2. Класифікація геодезичних мереж

Створення тріангуляційних мереж на території Росії почалося на початку ХVІІІ століття, але ці мережі будувалися за локальним принципом, тобто в кожному регіоні вони були відокремленими. Суцільне картографування території країни вимагало створення загальної геодезичної мережі. У 1907 році «Спеціальна комісія» вирішила проводити нові роботи незалежно від старих, розвиваючи їх уздовж меридіанів і паралелей. Таке розташування рядів тріангуляції, що створюють великі замкнуті полігони, на думку комісії, повинно було дати міцне обґрунтування для наступних суцільних зйомок. Окрім того, такі ряди можна використовувати як градусні вимірювання для розв’язання наукових задач геодезії – визначення форми і розмірів Землі.

У 1910 році проект був ухвалений та затверджений, і в цьому ж році почалася його реалізація. До 1916 р. під керівництвом І.І. Померанцева проклали ряд трикутників по меридіану Пулково – Миколаїв, який був пов’язаний із градусними вимірюваннями Теннера – Струве по паралелях п’ятьма рядами трикутників. Але роботи були не завершені.

У подальшому всі геодезичні роботи проводились по Основним положенням про побудову державної геодезичної мережі СРСР 1939 р. Згідно із цим положенням була прийнята схема побудови тріангуляції, яка передбачала послідовне визначення геодезичних пунктів І – ІV класів. При розробці схеми ставилась задача забезпечити точність визначення пунктів останнього (четвертого) класу, достатню для того, щоби ці пункти могли служити основою для топографічної зйомки в масштабі 1 : 10 000.

Розвиток народного господарства і потреби оборони країни вимагали значного збільшення точності взаємного положення геодезичних пунктів. У містах і селищах виникла необхідність у визначенні опорних пунктів для топографічних зйомок у масштабах 1 : 500 – 1 : 5 000, а також для інших робіт спеціального призначення. У зв’язку з цим у 1954 – 1961 рр. були розроблені й затверджені нові Основні положення про побудову ДГМ СРСР, згідно з якими попередня схема мережі зазнала значних змін.

За точністю ДГМ поділяється (згідно з Положеннями 1954-61 рр.) на 4 класи.

Мережа 1-го класу є вихідною для побудови мереж других класів. Вона будується з рядів приблизно рівносторонніх трикутників зі сторонами не менше 20 км або ходів полігонометрії зі сторонами 20-25 км. Ряди і ходи розташовуються приблизно за напрямком меридіанів і паралелей через 200-250 км і створюють полігони периметром 800-1000 км. Усередини полігонів 1-го класу будуються суцільні мережі трикутників 2-го класу зі сторонами 7-20 км. У місцях перетинання рядів 1-го класу і в мережах тріангуляції 2-го класу з високою точністю вимірюють базисні сторони довжиною 20-25 км. Замість базисної сторони може вимірюватися геодезичний базис довжиною не менш 5-6 км. У цьому випадку, використовуючи безпосередньо виміряний базис, шляхом побудови спеціальної базисної мережі довжину базисної сторони отримують тригонометричним способом.

На обох кінцях базисної сторони визначаються пункти Лапласа, на яких довгота й азимут отримують з астрономічних спостережень.

Азимутом Лапласа називають геодезичний азимут, отриманий з астрономічного азимута шляхом введення поправки за відхилення вискової лінії по довготі від нормалі до поверхні референц-еліпсоїда у відповідному пункті. Він обчислюється за такою формулою, вперше запропонованою французьким вченим Лапласом (1740-1827 рр.):

А_г = А – (λ – L)sinφ,

де А_г і А – відповідно геодезичний і астрономічний азимути напрямків;

L – геодезична довгота пункту Лапласа;

λ – астрономічна довгота пункту Лапласа;

φ – астрономічна широта пункту Лапласа.

З рівняння видно, що азимут Лапласа можна обчислити за результатами астрономічних і геодезичних робіт.

Азимути Лапласа будуть відповідати своєму призначенню і мати контролююче значення тільки в тому випадку, якщо їх точність буде високою в порівнянні з похибками вимірювання кута в тріангуляції. Тому середні квадратичні похибки астрономічних визначень на пунктах Лапласа не повинні перевищувати ±0.3″ по широті, ±0.03″ по довготі та ±0.5″ по азимуту.

Азимути Лапласа повинні бути обов’язково визначені на двох кінцях однієї і тієї ж сторони, тільки в цьому випадку можна бачити, наскільки вони спотворені дією бокової (горизонтальної) рефракції.

Для визначення висот точок поверхні геоїда над поверхнею референц-еліпсоїда по всіх рядах геодезичної мережі виконують астрономо-гравіметричне нівелювання, визначають астрономічні широти і довготи. Такі астропункти розташовують у середньому через 60 км, виконуючи навколо них детальну гравіметричну зйомку.

Таким чином, результати астрономічних робіт не тільки служать цілям обробки і відомого контролю геодезичної мережі, але й використовуються для вивчення фігури Землі.

Сполучення геодезичних вимірювань і астрономічних визначень перетворюють тріангуляцію і полігонометрію 1-го класу в астрономо-геодезичну мережу.

Астрономо-геодезична мережа у вигляді полігонів 1-го класу надає можливість отримати взаємне положення двох будь-яких сусідніх пунктів тріангуляції з похибкою, яка не перевищує 1:200 000 відстані між ними.

Середні квадратичні похибки вимірювання кутів у тріангуляції 1-го класу не перевищують ±0.7″, а в тріангуляції 2-го класу − ±1″.

Мережі 2-го класу згущуються пунктами 3-го і 4-го класів. Довжини сторін у мережах тріангуляції 3-го класу складають 5-8 км, а в мережах 4-го класу − 2-5 км.

Для підвищення точності визначення взаємного положення пунктів у мережах тріангуляції 2-го класу вимірюються не рідше ніж через 25 трикутників рівномірно розташовані базисні сторони; при цьому одна базисна сторона на кінцях котрої визначаються пункти Лапласа, повинна знаходитись приблизно в середині полігону.

Похибки базисних сторін у геодезичних мережах 2-го класу повинні бути не більше 1:300 000 їх довжини.

Визначення пунктів 3-го і 4-го класів здійснюється відносно пунктів вищих класів вставкою жорстких систем або окремих пунктів, тобто такою побудовою мережі, при якій шукані пункти мали б зв’язок з усіма близькими пунктами вищого і того ж класу.

Найбільш типовими системами тріангуляції при вставках одного – двох пунктів 3-го і 4-го класів є: вставка пунктів у трикутник (рис. 22, а), вставка пунктів у кут (рис. 22, в, г) і центральна система (рис. 22, б).

Рис. 22. Типові фігури при вставці окремих пунктів:

а – вставка пункту в трикутник; б – центральна система;

в – вставка двох пунктів у кут; г – вставка одного пункту в кут

Вимірювання горизонтальних кутів виконується зі середньою квадратичною похибкою, обчисленої за нев’язками трикутників: у мережах 3-го класу – не більше ±1.5″, а в мережах 4-го класу – не більше ±2.0″.

Нев’язки трикутників не повинні перевищувати: 6″ − у тріангуляції з класу і 8″ − в тріангуляції 4-го класу.

Для орієнтування в умовах поганої видимості на кожному пункті ДГМ встановлюються два орієнтирних пункти на віддалі від 500 до 1000 м (у лісі не ближче 250 м).

Щільність пунктів ДГМ звичайно доводилась до одного пункту на 50-60 км², що було достатньо для забезпечення топографічних зйомок у масштабі 1:10 000 і дрібніше.

Згідно з “Основними положеннями створення Державної геодезичної мережі України” (затверджені Постановою Кабінету Міністрів від 8 червня 1998 р. № 844) встановлюються загальні вимоги до принципів побудови і модернізації ДГМ України, обстеження та оновлення її пунктів і математичної обробки результатів вимірювань.

Основні положення передбачають виконання робіт із використанням сучасних супутникових навігаційних систем (GPS), комп’ютерних технологій, а також допускають використання традиційних геодезичних методів.

Вимоги Основних положень обов’язкові для виконання всіма державними органами та особами підприємницької діяльності незалежно від форм власності й підпорядкування.

Складовими частинами ДГМ є планова і висотна геодезичні мережі, пункти яких повинні бути суміщені або мати між собою надійний геодезичний зв’язок.

Планова геодезична мережа складається з:

• астрономо-геодезичної мережі 1-го класу;

• геодезичної мережі 2-го класу;

• геодезичної мережі згущення 3-го класу.

Висотна геодезична мережа складається з:

• нівелірної мережі І та ІІ класів;

• нівелірної мережі ІІІ та ІV класів.

Організаційні і науково-технічні заходи побудови ДГМ України повинні передбачати такі моменти:

Астрономо-геодезична мережа 1-го класу і геодезична мережа 2-го класу створюється згідно з програмою побудови ДГМ, затвердженою Укргеодезкартографією та погодженою з Міноборони.

Координацію науково-технічних заходів і виконання робіт зі створення та модернізації ДГМ, підготовку кадрів і забезпечення підприємств астрономо-геодезичними і гравіметричними приладами та устаткуванням здійснює Укргеодезкартографія.

Програма побудови та модернізації ДГМ передбачає:

• побудову астрономо-геодезичної мережі 1-го класу;

• модернізацію геодезичної мережі 2-го класу;

• побудову та модернізацію геодезичної мережі згущення 3-го класу;

• побудову та модернізацію висотних геодезичних мереж;

• обстеження та оновлення пунктів і знаків геодезичних мереж.

Модернізація ДГМ здійснюється з метою приведення існуючої мережі до однорідної за точністю і достатньою за щільністю пунктів і виконується на тих ділянках, де на основі обстеження пунктів на місцевості і результатів математичної обробки мереж встановлено, що:

• точність раніше виконаних спостережень або врівноважених елементів мережі нижча, ніж вимагають ці Основні положення;

• центри геодезичних пунктів втрачені або щільність пунктів геодезичної мережі недостатня для даного району;

• виявлено деформації земної поверхні внаслідок дії сейсмотектонічних техногенних явищ.

Модернізація геодезичних мереж у районах землетрусів, що відбулися з магнітудою 5 балів і більше, здійснюється в найкоротші терміни, а у вугільних басейнах і районах інтенсивного видобування руд, газу, нафти та інших підземних розробок потреба модернізації обґрунтовується маркшейдерськими даними.

Виробничий цикл побудови ДГМ складається з таких основних видів робіт:

• проектування мережі;

• рекогностування і побудова геодезичних пунктів;

• вимірювання елементів мережі;

• математична обробка вимірів;

• складання каталогів координат і висот геодезичних пунктів та нівелірних знаків.

Середня щільність пунктів ДГМ повинна бути не менше одного пункту на 30 км². Подальше збільшення щільності пунктів ДГМ обґрунтовується розрахунками, виходячи з конкретних завдань топографо-геодезичного забезпечення території.

Для геодезичного забезпечення топографічної зйомки встановлюються такі норми щільності пунктів та реперів ДГМ:

• для зйомок у масштабі 1:25 000 і 1:10 000 – 1 пункт на 30 км² і 1 репер на трапецію масштабу 1:10 000;

• для зйомки у масштабі 1:5 000 – 1 пункт на 20-30 км² 1 репер на 10-15 км²;

• для зйомки у масштабі 1:2 000 і більше – 1 пункт на 5-15 км² 1 репер на 5-7 км².

Для топографічної та кадастрової зйомки в масштабі 1:2 000 і більше на доповнення до пунктів ДГМ визначаються пункти розрядних геодезичних та знімальних геодезичних мереж.

У разі використання супутникових геодезичних методів для визначення пунктів знімальних мереж можливе обґрунтоване зменшення щільності пунктів ДГМ.

Проектування геодезичних мереж виконується з урахуванням усіх раніше виконаних робіт.

Місця побудови геодезичних пунктів обирають в такий спосіб, щоб забезпечувалось їх збереження та стійкість центрів у плані і за висотою протягом тривалого часу і щоб їх було зручно використовувати в практичній діяльності.

Типи центрів вибираються з урахуванням фізико-географічних умов району робіт, глибини промерзання ґрунтів, гідрогеологічного режиму та інших особливостей місцевості.

Нівелірні мережі І та ІІ класів є головною висотною основою країни, яка встановлює єдину систему висот на всій території України, а також служить для вирішення наукових завдань.

Нівелірні мережі ІІІ та ІV класів створюється з метою згущення висотної основи для забезпечення топографічної зйомки всіх масштабів та вирішення інженерних завдань.

Нівелювання І класу виконується з найвищою точністю, яка досягається завдяки використанню найбільш сучасних приладів та методик спостережень з якомога повнішим виключенням систематичних помилок.

Нівелювання І класу здійснюється повторно за тими ж лініями не рідше ніж через 25 років, а сейсмоактивних районах – через кожні 15 років.

Нівелірна мережа ІІ класу створюється всередині полігонів І класу окремими лініями або системами з вузловими точками, утворюючи полігони з периметром 400 км.

Нівелювання ІІ класу виконується з точністю, яка забезпечує отримання нев’язок у ходах та полігонах, за абсолютною величиною не більших ніж 5 мм √L, де L – периметр полігону або довжина ходу в км.

Лінії нівелювання І та ІІ класів прокладаються переважно вздовж залізниць та автомобільних шляхів, а в разі необхідності – вздовж великих річок та інших трас з найбільш сприятливими ґрунтовими умовами і найбільш складним рельєфом.

У лінії нівелювання І та ІІ класів, які примикають до морів або прокладаються вздовж великих річок, водосховищ, озер, обов’язково включають основні й робочі репери, нулі рівневих рейок вікових і постійних морських, річкових та озерних рівневих постів.

Лінії нівелювання ІІІ класу прокладаються всередині полігонів ІІ класу так, щоб утворювались полігони з периметром 60-150 км.

Для забезпечення топографічної зйомки у масштабі 1:5 000 і більше лінії нівелювання ІІІ класу прокладаються з розрахунком створення полігонів із периметром до 60 км.

Нівелювання ІІІ класу виконується з точністю, яка забезпечує отримання нев’язки в ході чи полігоні величиною не більше 10 мм √L, де L – довжина ходу або периметр полігона в км.

Нівелювання ІV класу є згущенням нівелірної мережі ІІІ класу. Його виконують ходами довжиною не більше 50 км із точністю, яка забезпечує отримання нев’язки в ході чи полігоні величиною не більше 20 мм √L, де L – довжина ходу або периметр полігона в км.

Виміряні різниці висот пунктів нівелювання І і ІІ класів слід виправляти поправками за непаралельність рівневих поверхонь.

Нівелірні мережі всіх класів закріплюються на місцевості реперами та марками, які закладаються не рідше ніж через 5 км (по трасі), у важкодоступних районах відстань між ними може бути збільшена до 7 км.

На всіх лініях нівелювання І і ІІ класів не рідше ніж через 60 км, а також у вузлових точках, поблизу морських, основних річкових та озерних рівневих постів закладаються фундаментальні репери.