Види та методи побудови геодезичних мереж

ЛЕКЦІЯ 9

ОПОРНІ ГЕОДЕЗИЧНІ МЕРЕЖІ

На попередній лекції ми завершили види вимірувань в геодезії. При вимірюванні перевищень важливо знати існуючі способи нівелювання, їх точність, прилади та методику геометричного нівелювання яка найбільш часто використовується в інженерно-будівельній справі.

Види та методи побудови геодезичних мереж

Система закріплених на місцевості постійними знаками пунктів, для яких визначені з заданою точністю координати Х, Y, H створює вихідну геодезичну мережу.

Для зменшення впливу похибок вимірювань на точність визначення координат пунктів геодезичної мережі її створюють “від загального до часткового”. Спочатку створюється на території країни рідка мережа пунктів максимально можливої високої точності. Далі така мережа поступово згущується, а точність вимірювань понижується.

За цим принципом в Україні геодезична мережа поділяється на:

- державну геодезичну мережу;

- мережі згущення;

- знімальні мережі.

Геодезична мережа поділяється на планову з визначеними координатами пунктів Х, Y , висотну – з визначеними висотами Н та планово-висотну – з визначеними координатами Х, Y та висотами Н.

Планові геодезичні мережі створюють способами:

Астрономічний спосіб – полягає в визначені широти j, довготи l кожного пункту та астрономічного азимута напрямів ліній геодезичної мережі за спостереженнями небесних світил.

Геодезичний спосіб – за результатами астрономічних спостережень визначають координати деяких (вихідних) пунктів геодезичної мережі. Координати інших пунктів визначають аналітично за результатами вимірювання сторін та кутів геометричних фігур, вершинами яких є закріплені геодезичні пункти.

Супутниковий спосіб полягає в визначені координат пунктів мережі за результатами спостережень навігаційними системами штучних супутників Землі.

Висотні геодезичні мережі створюються:

- геометричним нівелюванням;

- тригонометричним нівелюванням;

- супутниковим способом.

Традиційними методами побудови планових геодезичних мереж є:

Метод тріангуляції. На місцевості постійними знаками закріплюються пункти так, щоб утворювались трикутники (рис. 8.1). Якщо відомі або задані координати вихідного пункту А і вихідний дирекційний кут a_АВ, довжина b вихідної сторони АВ і виміряі кути трикутника А,В,С (рис. 8.1,б), то за теоремою синусів можна визначити всі сторони трикутника. Від вихідного дирекційного кута a_АВ можна обчислити дирекційні кути сторін АС і ВС і за прямою геодезичною задачею обчислити координати Х,Y пункта С.

a б

Рис. 8.1. Метод тріангуляції

а) мережа тріангуляції; б) трикутник тріангуляції

Метод трилатерації – геометрично на місцевості створюється система трикутників з закріпленими пунктами. Вимірюються тільки довжини усіх сторін. За теоремою косинусів обчислюють кути всіх трикутників. Як і в мережі тріангуляції за прямою геодезичною задачею обчислюють координати Х,Y всіх пунктів мережі трилатерації від вихідних астрономічних пунктів.

Метод полігонометрії. Між закріпленими на місцевості пунктами створюють ламані ходи (рис. 8.2). Хід опирається на вихідні пункти А,В та С,D з відомими координатами пунктів Х,Y та дирекційними кутами сторін a_АВ та a_CD.

Рис. 8.2. Метод полігонометрії

На місцевості вимірюють горизонтальні кути, що примикають до вихідних сторін b_1п та b_2п і горизонтальні кути між лініями ходу b₁, b₂, ..., b_п та горизонтальні прокладання ліній полігонометрії d₁, d₂, …, d_n+1. Це дозволяє обчислити дирекційні кути всіх ліній і координати всіх точок.

При створенні державних геодезичних мереж та мереж згущення такі ламані лінії називають ходами полігонометрії, а в знімальних мережах – теодолітними ходами.

Традиційними методами побудови висотних мереж є:

Метод геометричного нівелювання. Між закріпленими ґрунтовими реперами та настінними марками і реперами прокладають ходи геометричного нівелювання (складне послідовне нівелювання) і визначають між ними перевищення. Ходи опираються на вихідні пункти з відомими позначками висот.

Метод тригонометричного нівелювання. Перевищення між закріпленими реперами і марками вимірюють тригонометричним нівелюванням. Використання сучасних високоточних електронних тахеометрів і електронних теодолітів з світловіддалемірами дозволяє створювати точні висотні геодезичні мережі (Швеція та інш. країни).

Найбільш сучасним способом визначення координат пунктів геодезичних мереж є супутниковий – за допомогою супутникових навігаційних систем.

Визначення координат пунктів здійснюється за двома супутниковими радіонавігаційними системами:

- GPS (Global Position System) – глобальна система визначення місцеположення (США);

- ГЛОНАСС – Глобальна навігаційна супутникова система розроблена в СРСР і підтримується Росією.

Європейські держави розробляють навігаційну супутникову систему “Галілео” за участю і українських вчених. Система “Галілео” буде більш сучасною і забезпечувати більш високу точність визначення координат пунктів.

В системі GPS в 6-ти орбітальних площинах обертається по 4 супутника (рис. 8.3,а), в системі ГЛОНАСС – в трьох площинах по 8 супутників (рис. 8.3,б) практично по коловим орбітам на відстані 26600 км від центру Землі.

Така кількість та розміщення супутників забезпечує прийом сигналів як мінімум від чотирьох супутників в любій частині Землі.

а б

Рис. 8.3. Супутникові навігаційні системи ГЛОНАСС (а) та NAVSTAR GPS (б)

Геодезичний приймач супутникової системи показано на рис.8.4,б.

Сенсор може одночасно приймати сигнали від 6 до 12 супутників на одній або двох частотах. Управління роботою приймача здійснюється за допомогою контролера або ПЕОМ. Результати вимірювань реєструються в модулі пам’яті і переносяться в ПЕОМ через контролер або спеціальний пристрій.

Супутниковими навігаційними системами координати точок спостережень визначають двома способами:

- абсолютним – коли одним приймачем (рис. 8.4,а) визначаються координати антени приймача в єдиній навігаційній системі;

а б

Рис. 8.4. Принцип визначення координат супутниковими навігаційними системами

а) схема спостережень; б) геодезичний приймач; 1 – сенсор; 2 – підставка; 3 – з’єднувальні кабелі; 4 – дисплей; 5 – контролер; 6 – клавіатура; 7 – штатив; 8 – акумуляторна батарея.

- відносний або диференційний – із спостереження одночасно двох приймачів на один і той же момент часу по одноковому сузір’ю супутників визначають проекції на осі геоцентричної системи координат базової лінії між ними – S та кут її напрямку (рис. 8.5).

При геодезичних вимірюваннях використовують одно- та двох частотні приймачі. Більш високу точність та ефективність вимірювань забезпечують двохчастотні приймачі.

Точність абсолютного методу складає 3-5 м і недостатня для геодезичних цілей.

Рис. 8.5. Схема відносних визначень

Супутникові методи визначень місцеположення точок земної поверхні використовують при побудові геодезичних мереж, геодезичних знімальних роботах, розмічуванні крупних інженерних споруд, спостереженні рухів земної поверхні і т.і.

49. Державна геодезична мережа України

Планова державна геодезична мережа України побудована відповідно до вимог основних положень про державну геодезичну мережу СРСР 1954-1961 рр. і була складовою частиною державної геодезичної мережі СРСР.

На території України було створено систему приблизно рівномірно розміщених пунктів. Їх координати визначались поетапно від загального до часткового.

За точністю та методами визначення вона складалась із:

- рядів тріангуляції та ходів полігонометрії 1 класу;

- мережі тріангуляції і полігонометрії 2 класу;

- геодезичних мереж 3 і 4 класів.

В вершинах полігонів 1 класу на перетині рядів тріангуляції та полігонометрії за астрономічними спостереженнями визначали широти, довготи і астрономічний азимут базисних ліній та вимірювали їх довжину. Такі пункти називаються пунктами Лапласа. Це дає можливість визначити координати всіх інших пунктів геодезичних мереж.

Планова державна геодезична мережа України складається із 519 пунктів 1 класу, 5386 пунктів – 2 класу; 13633 – 3 і 4 класів (всього 19538 пунктів).

Постановою Кабінету Міністрів України № 844 від 8 червня 1998 р. введені в дію “Основні положення створення Державної геодезичної мережі України”.

За цими Положеннями Державна планова геодезична мережа України складається із:

- астрономо-геодезичної мережі 1 класу;

- геодезичної мережі 2 класу;

- геодезичних мереж 3 класу.

Астрономо-геодезична мережа (АГМ)1 класу складається із рівномірно розміщених пунктів через 50-150 км.

Геодезична мережа 2 класу будується за однаковою точністю просторової геодезичної мережі із рівномірно розміщених пунктів існуючої геодезичної мережі 1 та 2 класів і нових пунктів.

Геодезична мережа згущення 3 класу забезпечує щільність пунктів до 2-10 км і створюється супутниковим методом, тріангуляції, полігонометрії та трилатерації.

Висотна державна геодезична мережа України побудова згідно Основних положень про державну мережу СРСР 1961 р. і складається з нівелірних мереж І, ІІ, ІІІ, ІV класів створених методом геометричного нівелювання.

Нев’язки нівелірних ходів та полігонів не повинні перевищувати:

- для ІІ класу ;

- для ІІІ класу ;

- для ІV класу ,

де L – довжина ходу або полігону в кілометрах

Основним методом створення нівелірних мереж державної висотної основи України є геометричне нівелювання.

Використання сучасних електронних тахеометрів дозволяє застосувати при створені висотних мереж метод тригонометричного нівелювання.

50. Геодезичні мережі згущення та знімальні мережі

Для збільшення кількості пунктів опорної геодезичної мережі на вказаних територіях проводять згущення існуючих пунктів планової та висотної мережі шляхом побудови мереж згущення.

Планові геодезичні мережі згущення розвивають методами тріангуляції, трилатерації та полігонометрії. Їх поділяють за точністю та методикою вимірювань на 1-й і 2-й розряди.

Висотні мережі згущення створюються шляхом прокладання ходів нівелювання ІV класу або технічного нівелювання по всім пунктам планової мережі згущення, включаючи і пункти самостійних або вільних мереж згущення, з обпиранням (прив’язкою) до реперів та марок висотної державної геодезичної мережі.

Знімальна геодезична мережастворюється для подальшого згущення пунктів планової та висотної державної геодезичної мережі та мережі згущення безпосередньо для виконання топографічних знімань місцевості та при розв’язанні інженерно-геодезичних задач при зведені інженерних споруд.

Щільність пунктів знімальної мережі залежить від технології, масштабу знімання та рельєфу земної поверхні при виконанні знімальних робіт, від технології інженерно-геодезичних робіт при зведені споруд.

Пункти знімальної основи визначаються методом тріангуляції, теодолітними ходами, прямими, зворотними та комбінованими геодезичними засічками від пунктів вищих класів та розрядів.

Висоти всіх пунктів знімальної основи визначають ходами технічного геометричного або тригонометричного нівелювання з середньою квадратичною похибкою m_h = ± 50 мм на 1 км ходу.