 1 класу, геодезична мережа 2 класу, геодезична мережа 3 класу), мережі згущення
(4 класу, 1 і 2 розрядів) та знімальної мережі.

Перш ніж давати характеристику цих мереж, розглянемо питання їх щільності.

1.1.3.1 Щільність геодезичних пунктів

Введемо поняття щільності геодезичних пунктів.

Під щільністю геодезичних пунктів розуміють площу території, яка забезпечується одним пунктом. Чим менша ця площа, тим більшою є щільність. Нормативні документи встановлюють необхідну щільність пунктів. При її обґрунтуванні береться до уваги масштаб і призначення майбутніх топографічних знімань.

Так, у відповідності до “Інструкції з топографічного знімання у масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500” Київ, ГУГКіК, 1999, середня щільність пунктів планової державної геодезичної мережі для створення геодезичної основи топографічних знімань на незабудованих територіях в масштабі 1:5000 повинна бути доведена до одного пункту на 20–30 км² і в масштабі 1:2000 — до одного пункту на 5–15 км² (п. 1.1.24). На забудованих територіях щільність пунктів ДГМ повинна бути доведена до одного пункту на 5 км².

Щільність планових геодезичних мереж згущення поза населеними пунктами повинна бути доведена до одного пункту на 7–10 км² для знімань у масштабі 1:5000, і до одного пункту на 2 км² для знімань у масштабі 1:2000.

У містах, селищах та інших населених пунктах, а також на промислових майданчиках щільність мереж згущення має бути один пункт на 1 км² на незабудованих територіях та чотири пункти на 1 км² — у забудованих частинах.

1.1.3.2 Характеристика астрономо-геодезичної мережі 1 класу

Астрономо-геодезична мережа 1 класу (АГМ-1) будується у вигляді однорідної за точністю просторової геодезичної мережі, яка складається з рівномірно розміщених геодезичних пунктів, віддалених один від одного
на 50–150 км.

АГМ-1 є геодезичною основою для побудови нових геодезичних мереж і забезпечення подальшого підвищення точності існуючої ДГМ з використанням методів супутникової геодезії.

Частина пунктів АГМ-1 являє собою постійно діючі пункти GPS спостережень та астрономо-геодезичні обсерваторії, на яких виконується комплекс супутникових астрономо-геодезичних, гравіметричних та геофізичних спостережень, що забезпечують безперервне відтворення загальної геодезичної системи координат.

Решта пунктів АГМ-1 — це фундаментально закріплені на місцевості пункти, положення яких періодично визначається в рамках довгострокової програми функціонування ДГМ.

Система координат, яка задається пунктами АГМ-1, узгоджується з фундаментальними астрономічними (небесними) системами координат і надійно зв’язана з аналогічними системами різних держав у рамках узгодження наукових проектів міжнародного співробітництва.

Кожний пункт АГМ-1 повинен бути зв’язаний GPS-вимірюваннями не менше, як з трьома суміжними пунктами мережі.

Пункти АГМ-1 повинні бути вставлені в мережу високоточного нівелювання, що дозволяє визначити перевищення нормальних висот між суміжними пунктами АГМ-1 з середньоквадратичними помилками не більше 0,05 метра.

На кожному пункті АГМ-1 виконуються і періодично повторюються визначення відхилень вискових ліній з середньоквадратичною помилкою 0,5”.

Кількість пунктів АГМ-1 та їх розташування визначається програмою побудови ДГМ.

1.1.3.3 Основні вимоги до побудови геодезичної мережі 2 класу

Геодезична мережа 2 класу будується у вигляді однорідної за точністю просторової геодезичної мережі, яка складається з рівномірно розміщених геодезичних пунктів існуючої геодезичної мережі 1 та 2 класів, побудованих згідно з вимогами “Основних положень 1954 – 1961 рр.” і нових пунктів, що визначаються відповідно до вимог цих “Основних положень”.

Геодезична мережа 2 класу є вихідною геодезичною основою для побудови геодезичної мережі згущення 3 класу та геодезичних мереж спеціального призначення з використанням методів супутникової геодезії та традиційних геодезичних методів.

Нові пункти геодезичної мережі 2 класу розміщуються на відстані
8–12 км один від одного, а на території міських населених пунктів, великих промислових об'єктів — 5–8 км, їх положення визначається, як правило, відносними методами супутникової геодезії, а також традиційними геодезичними методами (тріангуляції, трилатерації, полігонометрії), які забезпечують точність визначення взаємного положення пунктів з середньоквадратичними помилками величиною 0,03–0,05 метра при середній довжині сторін 10 кілометрів.

За вихідні пункти для визначення координат пунктів геодезичної мережі 2 класу приймаються пункти АГМ-1. Група нових пунктів геодезичної мережі 2 класу, що визначаються, повинна мати зв’язок не менше, ніж з трьома пунктами АГМ-1.

Основні вимоги до побудови геодезичної мережі 2 класу наведено в таблиці 1.3.

Висоти марок верхніх пунктів геодезичної мережі 2 класу повинні визначатися геометричним нівелюванням, яке забезпечує точність взаємного положення пунктів за висотою з середньоквадратичною помилкою не більшою 0,05 метра. В гірській і важко доступній місцевості нормальні висоти можуть визначатися тригонометричним нівелюванням або GPS-нівелюванням, яке виконується методами супутникової геодезії. У цьому випадку СКП визначення взаємного положення суміжних пунктів за висотою не повинна перевищувати 0,20 метра.

Таблиця 1.3 - Основні вимоги до побудови геодезичної мережі 2 класу

Параметри мережі	Метод побудови
GPS	тріангу- ляція	полігоно-мерія	трилатерація
Периметр полігона, км Найбільша довжина ходу, км			150–180
Довжина сторони, (віддаль між пунктами в GPS), км Найбільша Найменша
Кількість сторін у ході не більше
Сер. квадр.помилка взаємного положення пунктів, м	0,03–0,05	0,03–0,05	0,03–0,05	0,03–0,05
Сер. квадр.помилка вимірювання кутів не більше, кутові сек.		1″	1″
Найбільша нев’язка трикутника		4″
Кутова нев’язка ходу, сек			2″
Відносна помилка вимірювання вихідної сторони (базису) не більше, m s/s		1:300000		1:300000
Сер.квадр.помилка вимірювання сторони не більше, м			0,03	0,03

1.1.3.4 Основні вимоги до побудови геодезичної мережі 3 класу

Геодезична мережа 3 класу будується з метою збільшення кількості пунктів до щільності, яка забезпечує створення знімальної основи великомасштабних топографічних та кадастрових зйомок. Вона включає геодезичні мережі 3 та 4 класів, які побудовані згідно з вимогами “Основних положень 1954–1961 рр.”, та нові мережі 3 класу, що визначаються згідно з вимогами цих “Основних положень”.

Нові пункти геодезичної мережі 3 класу визначаються відносними методами супутникової геодезії, а також традиційними геодезичними методами полігонометрії, тріангуляції та трилатерації. При цьому середньоквадратична помилка визначення взаємного положення пунктів в плані повинна бути не більшою 0,05 метра.

Вихідними пунктами для побудови геодезичної мережі 3 класу служать пункти астрономо-геодезичної мережі 1 класу і геодезичної мережі 2 класу.

У геодезичній мережі 3 класу за можливістю повинна забезпечуватись видимість (земля-земля) між суміжними пунктами мережі, а в разі її відсутності на пункті закладається два орієнтирних пункти згідно з вимогами цих “Основних положень”.

Під час визначення пунктів геодезичної мережі 3 класу методом полігонометрії прокладаються окремі ходи або системи з вузловими точками, які опираються на пункти більш високого класу.

Якщо відстань між пунктами, що належить до різних ходів, менше 2 км, здійснюється взаємний зв’язок таких ходів.

Основні вимоги до побудови геодезичної мережі 3 класу наведено в таблиці 1.4.

Дата добавления: 2014-01-05