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

Зрозуміло, що національні мережі є державними геодезичними мережами. Інші - регіональні, локальні є мережами, що створюються на певних частинах країни, регіональні - на значних за площею територіях, а локальні

-на значно менших.

Уподальшому тексті цього параграфу мова буде йти про національні, регіональні та локальні мережі.

З використанням методів супутникової геодезії

створюються:

Астрономо-геодезичні мережі

1 класу (АГМ-1)

будуються у вигляді

однорідної за точністю мережі, що

складається з рівномірно розміщених

пунктів, віддалених один від одного на 50-150 км. Частина пунктів АГМ-1 являє собою постійно діючі (перманентні) станції супутникових спостережень та астрономо-геодезичні обсерваторії, на яких виконується комплекс супутникових, астрономо-геодезичних, гравіметричних та геофізичних спостережень, що забезпечить редукування координатних визначень на єдину епоху з урахуванням релятивістських ефектів, приливних та інших рухів земної кори.

Просторове положення пунктів АГМ-1 визначається методом супутникової геодезії з відносною похибкою Ар/ р = 1:108 (де Ар - с.к.п. визначення геоцентричного радіуса р - даного пункту). Кожний пункт АГМ-1 має бути пов'язаний супутниковими вимірами не м е н ш е як із трьома суміжними пунктами мережі.

Пункти АГМ-1 повинні бути вставлені в мережі нівелювання 1-го та

2-го класів, що дозволяє визначити перевищення

н о р м а л ь н и х

висот між

суміжними пунктами із с.к.п. не більшою за 0,05 м.

 

 

 

 

 

На кожному пункті АГМ-1 виконуються й періодично

повторюються

визначення відхилень вискових ліній із середньою к в а д р а т и ч н о ю

похибкою,

рівною 0,5".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геодезична

мережа

2 класу. Пункти розташовуються на відстані 8-12

км один від одного, а на територіях міст, великих промислових

об'єктів - 5-

8 км і визначаються, як правило, супутниковими

м е т о д а м и (допускається

визначення традиційними

методами)

із відносною п о х и б к о ю

1/300000.

Найбільша довжина сторін 20 км, найменша - 5 км.

 

 

 

 

 

Пункти 2 класу також мають

бути

суміщені

з

геометричним

нівелюванням 1-го, 2-го, або 3-го класу, яке забезпечить

точність

взаємного

положення пунктів за висотою із с.к.п. не більшою

за 0,05 м

на

рівнині, а в

гірських районах - 0,2 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

Геодезична мережа згущення 3 класу будується з

м е т о ю

збільшення

кількості пунктів до щільності, яка забезпечує

створення

 

знімальної

(робочої)

основи

великомасштабного

топографічного

та

кадастрового

знімання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нові просторові мережі згущення 3 класу будуються тільки віднос-

ними методами супутникової геодезії. Відносне

визначення

 

взаємного

положення

пунктів повинно бути забезпечене

з

п о х и б к о ю

1:200000, а

330

середня квадратична похибка - 0,05 м. Вихідними пунктами побудови є пункти старших класів.

Пункти просторової мережі 3 класу (як і 2 класу) повинні бути суміщені з мережами нівелювання 1-го, 2-го або 3-го класів, які забезпечать точність висотного положення пунктів із с.к.п. не більшою за 0,05 м, а в гірській і важкодоступній місцевості нормальні висоти можуть визначатися, як і мережі 2-го класу, ОР5-нівелюванням, яке виконується відносними супутниковими методами. У цьому випадку середня квадратична похибка пунктів за висотою також не повинна перевищувати 0,2 м, як і для мереж 2- го класу.

Просторові геодезичні мережі спеціального призначення,

які, по-суті,

є регіональними та локальними, здійснюються методами

супутникової

геодезії або традиційними геодезичними методами. Усі

геодезичні,

астрономо-гравіметричні вимірювання та супутникові спостереження на таких мережах зазвичай виконуються з підвищеною точністю й приводяться до єдиної геодезичної системи координат для використання їх у процесі зрівноваження Д Г М .

Виробничий цикл побудови Д Г М складається з наступних основних циклів робіт:

проектування мереж;

рекогностування й побудова геодезичних пунктів;

спостереження методами супутникової геодезії;

математична обробка вимірів;

складання каталогів просторових координат.

Для забезпечення топографічного знімання встановлюються такі норми щільності пунктів та реперів Д Г М :

для знімання в масштабі 1:25000 і 1:10000 - 1 пункт на 30 км2 і 1

 

репер на трапецію масштабу 1:10000;

 

для знімання в масштабі 1:5000 -

1

пункт на 20-30 км" і 1 репер на

10-

 

15 км2 ;

 

 

 

для знімання в масштабі 1:2000

і

більше - 1 пункт на 5-15 к м 2

і 1

 

репер на 5-7 км2 .

 

 

 

111.3.2. Системи

координат,

що

використовуються

в

космічній

геодезії

 

 

 

 

 

 

 

 

Положення

пунктів

Д Г М

визначається

в двох

системах к о о р д и н а т :

загальноземній

та

референцній.

М і ж обома

с и с т е м а м и в с т а н о в л ю є т ь с я

однозначний зв'язок, який визначається параметрами

взаємного

п е р е х о д у

(елементами орієнтування).

 

 

 

 

 

 

За загальноземну систему координат приймається

Є в р о п е й с ь к а

геоцентрична система координат Е Т К Р - 8 9 із початком

к о о р д и н а т

у ц е н т р і

мас Землі та з відліковим еліпсоїдом СК.8-80, щ о має наступні

п а р а м е т р и :

• велика піввісь а = 63 78137 м;

 

 

 

 

331

стиснення еліпсоїда 1:298,2572220101;

мала піввісь Ь = 6356752 м;

середній радіус /?, = 6371008,7714 м;

 

значення нормального гравітаційного поля на екваторі £ е

=

 

= 9,7803267715 мс-2;

 

значення нормального гравітаційного поля на полюсі %р

=

'= 9,8321863685 мс2 ;

перший ексцентриситет е2 = 0,00669438002290.

Референцною системою координат залишається система координат 1942 року (СК-42) із вихідними даними референц-еліпсоїд Красовського:

• велика піввісь а = 6378245 м;

мала піввісь Ь = 6356863 м;

стиснення еліпсоїда 1:298,3;

висота геоїда в Пулково над референц-еліпсоїдом дорівнює нулю;

геодезичні координати Пулковської обсерваторії (центр сигналу А);

широта В =59°46'15,359";

• довгота від Гринвіча і = 28°19'28,318";

геодезичний азимут на пункт Бугри 121 °06'42,305";

середній радіус Землі 6371117,6729 м.

• перший ексцентриситет е1

=0,006693420623.

Положення пунктів у прийнятих системах задаються:

Р

І

Рис. Ш.3.1. Прямокутні геоцентричні координати, координати X, У, 2та геодезичні еліпсоїдальні координати В,Ь,АО - прямовисна лінія; АК- нормаль до еліпсоїду в точці А; АА - Н - геодезична висота точки А.

332

просторовими прямокутними координатами X , У, 2 . Вісь X

лежить у площині нульового меридіана, вісь У — у площині екватора і спрямована праворуч від площини нульового меридіана, а напрямок осі 2 збігається з віссю обертання відлікового еліпсоїда;

геодезичними еліпсоїдальними координатами В , Ь, Н;

плоскими прямокутними координатами X , У.

Нагадаємо: геодезична широта В точки А — це кут, створений

нормаллю до поверхні еліпсоїда із площиною екватора; геодезична довгота Ь точки А — це двогранний кут створений площиною початкового

меридіана та площиною

геодезичного меридіана. Геодезичний меридіан

проходить через нормаль

до еліпсоїда АК і паралельний полярній осі РР'.

Геодезична висота - відрізок по нормалі до еліпсоїда від поверхні еліпсоїда до пункту на фізичній поверхні Землі.

Плоскі прямокутні координати, відомі з курсу топографії, обчислюються на площині в комфорній проекції Гауса-Крюгера в шестиградусних зонах, а під час знімання в масштабах 1:5000 і більше - у триградусних зонах.

Осьові меридіани шестиградусних зон на території України - 21°, 27°, 33°, 39°, а триградусних зон - 21°, 24°, 27°, 30°, 33°, 36°, 39°.

Геодезичні висоти пунктів ДГМ визначаються безпосередньо, або обчислюються, як сума нормальної висоти й висоти квазігеоїда над еліпсоїдом:

Н

= НІІор + М ,

(ИІ.3.1)

де Н - геодезична висота; НТР -

нормальна висота; N

- висота квазігеоїда

над відліковим еліпсоїдом. Нормальні висоти пунктів ДГМ визначаються в Балтійській системі висот, вихідним пунктом якої є нуль Кронштадтського

футштока. Нижче подані формули переходу від еліпсоїдальних

геодезичних

координат до просторових

прямокутних координат X ,

У,

2 ,

які

находять

широке застосування в космічній геодезії:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х

= (М' +

Н)соаВ-со5Ц

 

 

 

 

 

 

 

У = (./V' + Н)созВ

зіпЬ\ ,

 

 

 

(III.3.2)

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

=

 

 

 

8ІП В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

а

 

 

^

 

 

 

 

 

 

 

Л7'

,

^

-

 

'

 

першого

вертикала;

,

 

велика

та

де N =

 

радіус

а, Ь -

л]а2 соз2 В + Ь2 зіп2 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мала півосі відлікового еліпсоїда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обернений перехід від X,

У,

2

неминуче пов'язаний з

ітераційним

процесом

 

обчислення широти

В

і висоти

Н.

Зручні

для

обчислення

на

комп'ютері формули можна отримати із системи рівнянь (III.3.2):

333

(НІ.3.3)

І&В = -

, ,

' + —

=

С + а

(§В.

 

ф -

 

Т Ґ Г К — і

л

т к

Формули (ІІІ.З.З) дозволяють організувати цикл наближень. ДЛя першого наближення приймається (%В = С . Для другого та наступних наближень за значенням В з попереднього наближення вираховують значення-

Н - УІХ2 + Г 2

- з е с В - И ' \

 

і

 

 

(ИІ.3.4)

л1\-Єг8\П2В

 

 

 

Зазвичай, для досягнення розбіжності між наступним і попереднім

наближеннями В = 0,03", достатньо зробити

три

наближення. Перехід від

еліпсоїдальних геодезичних координат

В, Ь,

Н

до плоских координат X

У студентами виконувався під час розрахунків координат кутів рамки трапеції плану масштабу 1:2000.

Астрономічні широти й довготи, які визначаються на пунктах АГМ, обчислюються в екваторіальній астрономічній системі координат (рис. Ш.3.2).

Як відомо, часовий кут точки весняного рівнодення

іу

чисельно

рівний зоряному часу в момент спостережень в даній точці

А,

а різниця

довгот АЛ в двох точках рівна різниці в часі в цих точках.

 

 

Екваторіальна

система

координат відповідає

фундаментальному

зоряному каталогу на епоху загального врівноваження

Д Г М

і приводиться

до Міжнародного умовного початку й системи астрономічних

довгот Я

Міжнародного Бюро Часу.

 

 

 

 

Для побудови ДГМ використовується атомний час, який задається

шкалою Державного

еталона

часу й частоти (з урахуванням

поправок за

перехід до системи міжнародного координатного часу). Масштаб ДГМ задається Державним еталоном довжини - метром, за довжину якого приймається відстань, яку проходить світло у вакуумі за 1:299792458 долю секунди.

Метрологічне забезпечення геодезичних робіт здійснюється з використанням метрологічної бази Держстандарту шляхом створення мережі відомчих взірцевих базисів, основних довготних пунктів і еталонних азимутів.

Нагадаємо, що в геодезії використовуються не абсолютні, а в і д н о с н і

супутникові спостереження і, по-суті, використовується

топоцентрична

система координат. Прямокутні координати в цій системі

будуть рівні

різниці координат двох точок кінців базисної лінії 1 та 2.

 

Ґ А Г

 

АУ =

(НІ.3.5)

-2Х )

 

334

 

 

 

 

 

 

 

І

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. ІІІ.3.2. Екваторіальні астрономічні системи

координат

 

 

 

 

 

 

(екліптика не показана).

 

 

 

 

N8

-

горизонт;

х

-

зенітна віддаль супутника (дуга 2а);

 

^ ^

-

екватор;

к

-

висота супутника (дуга а К ) ;

 

 

 

Р

-

полюс;

8

-

схилення супутника (дуга

аМ

);

 

 

N

-

точка півночі;

а

-

пряме сходження супутника (дуга уМ );

 

8

-

точка

півдня;

І - часовий кут супутника;

 

 

 

 

2

-

точка

зеніту;

а

-

азимут супутника;

 

 

 

 

2'

-

точка

надиру;

1у

-

часовий кут точки весняного

рівнодення

 

 

 

 

 

 

( ' ,

= ' + « ) ;

 

 

 

 

 

 

а

-

світило-супутник;

ер -

широта.

 

 

 

 

 

 

у

- точка весняного рівнодення;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сферичні координати в топоцентричній системі можуть бути визна-

чені за довжиною сторони

£>12

та кутами

Л

і Ф , аналогічними кутам а

і 8

в зоряній системі координат (рис. III.3.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

Зауважимо, що коли за основну

площину ХОУ

прийнято

площину,

яка

паралельна до екватора,

тому кут

Лп

відраховується

від

меридіана

Гринвіча до проекції О п

на цю площину. Кут Ф12 характеризує

нахил

лінії

01 2

до

екватора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

335

Кути

Л

і

Ф в екваторіальній

топоцентричній системі називають

орієнтуючими кутами сторони П12.

 

 

Кути можна знайти за формулами:

 

 

 

 

Л -

агсі§-АУ

 

 

 

 

 

Ф = агсі£

А2

(Ш.3.6)

 

 

 

лІАХг+АУ2

 

 

 

 

 

'

 

 

 

Ц2 =уіАХ2

+ А

Уг+А2\

Зворотній перехід можна виконати за формулами:

 

 

 

(АХ'

 

Ґсо$Ф-созЛС

 

 

 

 

АУ

 

С 0 8 Ф - 8 І П У 7;

(Ш.3.7)

 

 

 

 

^ і п Ф.

,

Більш детально про це описано в [2].

 

111.3.3. Проектування

та рекогностування

просторових

супутникових

геодезичних

мереж

(СГМ)

 

Основним

завданням технічного

проектування С Г М є оптимальне

положення пунктів на місцевості, яке залежить від вартості робіт, задоволення заданої точності та щільності, однорідності та правильної геометрії, тривалого збереження центрів.

Для складання проекту, перш за все, необхідно зібрати дані про фізико-географічні, економічні особливості та раніше виконані геодезичні роботи на даній території. Інформацію про геодезичні роботи, виконані раніше, надає інспекція державного геодезичного нагляду. Такі матеріали включають:

загальний список усіх звітів раніше виконаних робіт, р о к и виконання,

назви організації виконання робіт;

• виписки з каталогів координат та висот пунктів, їх класи;

картки закладки центрів;

схеми геодезичних побудов;

дані про системи координат та висот.

Створення проекту мережі виконується на топографічних картах масштабів 1:200000-1:10000. На карту наносяться всі існуючі пункти. Нові пункти слід розташовувати у вершинах рівносторонніх трикутників. Рекомендується два найбільш поширених методи п о б у д о в и супутникових мереж:

• радіальний, коли всі пункти мережі к о о р д и н у ю т ь с я з однієї референцної або перманентної станції (рис. ІІІ.З.З);

336

Рис. ІІІ.З.З. Радіальний метод побудови мереж

А - референцний пункт;

Н- пункти, що визначаються.

мережний метод (метод замкнутих геометричних фігур) - вимірювання виконуються на кож - ній лінії або на кожному пункті мережі (рис. ІІІ.З.З);

Недоліками радіального методу є неминуче виникнення довгих векторів та відсутність контрольних вимірів. Пози-

тивним є те, щ о м о ж н а виконувати побу-

дову одним п р и й м а ч е м

і те, щ о

побу-

дована мережа однорідна за точністю.

К о н т р о л е м у такій

мережі

можуть

бути тільки незалежні виміри іншими приладами та від інших відомих точок.

Критерій

точності

і

надійності

вимірів

підвищується,

я к щ о

організуються ме-

режні вимірювання . Н а практиці

знайшли

застосування

дві

технології

мережних

побудов:

 

 

 

 

 

повторного вимірювання на пунк-

тах,

для яких

задається

кількість

о б о в ' я з к о в о г о

повторного

вимірю -

вання на к о ж н і й

мережі;

 

• о б о в ' я з к о в о г о

вимірювання кожної

лінії

мережі.

 

 

 

 

Щ о б

позбутися

довгих

векторів

необхідно

мати

декілька

р е ф е р е н ц н и х

пунктів. Н а

жаль,

в и н и к а ю т ь різноточні

(багаторангові) мережі (рис. III.3.5). Крім

того, необхідно мати декілька

приймачів .

І2

Рис. ІІІ.3.4. М е р е ж н и й

м е т о д

побудови (однорангова

мережа)

А

- референцний пункт;

0 -

пункти, щ о

визначаються.

 

1

2

Рис. III.3.5. М е р е ж н и й м е т о д побудови (багаторангова

м е р е ж а )

А - р е ф е р е н ц н і пункти;

• - пункти, щ о визначаються .

337

Мінімальна кількість сесій (сеансів) спостережень N для мере*] якщо кількість пунктів 5і і використовується К приймачів для кількості повторних вимірів М та кількості приймачів, які використовувались в попередній та наступній сесії О визначається для першої технології (спостереження на кожному пункті) за формулою:

N = •М К8

(ПІ.3.8)

а для другої технології (вимірювання кожної лінії) за

формулою:

8 - 0

(ІН.3.9)

К-О

 

Друга технологія (вимірювання всіх векторів) більш розповсюджена. На рис. Ш.3.6 подано схему, яка пояснює порядок вимірювання і перенесення станцій для другої технології. На схемі подано 20 пунктів, назви яких складаються з букви та цифри. Наприклад, лівий верхній пункт А-1, нижній правий пункт И-5 і т.д. Усіх приймачів 6. Використовувалось 3 приймачі, які

залишалися на тих самих пунктах у попередній та наступній сесії.

Вимірювання на пункті: чотириразове триразове дворазове

одноразове

Рис. ІІІ.3.6. Схема вимірювання за другою

технологією.

Тому кількість сесій N - 8 - 0

20 - 3 = 5,67 ~ 6

сесій.

К - 0

6 - 3

 

 

В 1-ій сесії приймачі встановлені

на пунктах

А-1,

В-1, С-1, А-2, В-2,

С-2, Були виміряні 7 векторів. Далі, для виконання 2 - ої сесії приймачі з пунктів А-1, В-1, С-1 були перенесені на пункти А-3, В-3, С-3. Знову в другій сесії були виміряні 7 векторів і так далі. Усього в 4-ох сесіях були виміряні 28 векторів.

У сесії 5 на пунктах залишилось два приймачі: на

пунктах

С-4, С-5.

Інші чотири приймачі з пунктів А-4, А-5, В-4, В-5 були перенесені

в пункти

С-3, 0 - 3 , 0 - 4 , 0 - 5 . Виміряні 7 векторів.

 

 

Накінець, у сесії 6 два приймачі залишались на тих самих пунктах С-

3, 0-3, а приймачі, що стояли на пунктах С-4, С-5, Б - 4 , Б - 5

були встановлені

на пунктах С-1, С - 2,0 - 1,0 - 2, виміряні 9 векторів.

 

 

338

 

 

У результаті виявилось, що на 2-х пунктах були виконані однократні вимірювання, на 12-ти пунктах - двократні вимірювання, на 3-х - трикратні і на 3-х - чотирикратні вимірювання. Зрозуміло, що точність визначення координат неоднакова.' Проте повторні вимірювання є доброю основою для контролю вимірів та для надійної оцінки їх точності. Слід пам'ятати, що під час створення великих мереж доцільно використовувати максимально можливе число приймачів. Це викличе зменшення числа сесій, а отже, приведе до скорочення часу на спостереження. В ідеальному випадку, коли число приймачів співпадає із числом пунктів мережі, спостереження виконуються за одну сесію.

Розрахунок числа векторів IV, що вимірюються в даній сесії, можна виконати за формулою:

де Я - число приймачів.

 

 

 

 

 

 

 

 

Зазначимо, що число одночасно виміряних векторів зростає

швидше,

ніж число

приймачів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

IV

3

6

10

15

21

28

36

45

55

66

78

Під

час

проектування

С Г М

з метою висотного

прив'язування

необ-

хідно передбачити включення в мережу мінімум чотирьох висотних реперів відповідного класу. З метою підвищення надійності та контролю визначення

параметрів переходу між ЕТКР - 89 і СК - 42

рекомендується включати в

С Г М

уже існуючі пункти того ж або вищого класу, розташовані на території

робіт

і визначені тільки в системі координат СК-42.

 

 

Польове рекогностування

пунктів

мережі

проводиться на

основі

затвердженого технічного проекту.

 

 

 

 

Рекогностування розпочинається з відшукування на місцевості та

обстеження стану існуючої геодезичної основи, до

якої планується п р и в ' я -

зування нових пунктів. При цьому оцінюється стан пункту; його збереженість; порушення зовнішнього оформлення; стан споруд, у які закладені

стінні знаки; наявність і розмір тріщин

у стінах;

видимі зміщення фунда -

менту. Репери, закладені в зруйновані

споруди,

або споруди з в и д и м и м и

деформаціями, розташовані біля залізничних шляхів, вважають нестійкими . До нестійких відносяться також репери, закладені в споруди, навколо яких є

значна вологість або які закладені

в місцевість зі ш т у ч н и м або

п р и р о д н и м

зволоженням грунту, у т о р ф ' я н и к а х

і т.п.

 

 

Рекогностувапьна бригада виконує відновлювальні роботи:

бетону -

вання відколеного кута пілона, наносить протиерозійну с у м і ш

на

м а р к у ,

верхню частину репера, відновлює розпізнавальний знак т а стовп

із

о х о р о н -

ним написом, відновлює зовнішнє оформлення .

 

 

В а ж л и в и м завданням рекогностування є уточнення на

місцевості

місць закладання нових реперів.