Создание съемочного обоснования. Способы создания съемочного обоснования

Назначение постоянного съемочного обоснования и требования, предъявляемые к нему нормативными документами.

Постоянное планово-высотное съемочное обоснование должно служить не только для съемочных и изыскательских, но и для различных разбивочных работ, исполнительных съемок и съемок подземных сетей и сооружений. .

Постоянное съемочное обоснование представляет сеть, состоящую из сохраняющих незыблемость на длительное время точек с определенными для них тремя координатами.

На застроенных территориях постоянное планово-высотное съемочное обоснование создается проложением теодолитных ходов (или засечками) с обязательным определением координат центров смотровых колодцев подземных коммуникаций, опор осветительной сети, углов капитальных зданий и сооружений, расположенных на углах кварталов, улиц, переулков и внутри кварталов, а также в районах со свободной планировкой, но не реже чем через 300 м .

Плановые координаты этих точек должны определяться с пунктов опорных геодезических сетей и теодолитных ходов 1 разряда, прокладываемых для съемок масштабов 1: 1 ООО и 1: 500.

Точки на углах зданий, для которых определяются координаты, должны находиться на высоте 1 м от поверхности земли или ее покрытия или на высоте геодезического прибора.

Все точки, составляющие постоянное съемочное обоснование, должны максимально- использоваться как исходные для возможного сгущения сети, при условии сокращения вдвое длин ходов (табл. 2.1), прокладываемых между пунктами опорной сети .

Таблица 2.1

Предельные длины теодолитных ходов

Долговечность такой точки равна периоду эксплуатации сооружения, на котором она установлена. Точки на углах зданий могут быть использованы в качестве ориентирных пунктов при привя-зочиых работах, при этом не требуется постановки специальных визирных целей и упрощается рекогносцировка привязок. Съемки и разбивки от точек на углах зданий будут использованы для объектов, строящихся на данной территории, что повысит точность раз-бивочных работ.

Сохранившиеся пункты локальных разбивочных сетей должны включаться в создаваемое постоянное планово-высотное съемочное обоснование. Если определение плановых координат этих пунктов в локальных сетях производилось с большой точностью (строительные сетки, мостовые и тоннельные триангуляции и т. п.), то в каждом конкретном случае необходимо проверить сохранность планового положения отдельных пунктов, возможность использования всей локальной сети или ее отдельных измеренных элементов в качестве исходных или повышающих жесткость новой сети, а также привязать локальную сеть. При использовании пунктов локальных сетей меньшей точности (трассы линейных сооружений и коммуникаций), как правило, все измерения приходится повторять.

Общим принципом при включении пунктов локальных сетей является определение планового и высотного положения этих пунктов относительно ближайших пунктов постоянного съемочного обоснования с точностью, обеспечивающей производство топографических съемок масштаба 1: 500.

На станциях и перегонах железных дорог для создания постоянного съемочного обоснования на эксплуатируемых дорогах точки поворота прокладываемого базисного теодолитного хода должны прочно закрепляться на углах станционных зданий, пассажирских, основных или оборотных депо, товарных дворов, блокпостов, пакгаузов, контейнерных площадок, погрузочно-разгру-зочных платформ грузового двора. На развивающихся станциях и линиях железных дорог координаты передаются на выступы различных сооружений, на центры колодцев, на километровые знаки, на пикетные столбы, на точки начала и конца переходных кривых, на уклоноуказатели, на опорные башмаки светофоров, на платформы и на фундаменты карликовых светофоров.

На участках железнодорожного пути должны координироваться гидроколонки, резко выделяющиеся точки опор линий связи, электропередач и осветительной сети, устои мостов, а также заложенные ранее стенные реперы и марки.

На объектах гидротехнических сооружений точки постоянного планово-высотного съемочного обоснования должны закрепляться на углах главного здания и машинных залов ГЭС, складских и административных зданий, вблизи температурных швов, по верху секций бетонных плотин, а в отдельных случаях в смотровых галереях и цементационных штольнях плотин.

Определению координат точек, закладываемых на углах зданий и сооружений, предшествует тщательная рекогносцировка (см. пункт 2.5) для выявления объекта, на котором должны установить пункт (углы, выступы и т. п.) с предельной погрешностью привязки не более 1 см на высоте до 2 м от поверхности земли (тротуара) сохраняющего вертикальность в пределах 2 см на всем своем протяжении. Первое требование связано с необходимостью обеспечения привязки к дайной точке (углу, выступу), второе - с ориентировкой на него при расстояниях более 100 м с погрешностью в пределах Г.

При выборе углов зданий для их координирования следует особое внимание уделить оценке конкретности этого угла как в плане, так и по высоте, отражающей степень аппроксимации угла как линии пересечения поверхностей двух стен здания к точке и к вертикальной прямой. 1 Степень конкретности для углов кирпичных зданий составляет 0,3-0,7 см, а панельных - 0,5-1 см на высоте до 5 м; эти величины значительно меньше погрешностей определения координат точек теодолитного хода 2 .

Степень конкретности т контура устанавливается с помощью шаблонов и теодолита; при этом при рекогносцировке пунктов указывается, на какую именно высоту контура сохраняется величина т. Если привязки будут выполняться в непосредственной близости, то точность измерений ограничивается величиной т„, а погрешность привязки учитывается по формуле

Выбирая координированные углы для ориентировки съемок или разбивок с требуемой точностью т а рекомендуется пользоваться табл. 2.2, где для погрешностей пунктов т п =1,2 или 5 см приведены минимальные расстояния 5 min до координированного угла, вычисленные по формуле

где р = 3438".

Степень конкретности элемента, характеризующая сохранение плановых координат в определенных пределах и на некоторой высоте, устанавливается в процессе предварительной рекогносцировки в каждом конкретном случае. При этом одни точки постоянного съемочного обоснования впоследствии будут использовать^ как для плановой привязки к ним (если плановп!*"положение их определено с точностью ± 1 см на высоте до 2 м от уровня тротуара), так и для ориентирования с соседних пунктов. Другие же точки, находящиеся на большей высоте, положение которых определено с меньшей точностью, будут служить для ориентирования привязок, съемок и разбивок. Очевидно, что с уменьшением масштаба съемки плановая привязка к таким точкам требует меньшей степени конкретности по вертикали.

Плотность опорных сетей 2- 4 классов, 1 и 2 разрядов должна быть не менее 4 пунктов на 1 км 2 застроенной территории . Чтобы предельные погрешности взаимного положения основных контуров застройки на топографическом плане не превышали 0,4 мм, средние погрешности определения точек планового съемочного обоснования относительно ближайших пунктов (точек) опорных сетей не должны превышать 0,1 мм .

На застроенных территориях плотность (густота) пунктов постоянного съемочного обоснования в комплексе с исходными пунктами государственной геодезической сети должна обеспечивать производство любых топографо-геодезических работ до масштаба 1: 500 и массовых разбивок относительно этих пунктов с одной точки стояния прибора без дополнительного проложения теодолитных ходов, т. е..чтобы плановое положение точки (постановки геодезического прибора - теодолита, тахеометра) могло быть определено лишь измерениями непосредственно с этой точки (например, обратной угловой засечкой на 3-4 исходных пункта).

Число пунктов на площадь застройки устанавливается в зависимости от конкретных условий застройки, с учетом реально достижимых (современными приборами и в конкретных условиях застройки) предельных расстояний до пикетов. Метод съемки выбирается в соответствии с точностью. Необходимое число пунктов для съемки в масштабе 1: 500 устанавливается рекогносцировкой на местности (см. пункт 2.5).

В условиях застроенных территорий реально достижимое расстояние при съемке твердых (ответственных) контуров составляет so м 1 . поэтому плановое положение реечной точки относительно ближайшего пункта съемочного обоснования может быть определено со средней квадрэтической погрешностью не более 0,2 мм в масштабе плана, а взаимное положение соседних твердых контуров - с предельной погрешностью не более 0,4 мм , что для планов масштаба 1: 500 составляет соответственно 0,1 и 0,2 м. При равномерном размещении пунктов по площади съемки, учитывая требования предельной удаленности любой точки ситуации от пункта обоснования в пределах S m ax> необходимое число N пунктов на площадь съемки Р может быть определено примерно по формуле

Таблица 2.2

Минимальные расстояния (м) ориентирования по удаленным пунктам

N = K-4-, (2.3)

где коэффициент К = 0,385 для сети, образованной равносторонними треугольниками, и К = 0,5, когда пункты расположены в вершинах квадратов, процент перекрытия сети соответственно равен 17 и 36 %.

Расчет необходимого числа пунктов постоянного съемочного обоснования для проездов можно производить по формуле

дг пр= , 0,5 Ц+L, __ П({2А}

^тах

где L x - общая длина узких проездов (шириной менее S max); L t - общая длина широких проездов, где приходится закреплять пункты по обеим сторонам проезда; П - общее число перекрестков, где пересекаются сходящиеся ходы обоснования.

При предельном расстоянии до ответственных контуров S m ax = == 60 м, а для неответственных S max = 120 м, на 100 га открытой территории потребуется 110-140 пунктов съемочного обоснования (25-37 пунктов для незастроенной территдрии). По проездам пункты обоснования должны располагаться через 100-150 м. Ус-, ловия застройки для конкретного участка съемки могут существенно влиять на плотность точек (пунктов), число их может увеличиваться в старой части города и уменьшаться в новостройках, а также при наличии зданий значительных размеров.

Немаловажное значение имеет оценка точности проекта сети постоянного съемочного обоснования. Для получения более достоверных результатов оценку следует производить для всех ее участков. С этой целью следует сравнивать погрешности положения точек в середине соседних теодолитных ходов. Это позволит заранее выявить участки между теодолитными ходами, где может возникнуть расхождение результатов съемок, выполненных с пунктов

соседних ходов. Не следует при этом исключать и короткие ходы, так называемые перемычки. Их необходимо включать в общее уравнивание сети, а в противном случае существенно повышать допуски на угловые и линейные измерения по ним. Так, для перемычки I, соединяющей посередине два хода Sj и S 2 (рис. 2.1), допустимая невязка вычисляется по формуле

Рис. 2.2. Два варианта проектирования узловых точек в сплошной сети

(2.5)

где Т - допустимая относительная невязка, например, для теодолитного хода Т - 2 ООО.

При расчете допуска для перемычки необходимо учитывать, на какие части соседних ходов она опирается, следовательно, какие остаточные погрешности могут быть после уравнивания. При длине перемычки между соседними ходами I расстояние между узловыми точками в ходах может быть (с некоторым запасом) вдвое большим, т. е. 21.

Так, например, при проектировании узловых точек в сплошной сети равномерно распределенных пунктов наиболее оптимальным вариантом представляется чередование блоков (рис. 2.2, а). При таком варианте измерений и вычислений значительно сокращается объем по сравнению со способом пересекающихся параллельных ходов (рис. 2.2, б).

Предельная погрешность планового положения пункта съемочного обоснования относительно пунктов государственной геодезической сети и геодезических сетей сгущения на заостренных территориях не должна превышать 0,2 мм в масштабе плана . Следовательно, для планов масштаба 1: 500 координаты пунктов съемочного обоснования не должны иметь предельные погрешности более 10 см, а их средние квадрэтические погрешности не должны превышать 5 см. Для получения такой точности необходимо закреплять полигонометрические пункты через 200 м (с проложением в дальнейшем между ними теодолитных ходов с относительной погрешностью 1: 2000), а при расстоянии между полигонометриче-скими знаками 300-800 м прокладывать теодолитные ходы повышенной точности (с относительной погрешностью измерения расстояний 1: 3000 - 1: 8000). При проложении светодальномерной полигонометрии со сторонами 300-800 м следует одновременно с пунктами основного хода координировать полярным методом и пункты постоянного съемочного обоснования.

Для обеспечения точности изображения основных контуров ситуации порядка 0,2 мм в масштабе плана точки постановки, съемочного прибора должны быть определены со средними квадра-тическими погрешностями не более 0,1 мм, что в масштабе плана 1: 500 составит 5 см. Следовательно, пункты постоянного планового съемочного обоснования должны иметь более высокую точность, и их погрешности в среднем не должны превышать величины т п - 2,5 см. Только в этом случае возможно необходимое по точности (± 5 см) определение положения незакрепляемых точек постановки прибора и производство на их основе крупномасштабных топографических съемок с погрешностями изображения в плане ответственных контуров не более 10 см относительно пунктов обоснования.

Для получения идентичных результатов съемок, выполняемых от разных точек постановки прибора, необходимо производить привязку ко всем ближайшим пунктам обоснования. Для этого, например, обязательно проектировать перемычки между соседними теодолитными ходами, если расстояние между ними менее половины длины наибольшего хода.

Плановое положение каждой координируемой точки наиболее целесообразно определять полярным методом с двух исходных пунктов, используя при этом малогабаритный светодальномер (с точностью определения расстояний m s < т п = 2,5 см), или угловыми засечками (биполярным методом) с трех исходных пунктов. Допустимо в этом случае и проложить 2-3 коротких висячих теодолитных хода, заканчивающихся у определяемого угла здания; в этих случаях расхождение координат определяемой точки по разным ходам не должно превышать 3 т п.

Оценка точности определения точек производится при этом по известным формулам (например, ). Если точка К определяется с контролем и независимо от г"-го исходного пункта, имеющего погрешность т„, с погрешностью измереиия тс, вес этого определения равен

от- + т\ т п

При т п = const после соответствующего уравнивания результатов определения координат точки К вес последней определится по формуле

Р л = 2р = -^2Я, (2.8)

а средняя квадратическая погрешность определения точки

M «=Vf 7- Ф Г- (2 " 9)

Здесь коэффициент Я- является отношением точности координат исходных пунктов т п к точности произведенных измерений; эта зависимость приведена в табл. 2.3.

Развитие постоянного съемочного обоснования на объектах промышленного и гражданского назначения сопровождается передачей координат и высот с уничтожаемых в процессе строительства геодезических пунктов (строительной сетки, главных и монтажных осей) на выступающие и отдельные элементы возводимых сооружений, в том числе на специально закрепленные в стенах зданий знаки типа нивелирных реперов и марок. Плановое и высотное положение этих точек уточняется при включении их в городскую геодезическую сеть; обычно проектируют полигонометрические, теодолитные и нивелирные ходы с соблюдением соответствующих нормативных допусков .

Включение в существующую геодезическую сеть города локальной сети строительного или промышленного объекта сопровождается разворотом осей координат относительно государственной сети, а также масштабированием ее сторон особенно на границах шести- и трехградусных зон, при значительных отметках над уровнем моря. Особенности создания некоторых локальных сетей предопределяют высокую точность координирования их пунктов, вследствие чего весь включаемый в городскую сеть регион имеет более высокую точность определения пунктов. В случае включения пунктов в городскую сеть следует провести: "

анализ точности измеренных и уравненных элементов (углов, длин сторон, превышений) локальной сети;

обследование сохранившихся пунктов разбивочной сети и вторичное определение отдельных точек, анализ методики и точности координирования последних;

рекогносцировку ходов привязки локальной разбивочной сети к общегосударственной (городской), проверку расчета точности и производства измерений, выбор методики уравнивания;

дополнительные и контрольные измерения по сохранившимся пунктам: выборочные или полные, частичные или отдельных элементов (например, только углов);

уравнительные вычисления, редуцирование сети, оценку точности, составление каталогов.

3.4. Съемочное обоснование

Как и любой вид топографической съемки, корректировка спортивной карты нуждается в плановой и высотной опорной сети, состоящей из опорных точек, плановое и высотное положение которых известно с высокой степенью точности. Большинство таких точек можно взять из топоосновы - это те самые тверды точки, о которых мы говорили в предыдущем разделе.

Однако в некоторых случаях точек, имеющихся на топооснове, бывает недостаточно для корректировки. Тогда прибегают к созданию дополнительных опорных точек для корректировки или, как говорят топографы, сгущению съемочной сети. Этот процесс мы назовем созданием съемочного обоснования, а опорную сеть, получившуюся в результате, - съемочным обоснованием. Опорные точки съемочного обоснования, в отличие от твердых точек топоосновы, будем называть базовыми. Базовые точки съемочного обоснования могут быть плановыми (когда точно известно их плановое положение) или высотными (известна высота). Соответственно различают плановое и высотное съемочное обоснование. На практике чаще строят систему базовых точек с точно известным плановым и высотным положением. В этом случае обоснование называют планово-высотным или просто обоснованием.

Необходимость создания съемочного обоснования зависит от характера местности, вида топоосновы, метода работы. Рекомендации по выбору того или иного вида обоснования и условия, при которых в нем нет необходимости, приведены в табл. 7.

Таблица 7

Выбор вида съемочного обоснования в зависимости от характера местности и используемой топоосновы

Принятые обозначения: в числителе - индивидуальный метод работы, в знаменателе - бригадный; П - требуется плановое съемочное обоснование; В - требуется высотное съемочное обоснование; Х - топооснова не пригодна к данной местности или не составляется на нее; *- обоснование требуется только для поймы; - - обоснования не требуется.

Анализ таблицы показывает, что необходимость в съемочном обосновании возрастает при плохих топоосновах и на более сложной местности. При бригадном методе работы обоснование упрощает организационные вопросы и позволяет качественно произвести сведение стыков участков разных составителей. Следует отметить, что и для индивидуальной работы съемочное обоснование бывает полезным.

Съемочное обоснование можно создавать глазомерной съемкой с нивелированием скломером повышенной точности, измерением длин мерной лентой, а магнитных азимутов - буссолью или визирной линейкой с зеркалом. Этот способ доступен любому составителю и при соблюдении определенных условий дает неплохую точность.

Средние погрешности плановых построений составляют 1-2%, а определения высот - до 5% (относительно твердых точек топоосновы). Производительность зависит от квалификации составителей и характера местности и составляет при высотно-плановых определениях от 0,3 до 1 км хода в час (при работе двух составителей).

Рассмотрим пример создания высотно-планового обоснования, как более общего случая этой работы для топоосновы в виде топографической карты 1: 10000.

Чтобы обеспечить высокую точность съемочного обоснования, надо продуманно и правильно составить план его прокладки. Все съемочные ходы должны быть опертыми на твердые точки. Надо спланировать расположение опертых ходов так, чтобы длина их была минимальной. Не следует прокладывать плановый ход длиннее 2 км и высотный ход с суммой абсолютных величин превышений более 20 высот сечений. Пример планирования прокладки обоснования приведен на карте XII.

При планировании целесообразно учитывать свойства полей сопряженных точек и пространств между ними. Нецелесообразно планировать ходы по границам полей. А при наличии узких полей (ширина до 300 м) можно отснять линию, делящую поле примерно на равные части вдоль его длинной стороны, вместо съемки его периметра.

Рекомендуется планировать узкие и вытянутые участки, образованные съемочными ходами. В них удобнее работать составителям. Чем участки меньше по площади, тем короче опертые ходы корректировки и меньше их погрешности. В то же время увеличится трудоемкость работ на съемочное обоснование. Видимо, разумным компромиссом будут следующие величины: площадь участка около 0,4 км 2 , максимальная длина опертого хода корректировки 400 м. При этом в районе площадью 10 км 2 придется сделать около 40 км ходов обоснования.

Хода съемочного обоснования надо прокладывать по дорогам, тропам, просекам, открытым пространствам, в исключительных случаях - по лесу. Начало прокладки рекомендуется выбирать в твердой точке, расположенной близко к центру района.

Базовые точки съемочного обоснования закрепляются на местности одним из следующих способов:

1) колышками высотой 0,5-1 м с затесом, на котором пишется номер точки. Для улучшения видимости колышка на ее верхнем конце можно поместить белую разметку, приклеенную красной липкой полиэтиленовой лентой;
2) белой разметкой (в виде ленточки) с номером точки, приклеенной красной липкой лентой к веткам кустов или деревьев. Липкая лента должна охватывать ветку, клеиться сама на себя и двумя липкими сторонами к бумаге. Пригодно для короткого срока работ;
3) номер точки можно записать на небольшой зарубке, сделанной на сухом дереве или молодой поросли с диаметром ствола 2-3 см. Такие точки сохраняются долго. Зарубки на молодых деревьях зарастают через 1-2 года и не приносят вреда.

При прокладке хода через лес можно вдоль него на уровне плеч протянуть белую нить (суровую или № 10) и номера точек расположить на ней.

Обычно измерения ведутся мерной лентой длиной 45 м (6 мм. в масштабе 1: 7500). В этом случае базовые точки, соответствующие каждому целому замеру лентой, нумеруются арабскими цифрами, возрастающими вдоль хода от его начала. Если нет непосредственной видимости с одной базовой точки на другую и приходится выбирать промежуточную точку. То же, как правило, приходится делать и на последнем отрезке, замыкающем ход.

Промежуточной точке дается дробный номер, целая часть которого составляет номер предыдущей базовой точки, а дробная - расстояние от нее до промежуточной точки в метрах. Например, номер 18,35 носит точка, расположенная между базовыми точками 18 и 19 и в 35 м от точки 18. Расстояние до промежуточных точек определяется по отметкам на мерной ленте или шагами. На местности промежуточные точки не закрепляются.

Точке, в которой сходятся два или три съемочных хода обоснования, дается двойной или соответственно тройной номер. Например, номер 1/25, 15/131, 40 означает, что точка принадлежит трем ходам. В пределах картографируемого района номера точек не должны повторяться.

Работу, как правило, проводят два составителя, наиболее квалифицированные в бригаде. Первый (назовем его "плановиком") идет с передним концом ленты. В его обязанности входят определение направления съемки в соответствии с принятым планом, построение планового положения базовых и промежуточных точек и всех объектов вдоль съемочного хода. У него находится набор перфокарт с номерами точек, которые он выкладывает по мерному узлу ленты.

Второй (назовем его "высотником") идет с задним концом ленты. В его обязанности входят: фиксация мерного узла ленты у выложенной перфокарты, закрепление - базовой точки на местности, проведение нивелирования, заполнение таблицы высот, построение профиля и проекции профиля (см. стр. 74), сбор выложенных "плановиком" перфокарт.

Рекомендуемый порядок работы: на исходной точке "плановик" сообщает "высотнику" номер точки, выкладывает первую перфокарту и начинает движение. Когда мерный узел поравняется с перфокартой, "высотник" подает команду "Стой!" и фиксирует мерный узел на середине перфокарты. "Плановик" натягивает ленту и выкладывает следующую перфокарту у переднего мерного узла. После этого "плановик" берет на "высотника" азимут, а "высотник" определяет по голове "плановика" превышение. После выполнения своих обязанностей "высотник" подает команду "Пошли!", и операции повторяются.

Результаты полевых работ оформляются в виде листа съемочного обоснования. Пример оформления показан на карте XIII. Если в результате работ получились плановые и высотные невязки, то построения и записи тщательно проверяются для выявления и устранения грубых и систематических ошибок. Если после их устранения невязки не превышают допустимых пределов, производят разгонку невязок, базируясь на твердые точки топоосновы, выбранные в качестве опорных при планировании работ.

Порядок разгонки описан на стр. 80. Разгонку плановых невязок лучше осуществлять поворотом отдельных участков хода без изменения длины 6-миллиметровых отрезков.

Твердым точкам топоосновы, являющимся опорными для съемочного обоснования, присваиваются соответствующие номера, которые они получили при закреплении съемочного обоснования. Эти номера целесообразно надписать на топооснове. На лист съемочного обоснования наносят:

1) все ходы съемочного обоснования (их можно нанести либо прямыми линиями, соединяющими базовые точки, либо точным построением линейного ориентира, по которому проходит съемка, и ситуации вдоль него в виде полосы шириной 3-4 мм с каждой стороны);
2) фрагменты горизонталей, взятые с проекции профиля, с номерами (после разгонки невязки);
3) базовые точки с номерами и высотами;
4) промежуточные точки, соответствующие изменению направления склона (дно, вершина), с высотами;
5) линии магнитного меридиана и сетку с топоосновы.

Элементы съемочных ходов и цифровые данные удобно наносить на лист разными цветами, как показано на карте XIII.

Изображение съемочного хода по второму варианту (см. пункт 1), естественно, более трудоемко, но имеет ряд преимуществ: облегчает работу на съемочных участках, упрощает отыскание базовой точки на местности, дает достоверное изображение граничной линии участков, обеспечивает надежное сведение стыков, позволяет руководителю работ дать составителям эталоны градаций компонентов ландшафта (дороги, болота, труднопроходимость).

Геодезическое съемочное обоснование создается в соответствии с требованиями СП 11-104-97 «Инженерно-геодезические изыскания для строительства» . Геодезическое съемочное обоснование подразделяется на плановое и высотное. Плановое съемочное обоснование создают теодолитными ходами, способом микротриангуляция, сетями четырехугольников без диагоналей, прямыми, обратными и комбинированными засечками, мензульными ходами. Высотное съемочное обоснование совмещается с пунктами планового обоснования. Высоты пунктов определяются методами геометрического (технического) и тригонометрического нивелирования.

Геодезическое съемочное обоснование создается для производства топографических съемок (теодолитных, тахеометрических, нивелирных, фототеодолитных, аэросъемок и наземно-космических съемок) и привязки отдельных объектов. Оно может служить основой при выносе в натуру отдельных инженерных сооружений.

В качестве планового обоснования съемок могут быть использованы государственные геодезические сети 1, 2, 3 и 4 классов, а в качестве высотного – государственные нивелирные сети I, II, III и IV классов.

Однако государственные плановые сети имеют плотность в среднем 1 пункт на 5 – 15 км 2 , высотные – 1 пункт на 5 – 7 км 2 и эта плотность в большинстве случаев оказывается недостаточной для производства топографических съемок и геодезического сопровождения инженерных работ. Поэтому осуществляют дальнейшее сгущение геодезических сетей путем создания сетей местного значения – сетей сгущения и съемочных сетей. Все работы по созданию геодезического обоснования выполняют после-довательно в следующем порядке.

Проектирование съемочных сетей. Проектирование геодезического обоснования топографических съемок производят по имеющимся топографическим картам на район производства работ с учетом назначения и масштаба предстоящих съемок. При выборе того или иного метода создания обоснования исходят из директивных сроков производства работ, наличного парка геодезического оборудования, физико-географических условий района, требуемой точности и плотности пунктов обоснования, долговременности сохранности пунктов вновь создаваемой сети, удобства линейных измерений (по дорогам, просекам, вдоль рек и т.д.). Самое главное, необходимо стремиться к наибольшему охвату местности в ходе съемки с одного пункта.

Рекогносцировка. В результате рекогносцировки на местности уточняют проект обоснования и, если необходимо, корректируют его.

Закрепление пунктов обоснования. Все пункты геодезического обоснования, в зависимости от назначения, закрепляют на местности капитальными или временными знаками.

Полевые геодезические работы. В результате выполнения полевых работ измеряют величины, необходимые для определения планового или планово-высотного положения всех пунктов обоснования.

Камеральные работы. Заключительным этапом создания съемочного обоснования является камеральное вычисление координат пунктов X, Y и высот H, определяющих положение пунктов съемочного обоснования в принятой системе координат и высот.

При проектировании съемочного обоснования должны рассматриваться следующие вопросы:

1. Выбор методов и средств создания съемочного обоснования.
2. Составление схемы съемочного обоснования.
3. Описание технологии измерений при создании съемочного обоснования.

При составлении проекта съемочного обоснования должны соблюдаться следующие требования:

1. точки съемочного обоснования должны располагаться с необходимой плотностью;
2. при выборе точек съемочного обоснования необходимо учитывать:

Обеспечение прямой видимости между смежными точками;

Сохранность на время измерений и составления плана;

Исключение неудобств для движения транспорта и пешеходов.

Съемочное обоснование создается в виде теодолитного хода. Для измерений в ходе выбирают электронный тахеометр или теодолит и светодальномер. При выборе метода определения координат с использованием геодезических спутниковых приемников следует обратит внимание на пригодность точек для наблюдений этими приемниками.

Теодолитный ход проектируют с учетом ряда требований:

Максимальная длина хода на незастроенной территории - 5 км,

Минимальное число пунктов съемочного обоснования для незастроенной территории 12 шт. на 1 км 2 .

При применении электронного тахеометра длины сторон хода принимают 500-700 метров (максимальное расстояние при работе с малым отражателем). Пункты хода по возможности совмещаю с поворотными пунктами землепользования. Поворотные точки, несовпадающие с пунктами теодолитного хода измеряют полярным способом с этих пунктов.

Съемочное обоснование создают электронным тахеометром (марка выбирается студентом) и составляется разбивочный чертеж.

Для обеспечения топографических и съемочных работ на основе триангуляции, трилатерации, полигонометрии и нивелирных сетей развивается плановое и высотное съемочное обоснование (съемочная геодезическая сеть), состоящее из теодолитных ходов или заменяющих их сетей микротриангуляции и технического нивелирования.

Теодолитные ходы могут служить самостоятельной опорной геодезической сетью на территории съемки площадью до 1 км2. Пункты съемочного обоснования должны равномерно покрывать территорию, подлежащую съемке.

На застроенной территории города (поселка) количество пунктов съемочного обоснования определяется рекогносцировкой. На незастроенной территории города (поселка) совместно с пунктами сетей высших классов па 1 км2 территории должно быть не менее:

Количество пунктов при съемке в масштабе 1:500 определяется рекогносцировкой.

При создании планово-высотного съемочного обоснования для крупномасштабных съемок городов, поселков, территории промышленных предприятий согласно действующим нормативным документам прокладывают сравнительно густую сеть теодолитных и нивелирных ходов разной протяженности и точности. Поворотные точки таких ходов согласно существующим положениям закрепляют на местности колышками и т. д. Такое закрепление точек рассчитано на выполнение одного определенного задания, длительное время они, как правило, не сохраняются. Поэтому при выносе в натуру проекта сооружения, перенесении на местность красных линий, разбивке осей зданий и сооружении, съемке существующих подземных сетей, при производстве исполнительных съемок и других работ вновь прокладывают теодолитные и нивелирные ходы на той же территории.

На повторное создание съемочной сети затрачиваются время и средства. Кроме того, возникают недопустимые расхождения в результатах новых съемок по сравнению со съемками прежних лет, особенно в слабых местах сети (наиболее удаленных от исходных пунктов). Наконец, любые разбивочные работы и исполнительные съемки требуют каждый раз проложения нового теодолитного и нивелирного ходов. Устранить этот недостаток можно только созданием постоянного съемочного геодезического нланово-высотного обоснования па территориях городов, поселков, промышленных предприятий, с надлежащей привязкой к пунктам государственной опорной геодезической сети. Однажды созданные съемочные планово-высотные ходы могут максимально использоваться не только для изыскательских целей, но и при различных разбивочных работах, при съемках подземных сетей и коммуникаций, что повышает точность размещения в плане и по высоте различных сооружений и коммуникаций.

Оперативность в проведении архитектурно-планировочных, строительно-монтажных работ, инженерно-технического обслуживания городов, строительных площадок, промышленных комплексов и объектов линейного строительства, благоустройство и переоборудование хозяйства населенных пунктов в известной степени зависят от состояния планово-высотного геодезического обоснования и соответствующей картографической документации.

Геодезическая сеть городов состоит из пунктов государственной геодезической сети преимущественно 2-4 классов, геодезических сетей сгущения 1 и 2 разрядов и съемочного обоснования- сравнительно густой сети теодолитных ходов и заменяющих их микротрнангуляций.

Высотную сеть в городах и на объектах промышленного и линейного строительства составляют реперы, отметки которых получены в результате нивелирования II-IV классов, между ними прокладывают ходы технического нивелирования

нктроЕ И нЕ г м р ш и е иш ш и и у и щ

И 11.2. Геодезическое съемочное обоснование

Геодезическое съемочное обоснование создается с целью сгу­ щения (т. е. для дальнейшего увеличения числа геодезических пун­ ктов, приходящихся на единицу площади) геодезической плановой и высотной основы до плотности, обеспечивающей выполнение крупномасштабной топографической съемки (1:5000-1:500). Съе­ мочное обоснование развивается от пунктов главной геодезиче­ ской сети и сетей сгущения в виде теодолитных, тахеометрических ходов и микротриангуляции. Высоты точек съемочных сетей опре­ деляются геометрическим или тригонометрическим нивелирова­ нием.

Теодолитным ходом называют замкнутый или разомкнутый многоугольник, в котором измерены все стороны dv d2, d n и углы Pj, Р2г ---г РЛ. Стороны теодолитного хода измеряют светодальномером, мерной лентой (рулеткой) или дальномером двойного изобра­ жения. Горизонтальные углы - шкаловыми теодолитами типов 4Т30Пидр. (рис. 11.1)

По измеренным сторонам и углам после их соответствующей обработки получают координаты точек хода. т. е. теодолитный ход создает дополнительные пункты с известными координатами X. Y .

Тахеометрический ход - это также замкнутый или разомкну­ тый многоугольник, в котором измерены все стороны, горизон­ тальные и вертикальные углы. Стороны тахеометрического хода измеряются любым дальномером (в том числе и нитяным), верти­ кальные и горизонтальные углы - любым техническим теодоли­ том или тахеометром. В результате проложения тахеометрического хода получают дополнительные точки с известными координатами

и высотами Xг , Y /" , Н I .

Таким образом, теодолитный ход определяет положение точек только в плане, а тахеометрический ход - ив плане, и по высоте.

d3 Р ис. 11.1. Р а зо м к н у т ы й

и за м к н у т ы й т е о д о л и т н ы е х о д ы

Стороны ходов желательно делать примерно равными. Сред­ няя длина сторон тахеометрического и теодолитного хода 200 - 250 м, минимальная - не менее 40 м. При измерении длин светодальномером стороны могут быть увеличены до 500 м.

Теодолитные и тахеометрические ходы служат геодезической основой теодолитной и топографических съемок и используются также при выполнении обмеров объектов недвижимости и реше­ нии инженерных задач.

Координаты пунктов теодолитных и тахеометрических ходов и высоты пунктов тахеометрических ходов вычисляются в общегосу­ дарственной системе координат и высот. С этой целью теодолит­ ные и тахеометрические ходы привязывают к пунктам государ­ ственной сети.

■ 11.3. Выбор масштаба топографической съемки и высоты сечения рельефа _ _ _ _ _ _

Масштаб съемки и высота сечения рельефа определяют содер­ жание и точность нанесения ситуации и рельефа на топографиче­ ском плане или карте.

С увеличением масштаба топографической съемки и умень­ шением высоты сечения рельефа повышается точность планов и карт и подробность изображения на них ситуации и рельефа местности. Точность полевых измерений при съемке должна со­ ответствовать точности масштаба, в котором будет составляться план. Поэтому чем точнее и детальнее требуется получить данные с плана при проектных и других расчетах, тем точнее следует про­ изводить съемочные работы и тем крупнее должен быть масштаб плана.

Однако повышение точности и подробности съемки ведет к усложнению методов ее производства и увеличивает затраты тру­ да и средств на единицу снимаемой площади. Поэтому при топог­ рафической съемке следует выбирать такие ее масштаб и сечение рельефа, которые обеспечивали бы необходимую точность, де­ тальность и полноту изображения элементов местности при ми­ нимальной стоимости работ. Следовательно, основным услови­ ем правильного выбора масштаба съемки и высоты сечения рель­ ефа является соответствие между точностью плана или карты и требуемой точностью проектирования и перенесения проекта в натуру.

Под точностью топографического плана (карты) понима­ ют допустимые средние либо предельные погрешности в положе­ нии контуров, предметов местности и высот точек по отноше-

312 нию к плановому и высотному обоснованию.

Средние погрешности в положении на плане точек ситуации

относительно ближайших точек съемочного обоснования не долж­ ны превышать»:

Предметов и контуров с четкими очертаниями - 0,5 мм; в гор­ ных и залесенных районах - 0,7 мм;

На территориях с капитальной и многоэтажной застройкой предельные погрешности во взаимном положении на плане то­ чек ближайших контуров (капитальных сооружений, зданий и т. п.) не должны превышать 0,4 мм.

Средние погрешности съемки рельефа относительно ближай­ ших точек геодезического обоснования не должны превышать по высоте:

1/4 принятой высоты сечения рельефа h при углах наклона до 2°;

1/3h при углах наклона от 2 до 6° для планов масштабов 1:5000, 1:2000 и до 10° для планов масштабов 1:1000 и 1:500;

1/2h при сечении рельефа через 0,5 м на планах масштабов 1:5000 и 1:2000.

В залесенной местности эти допуски увеличиваются в 1,5 раза. Число горизонталей на картах и планах в районах с углами на­ клона свыше 6° для планов масштабов 1:5000 и свыше 10° для пла­ нов масштабов 1:1000 и 1:500 должно соответствовать разности вы­ сот, определенных на перегибах скатов, а средние погрешности высот характерных точек рельефа не должны превышать 1/3 при­

нятой высоты сечения рельефа.

Факторы, влияющие на выбор масштаба съемки, делятся на производственные, природные, технические и экономические.

В настоящее время для удовлетворения нужд промышленного

и гражданского строительства выбор масштаба съемки и планов регламентируется многочисленными нормативными документами, учитывающими специфику отдельных видов строительства. Для отдельных стадий проектирования устанавливают, как правило, два или три масштаба съемки и плана.

Для предрасчета масштаба съемки с учетом требований проек­ тирования к размещению зданий и сооружений в натуре при гра­ фическом способе подготовки проектных данных можно использо­ вать формулу:

где Дстр - строительный допуск на размещение объектов в натуре; £рраф - графическая точность масштаба плана; М - знаменатель масштаба съемки.

Для обоснования выбора масштаба топографической съемки при составлении кадастрового плана и др. и отражения в нем досто­ верных данных количественного учета земель используется крите-

рий допустимой погрешности определения площади участка; при этом расчетный знаменатель масштаба съемки определяется как

где S - средняя площадь оцениваемого участка, га; ms - допусти­ мая погрешность определения площади (в процентах), зависящая от таких факторов, как балльная оценка сельскохозяйственных зе­ мель, стоимость городских земель и др.

Высота сечения рельефа определяет точность изображения ре­ льефа и влияет на качество работ, особенно проектов вертикальной планировки. Высоту сечения рельефа устанавливают в зависимо­ сти от масштаба плана и характера рельефа местности с таким рас­ четом, чтобы горизонтали на плане не сливались между собой, ре­ льеф изображался с достаточной точностью и легко читался.

Для топографических планов и карт масштабов 1:5000- 1:25 ООО высоту сечения рельефа можно рассчитать по формуле:

где М - знаменатель численного масштаба плана.

Так, для масштаба 1:10 ООО величина h , рассчитанная по этой формуле, составит 2 м, для масштаба 1:5000 - 1 м.

Высоту сечения рельефа можно также определить из соотно­ шений:

h = 5mh или h = 5т , h н"

где mh - средняя квадратическая погрешность определения пре­ вышений при съемке; тн - средняя квадратическая погрешность определения отметок точек по горизонталям на плане.

В зависимости от характера рельефа местности (равнинный, всхолмленный, пересеченный, горный и предгорный) для каждого масштаба съемки приняты 2-4 значения высоты сечения рельефа: для масштаба 1:5000 -0,5 - 5,0 м; 1:2000 - 0,5 -2,0 м; 1:1000 и 1:500 - 0 ,5 - 1,0 м

В исключительных случаях, при съемках подготовленных и спланированных площадей с максимальными преобладающими уг­ лами менее 2° допускается принимать высоту сечения рельефа 0,25 м. На значительных по площади участках съемочного планше­ та, где преобладающие углы наклона местности различаются на 2° и более, разрешается применять две высоты сечения рельефа. На участках, где расстояния между основными горизонталями превы­ шают на плане 2,5 см, для изображения характерных деталей рель­ ефа следует обязательно использовать полугоризонтали*.

* Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 314 1:500. М.: Недра, 1985.

И 11.4. Теодолитная съемка_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Теодолитную съемку выполняют для составления горизонталь­ ного (контурного) плана объектов недвижимости со сложной ситу­ ацией и др. в крупных масштабах (1:500-1:200).

Горизонтальные углы при съемке измеряют теодолитом, а дли­ ны линий - мерной лентой, лазерной рулеткой или дальномером с относительной погрешностью не более 1/2000.

Теодолитную съемку осуществляют с пунктов и сторон теодо­ литного хода различными способами (способ полярных координат, способ створа перпендикуляров, линейных и угловых засечек) в за­ висимости от характера местности и др. (рис. 11.2).

Р и с. 11.2. С п о с о б ы с ъ е м к и си т у а ц и и:

а, б - сп о со б п ер п ен ди к ул я р о в; в - сп о с о б п олярн ы х коорди н ат; г - сп о со б угл о вы х за сеч ек; д - с п о с о б ли н ей н ы х за сеч ек;

е - сп о со б ст во р а

При съемке одновременно с измерениями ведут абрис (рис. 11.3), в котором указывают результаты измерений и ситуацию. Эта ин­ формация необходима при составлении топографического плана.

г л а в а и

Рис. 11.3. Абрис участка съемки

Способ полярных координат. Он состоит в измерении теодо­ литом горизонтального угла от стороны теодолитного хода до на­ правления на точку и расстояния от вершины измеряемого утла до снимаемой точки стальной лентой или лазерной рулеткой, оптиче­ ским или нитяным дальномером.

Способ перпендикуляров. Положение контурной точки опре­ деляется путем измерения стальной рулеткой длины перпендику­ ляра, опущенного из точки на сторону теодолитного хода, и рассто­ яния от начала стороны до основания перпендикуляра.

Короткие перпендикуляры строят на глаз или при помощи ру­ летки, более длинные - лазерной рулеткой.

Метод угловых засечек. Этот метод используется в тех случа­ ях, когда трудно измерить расстояние до определяемой точки. Из двух точек теодолитного хода измеряют углы между стороной

316 хода и направлениями на определяемую точку одним полупри-

емом с точностью 30". Угол засечки не должен быть менее 30° и более 150°.

При окончании полевых работ с помощью координатографа или линейки Ф.В. Дробышева и др. строят координатную сетку в виде сетки квадратов со сторонами 10 см. По вычисленным коорди­ натам наносят точки теодолитного хода. Точки контуров на плане строят от точек сторон теодолитного хода в соответствии с абрисом (рис. 11.3).

Этот метод топографической съемки применяют на небольших открытых участках местности со спокойным рельефом.

Способ линейных засечек используется при съемке объектов с четкими очертаниями. От двух точек теодолитного хода лентой или лазерной рулеткой измеряют расстояния до определяемой точки, причем длина засечек не должна превышать длины мерного прибо­ ра (20-50 м). Углы опорных зданий определяют с контролем тремя засечками.

Способ створа состоит в определении положения объектов от­ носительно створной линии, которой является одна из сторон тео­ долитного хода. Способ створа сочетают с методами перпендикуля­ ров и линейных засечек. Его широко используют при внутриквар­ тальной съемке.

Длины сторон теодолитного хода измеряются мерными лента­ ми (рулетками) или дальномерами. При измерении длин линий лен­ той относительная погрешность не должна быть более 1 / 2000. Сто­ роны ходов желательно иметь примерно равными, минимальная длина стороны хода 40 м, максимальная - 350 м, средняя - 200 - 250 м. При измерении сторон хода светодальномерами длина линии может быть увеличена до 500 м.

Длины теодолитных ходов зависят от масштаба съемки (табл. 11.1). Например, при съемке в масштабе 1:500 длина хода не должна быть более 0,8 км на застроенной территории и 1,2 км на незастро­ енной территории. Горизонтальные углы в теодолитных ходах из­ меряют теодолитами технической точности полным приемом. Рас­ хождение значений угла из полуприемов не должно быть более 1 Вершины теодолитных ходов закрепляют деревянными кольями, металлическими штырями.

Состав полевых и камеральных работ при проложении замкну­ того теодолитного хода 1-2-3-4-5-1 показан на рис. 11.1. Точка 1 хода является пунктом полигонометрии. С помощью теодолита из­ меряют горизонтальные углы Р}, Р2, Р3, Р4. Длины сторон хода dx2, d23, d3 4, d4_j измеряют мерной лентой. Каждую сторону измеряют дважды: в прямом и обратном направлениях. Точность измерения углов Г, длин сторон - Ad / d = 1 / 2000.

Данные измерений теодолитного хода записывают в журнал (табл. 11.2).

Таблица 11.2

Журнал измерения горизонтальных углов и углов наклона

№ №№ Положения Отсчеты по Разность Среднее Отсчеты по Место Значе­

Данные измерений горизонтальных углов при двух положени­ ях вертикального круга теодолита (КА и КП) внесены в соответ­ ствующую графу журнала.Исходными данными для вычисления координат точек теодолитного хода являются:

Координаты точки 1 х{, ух (например, пункта полигонометрии); -горизонтальные проложения сторон хода; -горизонтальные углы;

Дирекционный угол исходной стороны а12; а2 3 = ах2 + 180° - Р2.

И 11.5. Тахеометрическая съемка _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

«Тахео» означает быстро. При тахеометрической съемке в ка­ честве съемочного обоснования прокладывается тахеометриче­ ский ход или теодолитный ход с последующим нивелированием его точек. Для ускорения работы тахеометрическая съемка может выполняться одновременно с проложением тахеометрического хода.

Тахеометрический ход - это ломаная линия на местности, все вершины которой соответственно закреплены. Точки хода на мест- 318 ности выбирают так, чтобы обеспечивалась взаимная видимость,

обзор вокруг точки для удобства последующей съемки в радиусе 150-200 м.

Длина тахеометрического хода определяется (на основе мас­ штаба съемки и точности измерении) по формуле предельной отно­ сительной невязки тахеометрического хода.

Тахеометрическую съемку выполняют тахеометром или теодо­ литом при создании планов земельных участков в крупных масшта­ бах на пересеченной, а также застроенных территорий. С приме­ нением электронных тахеометров появилась возможность при ре­ шении архитектурных задач создавать цифровую модель местности и объектов недвижимости. Плановое обоснование создают обычно путем проложения теодолитных ходов. Отметки точек теодолит­ ных ходов определяют геометрическим нивелированием (высо­ тное обоснование). Съемку предметов, контуров и рельефа мест­ ности производят полярным способом, отметки точек определяют тригонометрическим нивелированием.

При съемке в масштабе 1:2000 с сечением рельефа горизон­ талями через 1 м допускаются S < 100 м при съемке границ конту­ ров и 5 < 250 м - при съемке рельефа. Расстояние между пикета­ ми на равнинной местности не должно превышать 40 м (2 см на плане).

При съемке ситуации, рельефа местности вертикальные и го­ ризонтальные углы измеряют при одном положении вертикально­ го круга тахеометра, а расстояния до реечных точек (пикетов) - дальномером.

Реечные точки выбирают в характерных для вертикальной структуры рельефа местах - на вершинах холмов, линиях водораз­ дела, берегах водоемов и на характерных точках ситуации.

Порядок работы на станции следующий:

1) устанавливают тахеометр в рабочее положение над точкой те­ одолитного хода. В процессе съемки на каждой станции состав­ ляют абрис - схематический чертеж ситуации и рельефа мест­ ности, на котором показывают положение и номера точек. Это облегчает последующую обработку результатов тахеометри­ ческой съемки. Работы завершают проверкой неподвижности лимба и постоянства МО. Измеряют высоту прибора, отмечают

ее на рейке и записывают в журнал;

2) выполняют ориентирование лимба на ближайшую точку тео­ долитного хода;

3) последовательно устанавливают рейку на характерных точках местности и визируют на нее так, чтобы вертикальная нить сет­ ки совмещалась с осью рейки, а горизонтальная - с меткой высоты прибора i на рейке. Измеряют горизонтальные и верти­ кальные углы и определяют расстояние до рейки с помощью дальномера.

Камеральные работы при тахеометрической съемке состоят из вычислений углов наклона, горизонтальных проложений изме­ ренных расстояний, превышений, отметок точек, составления и оформления плана участка местности.

Составление и вычерчивание тахеометрического плана вклю­ чает: построение сетки координат, накладку точек по координатам, нанесение реечных точек, рисовку рельефа с учетом направления понижения местности, рисовку контуров, вычерчивание и оформ­ ление плана по условных знакам масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500.

Составлению абриса уделяется особое внимание. Он вычерчи­ вается от руки в произвольном масштабе, примерно равном масш­ табу плана. Станция, с которой ведется съемка, наносится в середи­ не снимаемого участка. По линейке прочерчивают предыдущую и последующую линии хода. Обязательно указывают отсчет по гори­ зонтальному кругу, равный нулю по той линии хода, по которой ориентирован лимб.

Наносят характерные точки и скелетные линии рельефа, на­ правления падения скатов.

При картографировании территорий применяется цифровая топографическая съемка с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС / GPS.

щ 11.6. Современная топография_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Цифровая топография представляет собой современный этап развития топографии - географического и геометрического изу­ чения местности путем приведения съемочных работ (на земле, с воздуха, из космоса) и создания на основе полученных материа­ лов топографических карт. Основной формой результатов съе­ мочных работ в цифровой топографии является цифровая инфор­ мация.

Автоматизация процесса наземных топографических съемок обеспечивается внедрением в геодезическую практику новых спо­ собов, систем сбора и первичной обработки топографогеодезичес­ кой информации, из которых можно выделить электронную тахометрию.

Эффективность применения электронной тахеометрической съемки (ЭТС) по сравнению с традиционными методами достигается в первую очередь за счет увеличения площади съемки с одной стан­ ции.

Современные электронные тахеометры объединяют в себе электронный теодолит, светодальнометр, микроЭВМ с пакетом

прикладных программ и регистратор информации (модуль памя- 320 ти).

Для управления работой прибора служат пульты управления с клавиатурой ввода данных и управляющих сигналов. Результаты измерений высвечиваются на экране дисплея (цифровом табло) и автоматически заносятся в карту памяти. Передача накопленной информации в компьютер может выполняться непосредственно из карты памяти либо путем подсоединения тахеометра к компьютеру

с помощью интерфейсного кабеля.

В принципе порядок производства электронной тахеометри­ ческой съемки аналогичен съемке, выполняемой оптическими та­ хеометрами. Электронный тахеометр устанавливают в рабочее по­ ложение на съемочной станции; на пикетных точках последова­ тельно устанавливают специальные вешки с отражателями, при наведении на которые автоматически определяют расстояние, го­ ризонтальный и вертикальный углы. МикроЭВМ тахеометра по ре­ зультатам измерений вычисляет приращения координат Ах, Ау с учетом поправок. Результаты измерений вводятся в накопитель ин­ формации, из которого информация поступает на ЭВМ. По специ­ альной программе выполняется окончательная обработка с получе­ нием данных, необходимых для построения цифровой модели местности или топографического плана.

И 11.7. Нивелирование поверхности по квадратам_ _ _ _ _ _ _

Размеры сторон квадратов принимают в зависимости от слож­ ности рельефа равными 10 или 20 м. Сетку квадратов разбивают с помощью теодолита и стальной ленты. Вершины квадратов за­ крепляют колышками. Плановое положение опорных точек опре­ деляется путем проложения теодолитных ходов, а высотное - техническим нивелированием. Стороны и вершины квадратов используют для съемки ситуации способом перпендикуляров. От­ метки вершин квадратов, а также характерных точек рельефа внутри квадратов определяют нивелированием с одной станции нивелира, выбранной с таким расчетом, чтобы с нее можно было взять отсчеты по рейкам, устанавливаемым на каждой из этих то­ чек. Отсчеты берут только по черной стороне рейки. Отметки то­ чек вычисляют через горизонт прибора Ягп, округляя их до сотых долей метра и выписывают на заранее заготовленную схему, за­ меняющую журнал.

Для построения топографического плана по результатам ниве­ лирования по квадратам наносят на план в заданном масштабе сет­ ку квадратов и против вершин подписывают их высоты. По данным абриса строят контуры местности, после чего методом интерполи­ рования с учетом направления понижения местности проводят го­ ризонтали (рис. 11.4). План оформляют в условных знаках.

нл -

пм

Рис. 11.4. Образец составления плана нивелирования поверхности по квадратам

■ 11.8. Сведения о спутниковых системах позиционирования ГЛОНАСС / GPS

В настоящее время действуют две спутниковые системы опре­ деления координат: российская система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) и американская система NAVSTAR GPS (Навигационная система определения расстояний и времени, глобальная система позиционирования).

Галилео (Galileo) - европейский проект спутниковой системы навигации. Вотличие от американской и российской систем, систе­ ма Галилео не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями. Разработку осуществляет Европейское космичес­ кое агентство.

Китайская народная республика развивает независимую сис­ тему спутникового позиционирования Beidou (буквально - Север­ ный Ковш, китайское название созвездия Большой Медведицы), которая в будущем должна преобразоваться в систему COMPASS. Beidou обеспечивает сегодня определение географических коорди­ нат в Китае и на соседних территориях.

Также принято решение о создании собственной аналогичной 322 системы в Индии. IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System)

будет с помощью 7 спутников обеспечивать региональное покры­ тие самой Индии и частей сопредельных государств.

В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится около 30 спутников NAVSTAR, около 20 ГЛОНАСС и 3 спутника COMPASS.

Таблица 11.3

Основные характеристики спутниковых навигационных систем

Система спутникового позиционирования включает три сег­ мента: созвездия космических аппаратов (спутников), наземного контроля и управления, приемных устройств (аппаратуры пользо­ вателей).

Сегмент космических аппаратов. Каждая из современных систем GPS и ГЛОНАСС состоит из 24 спутников (21 действующе­ го и 3 резервных), которые обращаются вокруг Земли по практи­ чески круговым орбитам. Орбиты спутников GPS расположены в шести плоскостях по 4 спутника в каждой (рис. 11.5, а); средняя высота орбиты - около 20 180 км, период обращения спутников вокруг Земли составляет 11 ч 58 мин. Такое количество спутников и их расположение обеспечивают одновременный прием сигналов как минимум от четырех спутников в любой точке Земли в любое время.

Спутники ГЛОНАСС вращаются вокруг Земли в трех орби­ тальных плоскостях по 8 спутников в каждой (рис. 11.5,6) на высоте около 19 150 км, период обращения - 11ч 16 мин.

На каждом спутнике GPS и ГЛОНАСС установлены солнечные батареи питания, приемно-передающая аппаратура, эталоны час­ тоты и времени, бортовые компьютеры и отражатели для лазерной дальнометрии.

Сегмент наземного контроля и управления состоит из сети станций слежения за спутниками, равномерно размещенных по территории страны, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станцией загрузки данных на борт спут­ ников. С пунктов слежения дважды в сутки лазерным дальномером измеряются расстояния до каждого из спутников. Собранную ин­ формацию о положении спутников на орбитах (эфемеридах) пере-

дают на бортовой компьютер каждого спутника. Спутники непре­ рывно излучают для пользователей измерительные радиосигналы, данные о системном времени, свои координаты и др.

Р ис. 11.5. С о з в е з д и я и с к у с с т в е н н ы х с п у т н и к о в: а - N AV STA R CPS; б - Г Л О Н А С С

Сегмент приемных устройств включает спутниковый прием­ ник, антенну, управляющий орган-контроллер, источник питания

Определение координат точек земной поверхности с помощью спутников основано на радиодальномерных измерениях дально­ стей от спутников до приемника, установленного на определяе­ мой точке. Если измерить дальности до трех спутников (рис. 11.6), координаты которых на данный момент времени известны, то методом линейной пространственной засечки можно определить координаты точки стояния приемника Р. Из-за несинхронности хода часов на спутнике и в приемнике определенные до спутников расстояния будут отличаться от истинных. Такие ошибочные рас­ стояния получили название «псевдодальностей». Для исключения этих погрешностей определение координат точек с достаточной точностью возможно при одновременном наблюдении не менее 4 спутников.

Системы спутникового позиционирования работают в грин­ вичской пространственной прямоугольной системе координат с началом, совпадающим с центром масс Земли. При этом система GPS использует координаты мировой геодезической системы WGS-84 (World Geodetic System, 1984), а ГЛОНАСС - систему ко­ ординат ПЗ-90 (Параметры Земли, 1990). Обе координатные систе­ мы установлены независимо друг от друга по результатам высоко­ точных геодезических и астрономических наблюдений.

Большинство современных приемников работают со спутни­ ками GPS, поэтому координаты измеренных точек получают чаще всего в системе WGS-84. Для перехода к государственной или мест­ ной системе координат используют предусмотренную программа-

324 ми обработки функцию трансформирования.

m CTPBEHM E К Й РТ1ГРД > И Ч ЕС Ши 1н ю р м а щ

Рис. 11.6. Принципиальная схема спутниковой системы позиционирования

■ 11.9. Цифровая тонографическая съемка с применением систем ГЛОНАСС / GPS

Методы определения координат пунктов. Как отмечалось ра­ нее, определение расстояний от спутникового приемника до спут­ ника есть не что иное, как радиодальномерные измерения: прием­ ник принимает электромагнитные колебания со спутника, сравни­ вает их со своими, выработанными собственным генератором и в результате определяет дальность до космического аппарата. Даль­ ности измеряют двумя способами - кодовым и фазовым. В первом случае сравнивают коды полученного со спутника сигнала и генери­ рованного в самом приемнике, а во втором - фазы. Наиболее точ­ ными являются фазовые измерения. В GPS все спутники работают на одних и тех же частотах, но каждый имеет свой код. В ГЛОНАСС, наоборот, каждый спутник имеет свою частоту, но коды у всех оди­ наковые.

Перенос от спутника к приемнику всей информации осущест­ вляется с помощью так называемых несущих электромагнитных колебаний, излучаемых на двух частотах L1 и L2.

Радиосигнал проходит от спутника до приемника расстояние около 20 ООО км и претерпевает возмущения в ионосфере, нижних слоях атмосферы и вблизи поверхности Земли. В ионосфере, рас­ положенной на высоте 50-100 км над землей, содержатся свобод-

ные электроны и ионы, изменяющие путь и скорость радиоволн со спутника. Погрешности, вызванные воздействием главным обра­ зом электронов, зависят от их концентрации, а значит, от угла воз­ вышения спутника, географического положения измеряемых то­ чек, времени суток и года, солнечной активности и могут достигать десятков метров. Исключить эти искажения из результатов наблю­ дений можно измерениями на двух частотах.

Кроме радиосигнала со спутника в приемную антенну поступа­ ют еще и сигналы, отраженные от земли и различных объектов - зданий, деревьев и т. п. Возникающая многолучевость ведет к иска­ жению результатов измерений при использовании фазового спо­ соба до нескольких сантиметров, в кодовых измерениях - до метров. В современных приемниках для борьбы с этим источником погрешностей используют специальные встроенные программы подавления многолучевости.

Одним из факторов, ухудшающих результаты спутниковых из­ мерений, могут также стать помехи от близко расположенных мощных источников радиоизлучений: локаторов, теле- и радиопе­ редающих станций и т. п.

Способы позиционирования можно разделить на две груп­ пы - абсолютные определения координат кодовым методом и от­ носительные фазовые измерения (см. рис. 11.7).

Рис. 11.7. Способы спутникового позиционирования

При выполнении абсолютных измерений определяются пол­ ные координаты точек земной поверхности. Наблюдения, выпол­ няемые на одном пункте независимо от измерений на других стан­ циях, называются автономными. Автономные наблюдения очень 326 чувствительны ко всем источникам погрешностей, обеспечивают

точность определения координат 15 -30 м и используются для на­ хождения приближенных координат в точных измерениях.

Для повышения точности абсолютные измерения можно вы­ полнять одновременно на двух пунктах: базовой станции Pv рас­ положенной на точке с известными координатами (обычно пункте государственной геодезической сети), и подвижной станции Р2, ус­ тановленной над определяемой точкой (рис. 11.8). На базовой стан­ ции измеренные расстояния до спутников сравнивают с вычис­ ленными по координатам и определяют их разности. Эти разности называют дифференциальными поправками, а способ измерения -

дифференциальным. Дифференциальные поправки учитываются в ходе вычислений координат подвижной станции после измерений либо при использовании радиомодемов уже в процессе измерений. Дифференциальный способ основан на том соображении, что при относительно небольших расстояниях между станциями PJf и Р2 (обычно не более 10 км) погрешности измерений на них практи­ чески одинаковы. При увеличении расстояния между станциями точность падает. Для повышения точности измерений увеличивают время наблюдений, которое может колебаться от нескольких ми­ нут до нескольких часов. Точность дифференциального позицио­ нирования составляет 1 -5 м.

Рис. 11.8. Сущность дифференциального способа позиционирования

Для решения геодезических задач, когда необходимо получать координаты точек с высокой точностью, используют относитель­ ные измерения, при которых дальности до спутников определяют фазовым методом, и по ним вычисляют приращения координат или

вектора между станциями, на которых установлены спутниковые приемники.

Различают два основных способа относительных измерений: статический и кинематический.

При статическом позиционировании, как и при дифференци­ альных измерениях, приемники работают одновременно на двух станциях - базовой с известными координатами и определяемой.

После окончания измерений выполняется совместная обра­ ботка информации, собранной двумя приемниками. Точность спо­ соба зависит от продолжительности измерений, которая выбирает­ ся в соответствии с расстоянием между точками. Современные приемники позволяют достичь точности определения плановых ко­ ординат (5-10 мм) + 1-2 мм / км, высотных - в 2 -3 раза ниже.

Кинематические измерения позволяют получать координаты точек земной поверхности за короткие промежутки времени. При этом вначале статическим способом определяют координаты пер­ вой точки, т. е. выполняют привязку подвижной станции к базовой, называемую инициализацией, а затем, не прерывая измерений, пе­ редвижной приемник устанавливают поочередно на вторую, тре­ тью и т. д. точки. Для контроля измерения завершают на первой точке либо на пункте с известными координатами, где выполняют статические наблюдения. Точность кинематического способа со­ ставляет 2 -3 см в плане и 6 -8 см по высоте.

Если имеется цифровой радиоканал и данные с базового при­ емника в процессе измерений можно передавать на подвижную станцию, координаты получают в режиме реального времени, т. е. непосредственно на определяемой точке.

Основные методы съемки с применением спутниковых геоде­ зических приборов приведены в табл. 11.4.

Приемная спутниковая аппаратура

Спутниковое оборудование для геодезии в настоящее время 328 выпускают более 50 производителей различных стран мира, основ­

ствительна к ударам. Высокая точность определения координат позволяет с успехом использовать спутниковые методы для реше­ ния широкого спектра геодезических задач.

Производство топографических съемок с применением систем спутникового позиционирования

Топографическая съемка с использованием геодезических спутниковых приемников выполняется в три этапа: подготовитель­ ные работы, создание геодезического съемочного обоснования, собственно съемка.

В ходе подготовительных работ выбирают места для закреп­ ления точек съемочного обоснования с таким расчетом, чтобы не было помех от расположенных вблизи сооружений, крон высоких деревьев, источников мощного радиоизлучения. Кроме того, осо­ бое внимание уделяется планированию наблюдений, для чего ис­ пользуют специальный модуль в программном обеспечении спут­ никового приемника. Этот модуль позволяет получить характери­ стику процесса позиционирования на любой момент времени и, таким образом, выбрать наиболее благоприятный период для вы­ полнения измерений.

Определение координат пунктов геодезического съемочного обоснования производится методом статических спутниковых на­ блюдений. Статический метод является наиболее надежным и точ­ ным методом, позволяющим получить разность координат смеж­ ных пунктов с миллиметровой точностью. Один из приемников, называемый базовым (рис. 11.10, а), устанавливают на штативе над исходной точкой с известными координатами (пункт государствен­ ной геодезической сети, геодезической сети сгущения), а второй, называемый мобильным, - поочередно на пункты съемочной сети. При этом должно быть обеспечено условие синхронных измере­ ний базовым и мобильным приемниками. Время наблюдений выби­ рается в зависимости от длин базовых линий, количества одновре­ менно наблюдаемых спутников, класса используемой спутниковой аппаратуры и условий наблюдений. С учетом всех перечисленных факторов время измерения каждой базовой линии может состав­ лять от 15-20 минут до 2,5 -3 часов. Работа с каждым приемником на станции включает: центрирование приемника над пунктом с по­ мощью нитяного или оптического отвеса, измерение высоты ан­ тенны с помощью секционной рейки, включение приемника. При измерении в статическом режиме во время работы не требуется производить каких-либо действий. Приемник автоматически тести­ руется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, произ­ водит GPS-измерения и заносит в память всю информацию. По ис­ течении необходимого времени наблюдений мобильный приемник

ззо переносят на следующую определяемую точку. После окончания

измерений производят обработку полученных результатов, кото­ рая включает вычисление длин базовых линий и координат пунк­ тов обоснования в системе координат WGS-84, и др. Точность опре­ деления планового местоположения точек статическим способом достигает (5-10 мм) - I - 1-2 мм / кмгвысотного - в 2 -3 раза ниже.

а - ст ат и ческ и е сп ут н и к о вы е н а б лю ден и я н а пун кт е; б - к и н ем ат и ч еск и е сп ут н и к о вы е и зм ерен и я н а п и кет н ой т очке

Топографическая съемка местности выполняется посредством проведения кинематических спутниковых измерений, позволяю­ щих получать координаты и высоты точек за короткие промежутки времени. Для этого базовый приемник на штативе устанавливается на пункте съемочного обоснования, а мобильный - поочередно на снимаемые точки, причем приемник вместе с источником питания располагаются в специальном рюкзаке, а приемная антенна и кон­ троллер, с помощью которого осуществляется управление процес­ сом съемки, крепятся на вехе (рис. 11.10, б). Вначале выполняется инициализация - привязка мобильной станции к базовой, для чего измерения на первой точке проводят несколько дольше (20 -30 с), чем на последующих точках. Установив веху с антенной на точку и задав в контроллере все необходимые параметры (высоту установ­ ки антенны на вехе, номер пикета, его признак, например: угол за­ бора, смотровой колодец и т. п.), начинают съемку, контролируя вертикальность вехи по пузырьку круглого уровня. Время наблю­ дения на точке обычно не превышает 5 -10 с, после чего измерения останавливают и, не выключая приемника, переходят на следую­ щую точку. В случае, если снимаемая точка располагается в непо­

средственной близости от строения, высоких деревьев, других объ­ ектов, закрывающих видимость на спутники, время измерений должно быть увеличено. Кроме того, измерения на такие точки можно повторить, вернувшись на них еще раз. Завершают съемку участка наблюдениями на первой точке либо на пункте с известны­ ми координатами. После завершения съемки производят обработ­ ку результатов так же, как и в случае статических измерений. Точ­ ность способа кинематических измерений составляет 2 -3 см в плане и 6 -8 см по высоте. Результаты измерений могут быть пред­ ставлены как в цифровом виде, так и в графической форме.