Угловые и линейные измерения

Горизонтальная съемка местности в простейшем варианте выполняется с помощью теодолита и рулетки. Съемочное обоснование обычно создают проложением теодолитных ходов. Если участок съемки имеет вытянутую форму, то теодолитный ход прокладывают по его оси; при этом отдельные пункты съемочного обоснования можно определять из геодезических засечек. Если участок имеет овальную форму, то прокладывают замкнутый ход по его границе; внутри участка можно проложить диагональные ходы.

При горизонтальной съемке положение отдельных точек определяют относительно пунктов съемочного обоснования и линий, соединяющих их, применяя:

- способ засечек (угловых, линейных, комбинированных);

- полярный способ;

- способ перпендикуляров;

- способ створов.

Широко также применяется способ обмеров зданий и сооружений и расстояний между ними с помощью рулетки.

Способ засечек. При угловой засечке положение точки 1 определяют относительно двух пунктов съемочного обоснования А и В с помощью двух измеренных горизонтальных углов 1 и 1. Положение другой точки - точки 2 определяют, измеряя два других угла 2 и 2 (рис.8). Результаты измерений записывают в журнал.

Рис.8 Рис.9

При построении плана при точках А и В с помощью транспортира строят углы 1 и 1 и в пересечении линий получают изображение точки 1 на плане. Аналогично находят на плане положение точки 2.

Если расстояние до точки 1 не превышает длины рулетки, положение точки 1 определяют линейной засечкой, при которой измеряют расстояния А - 1 и В - 1; при построении плана из точки А проводят дугу радиусом, равным расстоянию А - 1 в масштабе плана, а из точки В - радиусом, равным расстоянию В - 1 в масштабе плана. Точка пересечения этих дуг является изображением точки 1 на плане.

Точность измерения горизонтальных углов при угловой засечке определяется точностью их построения на плане транспортиром,т.е. порядка 10' - 15'. Допустимую ошибку измерения расстояний при линейной засечке рассчитывают по формуле:

ms = 0,3 мм * М,

где М - знаменатель масштаба съемки.

Полярный способ. Полярный способ съемки - это реализация полярной системы координат. Теодолит устанавливают на пункте съемочного обоснования А, принимая его за начало (полюс) местной полярной системы координат. Полярная ось совмещается с направлением на другой пункт съемочного обоснования В. Затем измеряют горизонтальный угол 1, образованный направлением АВ и направлением на снимаемую точку 1, и расстояние S1 от точки А до точки 1 (рис.9). При построении плана положение точки 1 получают, откладывая на стороне угла 1, построенного транспортиром, расстояние S1 в масштабе плана.

Рассчитаем среднюю квадратическую ошибку измерения углов и расстояний при полярном способе съемки, если ошибка положения точки 1 задана и равна Мp.

В полярной системе координат ошибка положение точки выражается формулой:

(30)

где - ошибка измерения угла ; ms - ошибка измерения полярного расстояния.

По принципу равных влияний имеем:

m2s = (S * / )2 = M2 /2, (31)

откуда

и (32)

Пусть масштаб съемки 1:М=1:2 000, тогда Мp=0.5 мм * 2 000=1 м. При S=100 м вычисления по формулам (37) дают =24', ms =0.7м, ms/S = 1/150.

Способ перпендикуляров. Способ перпендикуляров является реализацией обычной прямоугольной системы координат. Пусть линия АВ - одна из сторон теодолитного хода. Примем ее за ось l, начало координат совместим с пунктом А; ось d расположим перпендикулярно линии АВ. Положение точки 1 определяется двумя перпендикулярами l1 и d1 (рис.10), длины которых измеряют мерной лентой или рулеткой.

Рис.10

Для построения прямого угла можно применть теодолит или эккер; иногда угол = 90o можно построить на глаз. Положение точки 1 на плане получают после выполнения трех операций: откладывания вдоль линии АВ длины перпендикуляра l1, построения угла =90o c помощью транспортира, откладывания на стороне угла длины второго перпендикуляра d1.

Съемка других точек и определение их положения на плане выполняются в таком же порядке.

Ошибка положения точки Мp в способе перпендикуляров складывается из ошибки измерения перпендикуляра l, ошибки построения (или измерения) угла = 90 o и ошибки измерения перпендикуляра d:

М2p = m2l + 2/ 2 * d2 + m2d. (33)

По принципу равных влияний полагаем:

m2l = 2/ 2 * d2 = m2d = M2p/3. (34)

При Мp = 0.5 мм на плане получим в масштабе плана. Приняв ошибку построения угла = 30', рассчитаем допустимую длину перпендикуляра d:

в масштабе плана при относительной ошибке его измерения:

md / d = 0.33 мм / 33 м = 1/110.

Для плана масштаба 1: 2 000 расчетная длина перпендикуляра d получается 66 м, а для масштаба 1: 500 - d = 16 м. В Инструкции эти величины заданы 60 м и 20 м соответственно.

Разумеется, при другом значении ошибки допустимая длина перпендикуляра d будет другой. Например, строя угол = 90o "на глаз" ( = 1o), получим d = 16 мм в масштабе плана.

При горизонтальной съемке результаты измерений углов и линий записывают в журнал. Кроме того, прямо в поле составляют схематический чертеж местности - абрис, на котором показывают все пункты съемочного обоснования, контуры, ситуацию местности, записывают результаты измерений, делают пояснительные записи.

По материалам съемки составляют и вычерчивают план участка.

GPS для создания плановой основы

ХХI в., вслед за высокой степенью автоматизации и компьютеризации геодезических приборов, появлением технологии спутникового определения местоположения в ушедшем XX в., ознаменовался развитием мощных дальномерных безотражательных лазеров и лазерных сканирующих устройств.

Наземные съемки с помощью приемников GPS и оптических приборов дают достоверную, непосредственную и самую точную информацию о положении и состоянии объектов для ГИС.

Спутниковые системы определения координат получили широкое распространение в мире. Они развивались по принципу «от простого к сложному». В 70–80 годы прошлого века, когда космические навигационные системы (КНС) ГЛОНАСС (СССР) и GPS (США) только начали эксплуатироваться, определение местоположения с предельными ошибками в десятки метров явилось переворотом в области автономного определения координат. Спутниковые методы действительно проложили дорогу принципиально иным технологиям. В масштабах планеты они характеризуются полным охватом пространства (суши, океанов, воздушного и космического пространства), всепогодностью, высокой надежностью получения результатов и универсальностью. На последнем необходимо остановиться подробнее. Если рассмотреть традиционные методы определения координат (астрономические, геодезические, инерциальные), можно заключить, что любой из них ограничен во времени и пространстве, использует совокупность механических, оптических и электронных устройств. При этом каждый пользователь выбирает свой способ решения задачи с использованием той информации, которой он располагает. Для реализации подобных технологий требуются специалисты высокого класса и широкого профиля.

Спутниковые технологии обладают другими свойствами. Процесс наблюдений (сбор измерений) упростился настолько, что не требует от наблюдателей инженерной подготовки. Спутниковые технологии базируются на использовании радиоэлектронной техники и, по сути, являются исключительно цифровыми. При этом в процессе работы не возникают какие-либо затруднения, связанные с переходом от наблюдательного процесса к вычислительному. И что особенно важно, измерительная информация для всех пользователей является стандартной. Спутники излучают в пространство стандартный радиосигнал, который приемник пользователя воспринимает как задержку (кодовые измерения), сдвиг фазы (фазовые измерения) или иную (служебную) информацию в строго оговоренных (стандартных) форматах. Это позволяет унифицировать аппаратно-программные средства пользователя. Только на заключительной стадии вычислительного процесса стандартная информация преобразуется в многообразие параметров, необходимых конкретному пользователю.

Конечно, достигнутый результат является следствием искусственного происхождения источника информации - космических навигационных систем, но для пользователей это не имеет значения. Ему важен конечный результат: выполнение его запросов, простота в обращении с аппаратно-программными средствами и их приемлемая стоимость. Спутниковые технологии обладают этими качествами, поэтому они занимают лидирующее положение среди технологий определений координат.

Привлечение дифференциального метода положило начало гражданскому применению спутниковых технологий в геодезии, строительстве, земельном кадастре и т. д. Вначале использовали так называемый автономный метод, когда один или группа пользователей устанавливали на пункте с известными координатами базовую станцию, относительно которой в радиусе 15–20 км определяли координаты различных объектов. Но специалисты поняли, что с любых точек зрения (в том числе экономической) выгодней обустроить территорию сетью постоянно действующих базовых (референцных) станций. Тогда новую технологию может применить широкий круг пользователей. Любому пользователю для определения точных координат требуется только один приемник. Возможность такого подхода - в универсальности спутниковых технологий.

SAPOS - основа инфраструктуры государственной Геодезической службы Германии, на территории которой расположен проектируемый участок.

SAPOS (Satellite Positionng Sevice of the German National Survey) предлагает постоянный многофункциональный сервис DGPS - дифференциальной глобальной системы позиционирования, доступный с высокой степенью надежности. Основой системы является сеть стационарных (референцных) станций GPS, на которых проводятся постоянные измерения расстояний до спутников GPS и вычисляются значения поправок. Пользователь получает эти поправки в режиме реального времени в стандартном формате и может на их основе корректировать информацию о местоположении с необходимой точностью. Для гражданских пользователей возможна абсолютная точность в пределах 100 м. Более высокая точность (до метра, дециметра, сантиметра и даже миллиметра) достигается с помощью относительных измерений с одновременным использованием двух приемников GPS в DGPS.

EPS - режим реального времени с точностью до 3 м. Значения поправок передаются по телевизионным каналам ARD на УКВ, каналам Deutsche Telekom AG на длинных волнах и управления геодезии в двухметровом диапазоне в международном стандарте RTCM SC 104. Для использования EPS достаточно иметь приемник GPS и радиоприемник с УКВ/ДВ-диапазонах (или с двухметровым диапазоном и декодером).

HEPS - режим реального времени с наивысшей точностью 1–5 см. Дополнительно к значениям поправок EPS пользователю предоставляются данные о фазах несущей частоты спутникового сигнала в реальном времени и стандартном формате. Поправочные значения передаются по собственным каналам службы управления геодезии в двухметровом диапазоне или по телефону. Формат передачи - международный стандарт RTCM SC (вариант 21). Данные передаются с интервалом 1 с. Необходимо использование декодирующего модуля Комиссии геодезических управлений (Working Committee of the Surveying Authorities of the States of the Federal Republic of Germany) (AdV).

GPPS - режим высокой точности: до сантиметра в режимах «near online» и последующей обработки. Формат передачи - RINEX. Данные можно получить по мобильному телефону «near online». Для последующей обработки возможен обмен данными с помощью телефона и носителей данных. Для работы GPPS достаточно использовать один прибор.

GHPS - режим геодезического определения местоположения с наивысшей точностью - до миллиметра. Пользователь получает результаты непрерывных длительных измерений на референцных станциях GPS в стандартном формате. Прием и обработка сигналов аналогичны режиму GPS. Целесообразно применять точные данные об орбитах, предоставляемые международным GPS-сервисом по геодинамике.

В будущем будет предложена расширенная программа: несколько станций GPS будут работать в сети, что позволит регистрировать ошибки, обусловленные рельефом местности. Пользователь получит значения поправок, зависящие от его местоположения, что значительно повысит надежность и точность измерений.

Проведение официальных геодезических работ в Германии является задачей Федеральных земель. AdV вырабатывает единые правила по вопросам принципиального характера, а также выходящим за пределы одной области. В AdV сотрудничают геодезические управления Федеральных земель и федеральные министерства транспорта, строительства и обороны.

Заключение

В последние годы строительство так называемых уникальных инженерных сооружений потребовало от геодезии резкого повышения точности измерений. Так, при монтаже оборудования мощных ускорителей приходится учитывать десятые и даже сотые доли миллиметра. По результатам геодезических измерений изучают деформации и осадки действующего промышленного оборудования, обнаруживают движение земной коры в сейсмоактивных зонах, наблюдают за уровнями воды в реках, морях и океанах и уровнем грунтовых вод.

Возможность использования искусственных спутников Земли для решения геодезических задач привела к появлению новых разделов геодезии - космической геодезии и геодезии планет. Подтверждаются слова К.Э. Циолковского: "Земля - колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели."

Список литературы

1. Григоренко А. Г., Киселев М. И. Инженерная геодезия.— М.: Высшая школа, 1983.

2. Инженерная геодезия / под ред. С. П. Закатова. - М.: Недра. 1976.

3. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000 - 1:500. – М.: Недра, 1977.

4. Клюшин Е. Б., Михелев Д. Ш., Киселёв М.И., Фельдман В.Д. Инженерная геодезия.— М.: Высш. шк., 2000.

5. Кузнецов П.Н. и др. Геодезия. Топографические съемки. - М.: Недра, 1991.

6. Левчук Г. П., Новак В. Е., Лебедев Н. Н. Прикладная геодезия. Геодезические работа при изысканиях и строительстве инженерных сооружений.— М.: Недра, 1983.

7. Практикум по прикладной геодезии. Геодезическое обеспечение строительст­ва и эксплуатации инженерных сооружений.— М.: Недра, 1993.

8. Прикладная геодезия. Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. Под редакцией Левчука Г.П. – М.: Недра, 1981.

9. Селиханович В.Г. Геодезия. - М.: Недра, 1981.

10. СНиП 3. 01. 03 - 84. Геодезические работы в строительстве. М., 1985.