Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Геодезія 2

.pdf
Скачиваний:
258
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
19.75 Mб
Скачать

а

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

п

+^Ртл -180°(и + 1).

(II. 1.3)

 

 

 

і

л+1

 

 

ак

п

 

 

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 п~\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

кп;

 

^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 -

випадкові).

Оскільки

 

 

5! = 1 + 1 + 1 + ... + 1

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:

т=Л-8.

(11.1.21)

Для ходу довжиною І матимемо: