Геодезія 2
.pdfа |
б |
|
|
|
Умовні позначення: |
|
|
=£•> - |
Полігонометрія вищих класів |
- |
Вузлова точка |
- |
Вихідний пункт тріангуляції та |
- |
Хід полігоно- |
вихідний дирекційний напрямок |
метрії |
Рис. П. 1.5. Схеми побудови полігонометричних мереж 4 класу, І та II розрядів.
Перейдемо до вимог стосовно побудови мереж трилатерації 4 класу та І і II розрядів. Трилатераційні мережі будують у вигляді ланок трикутників, геодезичних чотирикутників, центральних систем, які є вставками окремих пунктів в ланку трикутників, а також у вигляді суцільних мереж з трикутників та геодезичних чотирикутників. Деякі схеми побудови трилатерації подані на рис. II. 1.6.
Ланка геодезичних чотирикутників |
Стикові центральні системи |
|
|
|
Умовні позначення: |
|
А -пунктВихідний геодезичний |
|
|
|
Вихідна сторона |
|
о |
- Пункт, який визнача- |
Поєднані центральні системи |
ється |
|
|
- Сторони трилатерації |
Рис. II. 1.6. Схеми побудови трилатерації.
Лінії в полігонометрії зазвичай вимірюють світловідцалемірами, електронними тахеометрами, а в трилатерації, окрім тільки що названих приладів, широко застосовують також радіовіддалеміри. Радіовіддалеміри не знайшли застосування в полігонометрії, оскільки радіовіддалеміри не поєднані з кутомірними приладами. Нагадаємо, що в трилатерації кути взагалі не вимірюють, а полігонометричні ходи, як і теодолітні, є кутомірними ходами.
У таблиці ІІ.1.6 подані основні вимоги до побудови трилатераційних мереж 4 класу та І і II розрядів.
Таблиця II. 1.6
Основні вимоги до побудови мереж трилатерації
4 класу та І і II розрядів. |
|
|
Показники |
4 клас |
І розряд |
Довжина сторони трикутника, (км) Мінімальна допустима величина кута трикутника, (°)
Гранична довжина ланки трикутника між вихідними сторонами або між вихідним пунктам і вихідною стороною, (км) Максимальна довжина вихідної сторони, (км)
Відносна середня квадратична похибка вимірювання сторони мережі
2-5 0,5-5
ЗО 20
14,0 7,0
2,0 1,0
1:120000 1:80000
II розряд 0,25-3
20
4,0
1,0
1:40000
Нам залишилося розглянути основні вимоги д о побудови тріангуляційних мереж 4 класу та 1 і II розрядів. За геометричною формою мережі тріангуляції є такі ж, як і мережі трилатерації, але, у трилатерації вимірюють тільки довжини сторін, а в тріангуляції - кути і хоча б одну (дві для контролю) сторони.
Мережі побудови тріангуляції 4 класу та І і II розрядів подані на рис.
II. 1.7.
Ланка трикутників повинна опиратися на два вихідні геодезичні пункти (бажано на початку і кінці ланки) і на дві сторони, що прилягають до цих пунктів.
Суцільна мережа тріангуляції повинна опиратися не менш ніж на три вихідні пункти і на дві вихідні сторони. Вихідними можуть бути сторони полігонометрії, трилатерації або тріангуляції вищих класів, а також сторони розрядної тріангуляції, якщо її довжина не коротша за 1 км, а точність її вимірювання не нижче зазначеної в таблиці II. 1.7. У цій самій таблиці подані основні вимоги до побудови мереж тріангуляції 4 класу та І і II розрядів.
102
Суцільна тріангуляційна мережа |
Ланка трикутників та |
|
засічка |
|
Умовні позначення: |
А - Вихідний геодезичний пункт
Вихідна сторона тріангуляції
о - Пункт, який визначається —— -Базис
Вставки в трикутники - Сторони тріангуляції з двосторонніми напрямками
Односторонні напрямки
Рис. II. 1.7. Схеми побудови тріангуляції 4 класу та І і II розрядів.
Таблиця II. 1.7 Вимоги до побудови мереж тріангуляції 4 класу та І і II розрядів.
Показники |
|
|
Довжина сторони трикутника, не більше, (км) |
|
|
Мінімальна |
у суцільній мережі |
|
сполучного кута в |
|
|
допустима |
|
|
ланці трикутників |
|
|
величина кута, (°) |
|
|
|
у вставці |
|
Кількість трикутників між вихідними сто- |
|
|
ронами або між вихідними пунктами і |
|
|
стороною, не більше |
|
|
Мінімальна довжина вихідної сторони, (км) |
|
|
Граничне значення середньої квадратичної |
|
|
похибки кута (обчисленого за нев'язками |
|
|
.трикутників), (") |
|
|
„Допустима нев'язка в трикутнику, (") |
|
|
Відносна похибка вихідної базисної сторо- |
|
|
ни, не більше |
|
|
Відносна похибка визначення сторони в |
|
|
найбільш слабкому місці, не більше |
| |
4 клас |
І розряд |
II |
|
розряд |
|||
|
|
||
5 |
5 |
3 |
|
20 |
20 |
20 |
|
30 |
30 |
30 |
|
30 |
30 |
30 |
|
10 |
10 |
10 |
|
2 |
1 |
1 |
|
2 |
5 |
10 |
|
8 |
20 |
40 |
|
1:200000 |
1:50000 |
1:20000 |
|
1:50000 |
1:20000 |
1:10000 |
103
Розрядні мережі полігонометрії, трилатерації, тріангуляції 4 класу таї І II розряду будують з метою згущення геодезичних мереж Д О ЩІЛЬНОСТІ, що
забезпечує знімальну основу великомасштабного знімання. Проте найбільшого розповсюдження серед цих трьох методів набула полігонометрія. Тріангуляцію застосовують тільки на відкритій і гірській місцевості або у випадках, коли (з будь-яких причин) застосування полігонометрії неможливе. У свою чергу, трилатерацію застосовують тоді, коли (з будь-яких причин) неможливі кутові виміри. Крім того, оскільки в полігонометрії виконують як лінійні, так і кутові виміри, а в трилатерації - тільки лінійні, у тріангуляції - тільки кутові, тоді з методичної точки зору достатньо детально розглянути технологію створення полігонометричних мереж, щоб навчити майбутнього інженера виконувати побудову мереж тріангуляції та трилатерації. Слід зауважити, що метод полігонометрії, у відповідності з основними положеннями створення ДГМ України, не використовується для побудови астрономо-геодезичних мереж 1 класу (АГМ-1), на відміну від основних положень СРСР.
Проте цей факт не говорить про зменшення інтересу геодезистів до полігонометрії. З появою світловіддалемірів можливості продуктивності та точності полігонометрії значно виросли. Відмова основних положень України від полігонометрії під час створення державних геодезичних мереж 1 класу обґрунтована появою супутникового методу створення високоточних мереж, який значно перевершив полігонометрію, особливо під час вимірювання значних довжин ліній в сотні кілометрів. Проте полігонометрії залишається ефективною під час створення геодезичних мереж спеціального призначення. До таких мереж належать:
•просторові геодезичні мережі на геодинамічних полігонах;
•спеціальні мережі геодезичного забезпечення будівництва та виконання спостережень за деформаціями, перш за все, унікальних споруд, таких, наприклад, як прискорювачі елементарних частинок;
•спеціальні мережі вивчення рухів земної кори в регіонах видобутку корисних копалин;
•спеціальні мережі в сейсмоактивних регіонах для прогнозування землетрусів, попередження природних та техногенних катастроф;
Такі мережі відіграють важливу роль в прогнозуванні майбутнього планета Земля, у збереженні чистоти навколишнього середовища та у життя людства.
Вище наведені параметри побудови мереж згущення такі, як вимагає цього діюча інструкція [5]. Проте, враховуючи, що в наш час зростають об'єми топографічного знімання в масштабах 1:2000, 1:1000, 1:500, а інколи (1:200, 1:100), мережі згущення потребують кардинальної реконструкції, оскільки вони не забезпечують вимог великомасштабного топографічного знімання.
Наприклад, хід полігонометрії 4 класу довжиною 14 км, якщо число
сторін л=15, а |
-^=1:25000 |
та ш/)=5", матиме максимальну похибку в |
||
|
|
и |
|
|
середині |
ходу, |
або нев'язку |
рівну |
М =0,44 м при допустимих похибках |
координат пунктів Мдмімора, |
якщо знімання виконується в масштабах |
|||
1:2000, |
1:1000, |
1:500 відповідно |
0,4 м, 0,2 м, 0,1 м. Сучасні методи |
вимірювання кутів, а особливо ліній, дають можливість підвищити точність полігонометрії 4 класу до Мдо„=0,\ м з довжинами ходів до 8 км. Такі ходи можна будувати на основі ДГМ згущення 3 класу (середня довжина сторін ДГМ 3 класу - 6 км). При цьому відпадає потреба в мережах І та II розрядів, оскільки їх замінять теодолітні та тахеометричні ходи лінійними вимірами виконаними електронними методами.
II. 1.7. Класифікація полігонометрії
Полігонометрію класифікують за такими трьома ознаками: I. Призначення;
II.Точність;
III. Спосіб вимірювання ліній. Покажемо класифікацію на схемах.
Схеми класифікації полігонометрії
О з н а ки
Полігонометрія
I. Призначення |
|
|
|
' |
г |
|
|
Державні мережі |
Локальні мережі згущення |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
і > |
і' |
. г |
' г |
II. Точність |
Полігонометрія Полігонометрія Полігонометрія |
Полігонометрія |
||||
|
|
2 |
класу |
3 класу |
4 класу |
І і П розряду |
III. Спосіб |
|
|
Полігонометрія |
|
||
вимірювання |
|
|
4 - |
[Ьі шсЬІ |
||
1 - |
світловідцалемірна; |
Траверсна |
||||
ліній |
|
|
Віддалемірна |
|||
|
|
|
|
|
паралактична; |
|
2 - |
радіовідцалемірна; |
|
5 - |
віддалсмірнобазисна; |
|
|
3 - |
оптичновіддалемірна; |
6 - інші види. |
|
Під траверсною полігонометрією розуміють таку, у якій прилади для вимірювання довжин безпосередньо вкладають в створі лінії, що вимірюється. Такими приладами в полігонометрії є підвісні мірні дроти та рулетки. У віддалемірній полігонометрії прилади для вимірювання довжин безпосередньо в створі ліній не вкладають. Лінії вимірюють посередніми
105
методами. У віддалемірній полігонометрії, позначеній |
на схемі цифрами ], |
2, 3, визначають довжини сторін полігонометричного |
ходу посередньо; у |
віддалемірній полігонометрії позначеній цифрами 4, 5, 6 створюють допоміжні геометричні побудови, у яких вимірюють не сторони ходу, а коротші відрізки-базиси; потім довжини сторін обчислюють аналітично. Геометричні побудови для визначення довжин сторін ходу називають полігонометричними ланками. У полігонометричних ланках базиси завжди розташовувалися перпендикулярно до сторін ходу. Тільки в ланках запропонованих професором Моторним А.Д. [13], базиси є частинами ліній сторін ходу. Такі
ланки названі новими ланками і віднесені до |
інших видів полігонометрії. У |
||||||||
нових ланках до сторін ходу встановлюють |
перпендикуляри значної дов- |
||||||||
жини (довжини |
перпендикулярів не вимірюють). Це |
дозволяє |
позбутися |
||||||
гострих кутів у ланках полігонометрії без довгих |
базисів, |
що |
значно |
||||||
підвищує точність визначення |
сторін |
ходу. |
Зауважимо, |
що |
з |
появою |
|||
електронних віддалемірів види полігонометрії 4, 5, 6 значно |
втратили свою |
||||||||
актуальність. Сказане відноситься і до траверсної полігонометрії. |
|
|
|||||||
II. 1.8. Формули |
для обчислення |
кутових |
та |
лінійних |
нев'язок |
в ходах |
|||
полігонометрії |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полігонометричні ходи, як і теодолітні, є кутомірними, у них вимірюють кути та лінії. Тому, принципово полігонометричні та теодолітні ходи нічим не відрізняються. Різниця тільки в точності вимірювання як кутів, так і ліній. У полігонометрії ці виміри в десятки, а деколи в сотні разів точніші. Але формули для визначення нев'язок в полігонометричних і теодолітних ходах однакові. Виведемо ці формули, хоча вони вже виводились в курсі "Топографія".
Нехай на місцевості прокладено довільний полігонометричних хід (рис. 11.1.8).
Рис. II. 1.8. Полігонометричний хід, прокладений між початковим Тп та кінцевим Тк тріангуляційними пунктами з відомими координатами Хп >
1 |
> * * • |
Пункти |
Тп та |
Тк |
є одночасно початковим та кінцевим пунктами |
|||||
полігонометричного ходу |
та Ря+); зрозуміло, що ці пункти, відповідно, |
|||||||
мають однакові координати; п - |
число сторін ходу, |
(и+1) - |
число кутів |
|||||
цього ж |
ходу. Відомі |
також дирекційний |
кути ліній |
А-Тп |
і Тк-В, які |
|||
показані |
на |
рисунку |
відповідно |
ап та |
ак. Будемо вважати відомі |
координати та дирекційні кути такими, що не мають похибок. Хід прокладено для визначення координат пунктів полігонометрії Рг, Рг,..,, Рп.
Допустимо, в ході виміряні усі ліві кути Д, включаючи межуючі Д та Д,+1, та довжини сторін 8І (і = 1,2,..., п).
Як відомо, кутова нев'язка Д - це різниця між практичною сумою кутів, тобто між сумою виміряних кутів полігонометричного ходу (правих
п+1 |
|
|
|
або лівих) 2>Л/>Я(Л) і теоретичною |
(безпомилковою) |
сумою цих кутів |
|
1 |
|
|
|
и+1 |
|
|
|
2 > ж л ) > т о б т о : |
|
|
|
1 |
|
|
|
П+1 |
П+1 |
|
|
= Ї Р п Р т Г І Р т |
П ( Л ) • |
(И-1-2) |
|
1 |
І |
|
|
Виникає питання: як знайти теоретичну суму кутів? Користуючись відомою залежністю між дирекційними кутами а,, та кутами повороту Д,
можемо записати для виміряних |
п+1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
лівих кутів: |
ак |
-ап |
+^Ртл -180°(и + 1). |
(II. 1.3) |
|
|
|
|
і |
л+1 |
|
|
ак |
=ап |
|
|
|
правихкутів: |
+180°(и + І)-£ / ? Г / 7 . |
(II. 1.4) |
|||
|
|
|
|
і |
|
Формули (II. 1.3) і (II.1.4) справедливі тільки за умови, що суми кутів
без похибок, тобто є теоретичними сумами.
Розв'яжемо ці формули відносно теоретичних сум кутів. Отримаємо:
л+1 |
|
^ / 3 Т л = а к - а „ + \ т п + \), |
(Н1-5) |
і |
|
л+1 |
|
= « / 7 - ^ + 1 8 0 ° ( « + 1). |
(ІІ.1.6) |
і |
|
Підставивши значення теоретичних сум кутів з |
формул (II. 1.5) та |
(II. 1.6) у формулу (II. 1.2), отримаємо кінцеві формули для визначення кутових нев'язок, як у випадку вимірювання лівих, так і правих кутів.
л+1 |
|
|
ЇРл =ТаРпрп "^к +ап~\80°(и |
+1); |
(II. 1.7) |
1(17
|
«І |
|
|
|
|
Д , |
= І]Рпр„ |
-<хп + а* - 1 |
+ 1 |
) . |
(II. 1,8) |
|
і |
|
|
|
|
Знаючи нев'язки, |
введемо |
у виміряні |
кути |
Д |
поправки, а також |
знайдемо дирекційні кути усіх ліній ходу. Потім, використовуючи виміряні
значення ліній |
5,., обчислимо прирости |
координат |
Аж, та Ду, і знайдемо |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
і=п |
|
|
і=п |
|
|
|
|
|
|
практичні суми приростів координат |
^ А х і п р та У] Ау,пр |
, а також коорди- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
/=і |
|
|
/=і |
|
|
|
|
|
|
нати Х'к |
та |
кінцевої точки ходу |
|
• На рисунку |
II.1.8 |
точка |
/>„'+, не |
||||||||
співпала з точкою Рп+1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Отже, обчислені координати кінцевої точки |
Рп+\ |
виявляться |
не та- |
||||||||||||
кими, як відомі |
координати точки Рп+Х - |
|
Xк, |
Ук. |
Відрізок |
|
Рм\-Р'п+\ по- |
||||||||
значимо |
Це абсолютна нев'язка ходу. Спроектуємо |
/ 5 |
на |
координатні |
|||||||||||
осі Хта |
У. Отримаємо нев'язку по осях: / х |
та |
. Таким |
чином, рисунок |
|||||||||||
II. 1.8 дає геометричну інтерпретацію нев'язки: виявляється |
/ х |
та / у , |
є кате- |
||||||||||||
тами прямокутного трикутника |
Рп+1 Рл'+1 N. |
Гіпотенуза цього |
трикутника - |
||||||||||||
Абсолютні нев'язки по осях |
/ х та |
/ у |
полігонометричного |
ходу можна |
|||||||||||
знайти, за різницями практичних та теоретичних сум приростів координат. |
|||||||||||||||
|
і=и |
|
і=п |
|
|
|
|
|
і=п |
|
і-п |
|
|
|
|
|
1=1 |
|
1=1 |
|
|
|
|
|
/=1 |
|
1=1 |
|
|
|
|
|
|
|
1=я |
|
|
|
і=п |
|
|
|
|
|
|
|
|
Враховуючи, що |
=хк-хп; |
|
^Гд у ^ |
= ук |
- уп, |
зможемо запи- |
|||||||||
|
|
|
сі |
|
|
|
і=і |
|
|
|
|
|
|
|
|
сати кінцеві формули для визначення / г |
та |
/ у . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Л = |
і=і |
I |
X |
|
, |
< |
|
і |
|
и |
9 |
) |
|
|
|
/у=1ЬУіпр-(Ук-Уп). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(".І-10) |
||
|
|
|
|
1=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II. 1.9. Поздовжні |
та |
поперечні |
похибки |
|
витягнутого |
|
|
|
|
|
|||||
полігонометричного |
ходу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нехай маємо висячий, рівносторонній, витягнутий хід (кути повороту Д витягнутого ходу близькі до 180°), див. рис. II. 1.9.
Висячим називають хід, що має тільки одну точку з відомими координатами, зазвичай, на початку ходу.
И)8
/* |
Рі |
А |
Р* |
, |
Vт р ! 8, ^р2 |
&Р} |
5} &Р, |
5, Ря |
Р„ч-.. 90°'І |
" л+/ Рис. II. 1.9. До пояснення причин поздовжніх і та поперечних и похибок
висячого витягнутого, рівностороннього полігонометричного ходу.
Нехай безпомилкове положення кінцевої точки ходу - Рл+1. Якщо потім на плані графічно побудувати хід за виміряними лініями та кутами, то
в результаті похибок вимірів |
(результатами похибок графічних |
побудов |
нехтуємо) кінцева точка ходу |
займе деяке інше положення - |
/ 3 - |
абсолютна нев'язка ходу. Проте, оскільки хід витягнутий, то похибки вимірювання ліній можуть викликати зсув кінцевої точки Рп+І тільки вздовж
ходу [18,21] (вправо або вліво). На рис. II. 1.9 цей зсув позначимо І. У свою чергу похибки вимірювання кутів здатні викликати тільки поперечний зсув кінцевої точки ходу (вверх або вниз). На рисунку II. 1.9 цей зсув позначимо и . З прямокутного трикутника Рл+1 N Рл'+1 можемо записати:
л2 = < 2 + « 2 .
Усвою чергу, як це видно з попереднього рисунка II. 1.8:
л2 = / > / / •
Оскільки ліві частини рівнянь однакові, то рівні також їх праві час-
тини:
|
|
Л 2 + / / = ' 2 + и 2 - |
спллі) |
|
Остання формула важлива, як контрольна, під час обчислення пара- |
||||
метрів / х , |
/ у , |
Пай. |
|
|
II. 1.10. Основні |
розрахункові |
формули очікуваних |
поздовжніх похибок |
|
траверсних |
та |
віддалемірних |
полігонометричних |
ходів |
Нехай в лінії 8 траверсної полігонометрії мірний прилад довжиною /, вкладається я разів (рис. II.1.10). Припустимо, що діють тільки випадкові похибки виміру. Тоді маємо підставу, враховуючи одноманітність відкла-
дання, вважати ці похибки однаковими. Позначимо їх ть (Ь - |
випадкові). |
|
Оскільки |
|
|
5! = 1 + 1 + 1 + ... + 1 (и |
разів), |
(II. 1.12) |
то |
|
|
т\ь = т2ь + т2ь + т2ь +... + тгь |
(п разів), |
|
або |
|
|
т І ь = т 2 ь - п . |
|
(II. 1.13) |
109
І |
1 |
1 |
|
1 |
|
к - |
1 |
|
н |
|
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
|
|
І |
|
|
І |
|
ть |
ть |
|
ть |
|
ть |
|
ть |
|
ть |
|
|
Рис. II. 1.10. Накопичення випадкових похибок ть |
під час |
|
|||||||||
вимірювання лінії довжиною 8 мірним приладом довжиною І. |
|
||||||||||
Знайдемо п: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
= уІ . |
|
|
|
|
|
(II.1.14) |
|
|
|
|
» |
|
|
|
|
|
|||
Тоді можемо записати |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ті І |
=тІ=- |
т 2 |
ь |
- ( |
П . |
1 |
. 1 5 |
) |
|
|
|
|
ь |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
або |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4і' |
|
|
|
|
|
|
|
Позначимо |
^уг = ц |
- |
коефіцієнт |
випадкового |
впливу |
(випадкова |
|||||
|
V/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
похибка на одиницю довжини). Дійсно, приймаючи / = 1, маємо |
/ л - т ь . |
|
|||||||||
З цим позначенням формула (II. 1.16) набуває вигляду: |
|
|
|
||||||||
|
|
|
т 5 ь = / л 4 8 . |
|
|
|
|
(II.1.17) |
|||
Для ходу довжиною І , за аналогією, запишемо: |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
т ч |
|
|
|
|
|
|
(II.1.18) |
|
Далі, припустимо, що під час вимірювання тієї ж лінії довжиною |
5 |
||||||||||
діють тільки систематичні похибки те |
(такі похибки не змінюють знаку). |
|
|||||||||
Запишемо: 8 = п-1. |
Тоді |
т8=п-тс, |
|
|
|
|
|
|
|
||
або |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т,=тс- у . |
|
|
|
|
|
(II.1.19) |
||
Позначимо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(II. 1.20) |
Я - коефіцієнт систематичного впливу, (систематична похибка на одиницю довжини). Дійсно,якщо / =1,то т с = Л .
З цим позначенням формула (II. 1.19) набуде вигляду:
т5с=Л-8. |
(11.1.21) |
Для ходу довжиною І матимемо: