Геодезические сети России

Геодезические сети России используются для решения научных и прикладных задач, включая картографирование суши, континентального шельфа, морей и океанов, формирование координатной среды геоинформационных систем. В России имеются госу­дарственные, местные, съемочные, специальные и учебные сети. Государственные сети строят государственные картографо-геодезические организации.

♦ Местные сети создают для решения конкретных

топографо-геодезических задач, когда густота пунктов государственных сетей оказывается недостаточной.

Пункты съемочных сетей служат для топографической съемки.

♦ Специальные сети предназначены для решения инженерно-технических задач.

К специальным можно отнести также сети, создаваемые на геодинамических полигонах в тектонически активных районах страны. Координаты и взаимное положение этих пунктов периодически повторно определяют с наи-высшей точностью для выявления динамики земной поверхности.

♦ Учебные сети используют в учебно-методических целях.

Геодезические сети России подразделяют: на нивелирные, плановые и пространственные.

♦ Нивелирные сети фиксируют системы счета высот. Как правило, их строят методами геометрического нивелирования, а также способом спутникового позиционирования.

♦ Плановые сети обеспечивают закрепление плановых координат пунктов на эллипсоиде (и на карте). Их создают способами:

— триангуляции, когда в каждом пункте измеряют горизонтальные углы между направлениями на соседние пункты и некоторые расстояния между пунктами;

— полигонометрии — путем измерения расстояний и углов между пунктами хода;

— трилатерации, в которой измеряют только расстояния между пунктами;

— с помощью спутникового позиционирования — определения плановых координат пункта по спутниковым наблюдениям.

♦ Пространственные сети создают методами космической геодезии. Каждый пункт хранит три координаты, определяющие его положение в геоцентрической системе координат,и может быть закреплен на земной поверхности, и на космическом аппарате. Так спутники, входящие в глобальныесистемы позиционирования, одновременно являются геодезическими пунктами, хранящими пространственные геоцентрические координаты.

Интенсивное развитие плановых государственных сетей началось в 20-х годах XX в. и продолжалось свыше полувека по проекту, и основу которого были положены замыслы Ф. Н. Красовского. Сети подразделялись на четыре класса по точности и строились по принципу «от общего к частному»: вначале создается редкая сеть I класса точности, охватывающая всю страну, а затем сеть постепенно сгущается пунктами И—IV классов.

Сеть I класса состоит в основном из звеньев, образующих четырехугольные полигоны. Звенья ориентированы преимущественно по меридианам и параллелям и представляют собой ряды триангуляции (т.е. цепи треугольников) или ходы полигонометрии. В среднем длина звена составляет около 200 км, а периметр полигона — 800 км. В вершинах полигонов на стыке звеньев измерены длины базисных сторон треугольников и на их концах определены астрономические широты, долготы, азимуты. В звеньях расстояния между смежными пунктами не менее 20 км. На северо-востоке страны вместо полигональной сети развита сплошная триангуляция с расстояниями между пунктами около 70 км. В 70-х годах XX в. сеть I класса практически была завершена.

Полигоны геодезической сети I класса заполняются сплошной сетью триангуляции или полигонометрии II класса с расстояниями между смежными пунктами 7—20 км (в зависимости от рельефа и залесенности местности). В пределах каждого полигона I класса в сети триангуляции II класса измерены длины 4—5 базисных сторон. На концах базисной стороны в середине полигона определены астрономические широты, долготы, азимуты. Эти работы практически завершены в 1980-х годах.

Государственные сети I и II классов, будучи построены по геодезическим и астрономическим измерениям, образуют астрономо-геодезическую сеть (АТС), включающую свыше 164 тыс. пунктов триангуляции и полигонометрии. В 1990-1991 гг. проведена совместная математическая обработка и уравнивание АГС.

Сети III и IV классов сгущают АГС, они также построены методами триангуляции или полигонометрии. Расстояния между пунктами III класса — 3-8 км, а IV класса — 2—5 км. На территории России таких пунктов свыше 210 тыс. Точность государственной сети такова, что ее пункты могут служить опорой для проведения топографических съемок всех масштабов вплоть до 1:500 включительно.

Опорная геодезическая сеть выполняет свои функции только в том случае, если ее пункты надежно закреплены на местности и легко могут быть опознаны. Каждый пункт на местности закреплен специальным подземным знаком — центром. Устойчивость центров зависит от многих факторов и более всего — от сезонного промерзания и протаивания грунта. На территории страны выделены зоны сезонного промерзания грунтов, многолетней мерзлоты, подвижных песков, скальных горных пород и заболоченных грунтов. Для определения глубины закладки центров и реперов составлены карты районирования территории, на которых выделено восемь регионов с характерными глубинами протаивания и промерзания грунтов. На местности пункты окапывают канавой и ставят опознавательные столбы. На застроенных территориях их закрепляют в стенах и фундаментах зданий или устанавливают на зданиях.

Первоначально созданные плановые государственные сети впоследствии пополнились новыми построениями, выполненными методами космической геодезии. В 1984—1993 гг. государственными геодезическими организациями создана сеть из 162 пунктов, получившая название доплеровской геодезической сети (ДГС). Она построена при помощи американской спутниковой системы позиционирования первого поколения TRANSIT.

Усилиями Топографической службы Вооруженных Сил РФ построена уже упоминавшаяся космическая геодезическая сеть КГС. Она создана по результатам наблюдений геодезических спутников I ЕОИК-1, ЭТАЛОН, а также при помощи спутниковых систем позиционирования. КГС включала 26 пунктов на территории бывшего СССР и семь пунктов в Антарктиде. Пункты ДГС и КГС со-имещены с соответствующими пунктами АГС. В итоге их совместного уравнивания в единой координатной системе определено пространственное положение 134 пунктов. Расстояния между смежными пунктами в среднем составляют 400—450 км. С этих пунктов результаты совместного уравнивания распространены на все остальные пункты новой государственной геодезической сети.

В перспективе ГГС Российской Федерации должна состоять из сетей трех уровней, построенных главным образом методами космической геодезии и при помощи спутниковых систем позиционирования:

♦ Первый уровень образуют фундаментальные астрономо-гео-дезические сети (ФАГС). На территории России будет 50—70 таких пунктов с расстояниями между ними 700-800 км и погрешностями взаимного положения около 1—2 см.

♦ Второй уровень создадут пункты высокоточной АГС (ВАГС). На территории РФ их будет около 500—700 при средних расстояниях между ними 150-300 км и точности взаимного положения 2-3 см.

♦ Третий уровень — спутниковая геодезическая сеть I класса (СГС-1). Она будет строится из расчета 1 пункт на 1000 км2, а в малообжитых районах — на 2000 км2. Всего будет построено около 12—15 тыс. пунктов, расстояние между ними — 40—50 км, а точность взаимного положения 1—2 см.

Государственные нивелирные сети устанавливают единую систему высот в пределах всей страны, служат научным и практическим целям, являются высотной основой всех геодезических работ и топографических съемок. Высотная сеть решает, по крайней мере, три задачи:

♦ введение единой системы счета высот для всех пунктов;

♦ определение разностей уровней морей и океанов, омывающих государство;

♦ изучение вертикальных движений земной поверхности.

В России высоты пунктов государственной сети определяют в нормальной системе высот относительно уровня нуля Кронштадтского футштока — черты на металлической плите, соответствующей среднему многолетнему уровню Балтийского моря.

Государственная нивелирная сеть, как и плановая, построена но принципу «от общего к частному», и включает сети I, II, III и IV классов точности. Сети I и II классов являются главной высот ной основой; сети III и IV классов служат для обеспечения инженерных задач и топографических съемок. Сети всех классов построены методом геометрического нивелирования. Линии нивелирования I и II классов проложены по трассам, географическое положение которых научно обосновано и наилучшим образом соответствует решению указанных задач. Для достижения наивысшей точности нивелирные линии проложены по максимально благоприятным для измерений трассам железных, шоссейных и улучшенных грунтовых дорог; в труднодоступных районах — по тропам, зимникам, вдоль берегов больших рек. Каждые 25 лет выполняется повторное нивелирование всех линий I класса и большинства линий II класса с целью их модернизации, получения данных о движениях земной коры и построения карт вертикальных перемещений.

Нивелирные линии II класса опираются на пункты I класса и образуют полигоны периметром в 500-600 км, а линии III класса прокладывают между пунктами I и II классов. Периметры полигонов III класса составляют около 150 км, а в труднодоступных районах — около 300 км. Дальнейшее сгущение выполняют нивелированием IV класса, причем длины ходов не превышают 50 км, а расположение и густота пунктов зависят от масштаба топографических съемок или других требований.

Все нивелирные пункты закреплены знаками — грунтовыми, скальными или стенными нивелирными реперами. Грунтовыми реперами бывают железобетонные пилоны или металлические трубы с якорями. Знаки закладывают через 5—7 км, а в труднодоступных районах — через 10—15 км. Кроме того, пункты I и II классов через каждые 50—80 км закрепляют знаками повышенной устойчивости — фундаментальными реперами. В городах плотность знаков значительно выше — они закреплены через несколько сотен метров. Точность взаимного положения высот пунктов находится в пределах от нескольких мм до нескольких см в зависимости от класса сети.