Закріплення пунктів геодезичних мереж

1. В основі організації та виконання геодезичних робіт лежать два принципи:

1) ”від загального до часткового”, або “від головного до другорядного”;

2) усі види робіт (польові й камеральні) обов’язково мають контролюватися: “ні кроку без контролю”.

Перший принцип полягає у тому, що будь-який вид геодезичних робіт має спиратися на достатню кількість раціонально розміщених і надійно (точно) визначених опорних точок. Ці точки становлять основу або опорну мережу вирішуваної задачі. Від них визначають положення всіх інших точок, які характеризують положення елементів або частин інженерної споруди, деталей і елементів ситуації або рельєфу місцевості.

Такий принцип організації і виконання геодезичних робіт дає змогу, з одного боку, уникнути швидкого накопичення похибок вимірів, з іншого, – постійно контролювати правильність і точність польових робіт. Точки опорної мережі, що мають високу точність визначення свого положення, є основою, на яку нанизуються другорядні точки деталей.

За іншої організації геодезичних робіт, наприклад, при визначенні кожної наступної точки від попередньої у формі неперервного і довгого ланцюга не дуже точних вимірювань, відбувається швидке накопичення похибок вимірів і немає можливості контролювати роботи, оскільки вони не спираються на ”головні” точки.

Другий принцип організації і виконання геодезичних робіт потребує постійного і систематичного їх контролю. Згідно з цим принципом усі польові вимірювання (кутові, лінійні, висотні тощо) для контролю і підвищення точності виконують кілька разів. Так само всі обчислювальні та інші камеральні роботи супроводжуються контрольними обчисленнями, порівнянням результатів із допусками і нормами точності.

2. Геодезична мережа – це система закріплених на земній поверхні геометрично зв’язаних між собою точок, положення яких визначене в прийнятій системі координат і висот. Закріплена на місцевості точка геодезичної сітки називається геодезичним пунктом.

Геодезичні мережі поділяються на:

глобальні;

національні (державні);

геодезичні мережі згущення;

зйомочні геодезичні сітки;

спеціальні (місцеві) геодезичні мережі.

Глобальна геодезична мережа покриває поверхню всієї Землі. Створюється методами космічної геодезії за матеріалами спостережень штучних супутників Землі (ШСЗ). Положення пунктів визначається в геоцентричній системі прямокутних координат з початком в центрі мас Землі. Глобальну геодезичну мережу використовують для вирішення наукових і науково-технічних задач геодезії, геофізики, астрономії і інших наук, наприклад, для уточнення фундаментальних геодезичних сталих, вивчення фігури і гравітаційного поля Землі, визначення переміщення і деформації плит літосфери земної кори і тому подібне. Глобальна геодезична мережа повинна безперервно удосконалюватися шляхом підвищення точності визначення координат її пунктів, що необхідно для ефективнішого вирішення традиційних і нових наукових проблем геодезії і інших наук.

Державна геодезична мережа (ДГМ) являє собою основну геодезичну мережу для всіх видів геодезичних і топографічних робіт. Необхідна для створення єдиної системи координат і висот на території країни; детального вивчення фігури і гравітаційного поля Землі і їх змін в часі, виконання топографічних зйомок в єдиній системі координат і висот, надійного контролю якості топографо-геодезичних робіт, вирішення наукових і технічних завдань народного господарства.

Державна геодезична мережа поділяється на державну планову, висотну і планово-висотну мережі. Планова геодезична сітка складається з пунктів, взаємне планове положення яких визначається з найвищою точністю. Створюється методами тріангуляції, трилатерації, полігонометрії. Планову сітку поділяють на чотири класи – I, II, III, IV. Класи встановлюють за точністю вимірювання кутів і відстаней, довжиною сторін та порядком послідовного розвитку сітки.

Планові геодезичні мережі створюють астрономічним, геодезичним, супутниковим способами.

Астрономічний спосіб полягає у визначенні широти ф, довготи А, 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 аналогічно за результатами вимірювання сторін та кутів геометричних фігур, вершинами яких є закріплені геодезичні пункти.

Супутниковий спосіб полягає у визначенні координат пунктів мережі за результатами спостережень супутникових навігаційних систем.

Завдяки супутниковому способу в Україні розроблено нову систему координат УСК-2000.

У 2005 р. постановою Кабінету Міністрів впроваджено Державну геодезичну референційну систему координат УСК-2000.

В її основі лежить еліпсоїд Красовського 1940 р. за параметрами: головна піввісь а = 6 378 245 м, стиснена α = 1/298,3. За нульовий прийнято Гринвіцький меридіан.

УСК-2000 дає змогу залишити без змін наявні карти та плани починаючи з масштабу 1:10 000 і дрібніше.

Завдяки впровадженню УСК-2000 точність взаємного положення пунктів Державної геодезичної мережі України становить 2-5 см незалежно від відстані між ними. Висотні геодезичні мережі створюються:

Ø геометричним нівелюванням;

Ø тригонометричним нівелюванням;

Ø супутниковим способом.

Висотна геодезична сітка створюється переважно методами геометричного нівелювання з початком відліку висот від нуля Кронштадтського футштока. Вона об’єднує нівелірні сітки І, II, III та IV класів. Розрізняють державну та знімальну нівелірні сітки. Планове положення пунктів даної мережі визначається приблизно.

Загальна схема розвитку сіток така: перший клас згущують другим, другий – третім, третій – четвертим, тобто додержуються принципу від загального до часткового.

Планово-висотні геодезичні мережі визначають як планове, так і висотне положення пунктів з необхідною точністю.

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 1998.р. 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.

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.

В 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.

Геодезичні мережі згущення створюються в окремих районах при недостатній кількості пунктів державної геодезичної мережі. За точністю і послідовністю розвитку сітки згущення поділяються на перший і другий розряди.

Знімальні геодезичні сітки (або робоче обґрунтування). На їх основі безпосередньо проводять зйомку контурів рельєфу місцевості, інженерно-геодезичні роботи при будівництві споруд.

Спеціальні (місцеві) геодезичні мережі створюють в тих випадках, коли для вирішення поставлених завдань на даній ділянці потрібно мати пункти, взаємне розташування, яких в плані і по висоті визначено з найвищою точністю. Систему координат в таких мережах зазвичай підбирають так, щоб редукційні поправки за перехід від виміряних величин до їх проекцій на місцеву умовну поверхню були мінімальними. Такі мережі будують, наприклад, в сейсмоактивних регіонах для прогнозування землетрусів, при будівництві великих споруд і т.д.

3. Планова державна геодезична мережа України побудована відповідно до вимог основних положень про державну геодезичну мережу СРСР 1954 –1961 рр. і була складовою державної геодезичної мережі СРСР. Вона задовольняла вимоги народного господарства, вирішення наукових та інженерно-технічних задач, потреби оборони країни.

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 1998.р. 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.

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 І класу (рис. 1);

– мережі тріангуляції та полігонометрії II класу;

— геодезичних мереж III і IV класів.

Планова державна геодезична мережа України складається з 519 пунктів І класу, 5386 пунктів II класу, 13 633 – III і IV класів (всього 19 538 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:

– з астрономо-геодезичної мережі І класу;

– геодезичної мережі II класу;

– геодезичних мереж III класу.

Зберігається принцип від побудови високоточної мережі І класу до менш точних мереж II і III класів.

Рис 1. Схема створеної геодезичної мережі 1-го класу

 

Астрономо-геодезична мережа (АГМ) І класу складається з рівномірно розміщених пунктів через 50-150 км. Є основою для побудови нових геодезичних мереж та підвищення точності визначення координат пунктів наявної ДГМ з використанням сунутникових методів.

Частина фундаментально закріплених пунктів (14 на 1 січня 2006 р.) є постійно діючими станціями супутникових спостережень та астрономо-геодезичними обсерваторіями.

Пункти АГМ І класу вставлені в мережу високоточного нівелювання, а їх просторове положення визначається методами супутникової геодезії.

Геодезична мережа II класу складається за однаковою точністю просторової геодезичної мережі з рівномірно розміщених пунктів наявної геодезичної мережі І та II класів і нових пунктів.

Вихідними пунктами для побудови геодезичної мережі II класу приймаються пункти АГМ-1.

Згідно з основними положеннями з 1998 р. геодезичні мережі II класу створюються методами: супутникової геодезії, тріангуляції, полігонометрії та трилатерації.

Відстань між пунктами становить 8-12 км, а на забудованих та промислових територіях 5-8 км.

Геодезична мережа згущення III класу забезпечує щільність пунктів до 2-10 км і створюється супутниковим методом, тріангуляції, полігонометрії та трилатерації. Середня квадратична похибка визначення взаємного положення пунктів не повинна перевищувати 0,05 м. Вихідними пунктами є пункти АГМ-1 та геодезичної мережі II класу.

Рис. 2. Схема планової геодезичної мережі.

Висотна державна геодезична мережа України побудована відповідно до Основних положень про державну мережу СРСР 1961 р. і складається з нівелірних мереж І, II, III, IV класів, створених методом геометричного нівелювання. Лінії нівелювання! І та II класів (рис. 2) є головною висотною основою України, яка забезпечує галузі народного господарства, оборону країни, розв'язання науково-технічних завдань. їх прокладено вздовж автомобільних та залізничних шляхів. Довжина ліній нівелювання І класу становить 11 975 км, а II – 11 900 км. Висоти закріплених марок і реперів визначені в Балтійській системі висот 1977 р.

Нівелірні мережі III і IV класів згущують нівелірні полігони І та II класів і служать для виконання топографічних знімань та розв'язання інженерних задач. За вказаною постановою Кабінету Міністрів України № 844 від 8 червня 1998 р. висотна геодезична мережа складається:

– з нівелірних мереж І та II класів;

– нівелірних мереж III та IV класів.

Мережа нівелірних ходів І класу виконується з найвищою точністю, яка досягається сучасними приладами. Нівелірна мережа II класу створюється полігонами та окремими лініями й їх системами з вузловими точками. Мережі І та II класів є головною висотною основою і забезпечують єдину систему висот на території України.

Мережі нівелювання III класу створюються всередині полігонів II класу з периметром 60-150 км. Подальше згущення виконується нівелюванням IV класу з довжиною ходів до 50 км.

Нев’язкий нівелірних ходів та полігонів не повинні перевищувати:

– для II класу ;

– для III класу ;

– для IV класу ,

де – довжина ходу або полігона в кілометрах.

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

Використання сучасних електронних тахеометрів дає змогу застосувати при створенні висотних мереж метод тригонометричного нівелювання, який за точністю зрівнюється з методом геометричного нівелювання.

Найбільш поширений супутниковий метод дає змогу визначати висоти пунктів з однорідною точністю на великих територіях.

Рис. 3. Схема планової геодезичної мережі.

 

Пункти державної геодезичної мережі визначені на всій території країни в єдиній системі координат. В цьому випадку результати знімальних робіт будуть отримані також в єдиній системі, незалежно від послідовності їх виконання в окремих районах країни, що забезпечує поєднання розрізнених знімальних матеріалів в єдину топографічну карту держави. Для території України прийнята єдина система координат, яка діє з 1942 року.

4. Основними методами визначення планового положення пунктів геодезичної мережі на поверхні Землі є методи тріангуляції, трилатерації і полігонометрії. Висотна мережа реперів створюється методом геометричного нівелювання.

Тріангуляція (від лат. triangulum – трикутник) Тріангуляцією називають побудовані на місцевості системи трикутників, що примикають один до одного. Вершини трикутників є пунктами тріангуляції. В трикутниках вимірюють всі кути і довжину хоча б однієї сторони, яка називається базисом або базисною стороною (рис. 4, а І –ІІ). Системи трикутників будують у вигляді рядів або сіток. Вирішуючи послідовно трикутники від початкової безпосередньо вимірюваної сторони I –II, знаходять всі сторони системи трикутників.

Рис. 4. Методи побудови геодезичних мереж: а – тріангуляція і трилатерація; б – полігонометрія.

У основі методу тріангуляції лежить вирішення трикутників за стороною і двома кутами з використанням теореми синусів. У ряді або сітці трикутників тріангуляції кожен наступний трикутник пов’язаний з попереднім спільною стороною. Кути – зв’язуючі кути, що лежать проти сторін і беруть участь у визначені кожної з цих сторін за попередньою. Ці сторони також називаються зв’язуючими.

Кути і протилежні їм сторони є протилежними кутами і сторонами ряду (або сітки) трикутників.

Дирекційні кути в тріангуляційному ряду можна послідовно обчислювати через різні пункти або, інакше кажучи, за різною хордовою лінією. Якщо на рис. 4, а, ходову лінію (показана штриховою лінією) вибрати через вершини трикутників I, II, III, IV і так далі, то дирекцїйні кути сторін виразяться так:

Таким чином, рішаючи послідовно трикутники тріангуляції, знаходять довжини всіх сторін, їх дирекційні кути (азимути), а потім і координати всіх пунктів. Координати початкового пункту визначають за вимірами в мережі вищого розряду. Далі координати пунктів тріангуляційного ряду або сітки отримують шляхом послідовного вирішення прямих геодезичних задач, починаючи з початкового пункту і по ходовій лінії.

Трилатерація (від лат. trilaterus – тристоронній). Трилатерація – метод побудови планової геодезичної мережі у вигляді трикутників, що примикають один до одного, в яких вимірюють довжини всіх сторін. І з вирішення трикутників знаходять їх кути, а потім обчислюють координати всіх вершин трикутників.

Олігонометрія (від грецького poligonos – багатокутний) – це метод побудови геодезичної мережі у вигляді системи замкнутих або розімкнених ламаних ліній, в яких безпосередньо вимірюють всі елементи: кути повороту і довжини сторін

5. Геодезичні пункти необхідні для виконання топографічних зйомок, оновлення карт і планів, при вишукуваннях споруд, корисних копалин тощо, розробці генеральних планів, зведенні і розмічуванні споруд. Тому пункти державних геодезичних мереж і мереж згущення (планових і висотних) повинні бути надійно закріплені для тривалого зберігання. Геодезичні пункти закріплюють ґрунтовими та стіновими знаками постійного, а для знімальних мереж – тимчасового, типу.

Пункти тріангуляції, трилатерації і полігонометрії закріплюють на місцевості закладанням у землю спеціальних знаків. Залежно від кліматичних умов і фізичних властивостей ґрунту конструкції знаків бувають різними. Зокрема, знак, що закладається на пунктах тріангуляції усіх класів при глибині промерзання ґрунту до 1,5 м, являє собою бетонний пілон із закладеними в нього чавунними марками (рис. 5, 6).

Закріплення осей споруд виконують бетонними центрами, дерев’яними стовпами, трубами, обрізками залізничних рейок і т. ін. Для спостереження над центрами закріплених пунктів планових державних геодезичних мереж встановлюють зовнішні знаки у вигляді турів, пірамід, простих і складних сигналів.

Настінні знаки постійного типу закладають у капітальні будинки і споруди з надійними фундаментами, в яких завершився період осідання.

Планові та висотні пункти закріплюють скельними реперами за наявності надійних і зручних місць на скелях.

Точки знімальної основи закріплюють тимчасово, на період виконання робіт, за допомогою дерев’яних кілків, обрізками арматури, металевих труб тощо завдовжки 30 – 40 см. На забудованих територіях використовують забиті в асфальт залізничні костилі, цвяхи і т. ін.

Для вимірювання кутів над кожним знаком тріангуляції (трилатерації) будують геодезичні дерев’яні або металеві знаки – піраміди (рис. 6.5), або сигнали. Піраміда (сигнали) зверху мають візирні циліндри, які спостерігають у трубу теодоліта під час вимірювання кутів у трикутниках. Візирні циліндри мають знаходитися на вертикальних лініях, що проходять через центри тріангуляційних знаків, закладених у землі.

Проста піраміда (рис. 5) за висотою не перевищує 10 м. Теодоліт при вимірюваннях кутів на пірамідах установлюють на штативі над тріангуляційним центром.

Точки нівелірних ходів усіх класів закріплюють на місцевості реперами і марками різних конструкцій для забезпечення їх збереженості на тривалий час.

 
 
 
 

Рис. 5. Типи знаків для закріплення пунктів тріангуляції, трилатерації і полігонометрії.

 

Рис. 6. Типи потійного стінного знаку.

Контрольні питання для самоперевірки

1. Які принципи організації геодезичних робіт?

2. Що називають геодезичною мережею?

3. Які знаєте види геодезичних мереж?

4. На які види поділяється державна геодезична мережа?

5. Які знаєте способи створення планової геодезичної мережі?

6. Які знаєте способи створення висотної геодезичної мережі?

7. З чого складається державна геодезична мережа України?

8. Які знаєте методи створення державної геодезичної мережі?

9. Як закріплюються пункти державної геодезичної мережі?

Рекомендована література

1. Клюшин Е. Б., Киселев М. И., Михелев Д. Ш., Фельдман В. Д. Инженерная геодезия. – М.: Высшая школа, 2000. – 464 с.

2. Геодезія. Частина перша (за загальною редакцією С. Г. Могильного, С. П. Войтенка). – Чернігів, КП „Видавництво „Чернігівські обереги”, 2002 р. – 408 с.

3. Визгин А. А., Ганьшин В. Н., Коугия В. А., Купчинов И. И., Хренов Л. С. Инженерная геодезия / Под общей ред. проф. Л.С. Хренова. – М.: Высшая школа, 1985. – 352 с.

4. Визгин А. А., Коугия В. А., Хренов Л. С. Практикум по инженерной геодезии: Учебное пособие для вузов. – М. : Недра, 1989. – 286 с.

Лекція № 7

Тема: Основні поняття про геодезичні зйомки

Мета: Ознайомлення з видами, способами геодезичних знмань, їх інструментальним забезпеченням

Тематичний план лекції: