Розділ 4. Геодезичні вимірювання під час топографічних знімань

4.1. Види геодезичних вимірювань. Принцип проведення топографічних знімань.

Вимірювання - це процес визначення певної величини шляхом порівняння її з іншою величиною, яку приймають за одиницю виміру, застосовуючи спеціальні прилади.

Щоб створити топографічну карту або план, потрібно на земній поверхні провести:

- лінійні вимірювання довжин окремих ліній або лінійних елементів чи предметів місцевості, тобто їх довжину та ширину; віддалі між предметами тощо;

- кутові вимірювання горизонтальних кутів, що утворюють лінійні об’єкти місцевості чи їх елементи і вертикальних кутів, за допомогою яких визначають перевищення точок земної поверхні та їх висоту; кутів орієнтування, потрібних для визначення положення окремих предметів місцевості (і місцевості в цілому) відносно сторін світу.

За даними лінійних і кутових вимірювань визначають планове (на обраній поверхні) та висотне (над поверхнею) положення предметів чи точок місцевості в обраній системі координат. Саме за координатами наносять предмети місцевості на карту (план).

Топографічні знімання проводяться багатьма виконавцями на різних ділянках земної поверхні. Тому виникає проблема зі зведенням результатів розрізнених робіт у єдине ціле зображення. Ця проблема вирішується шляхом створення геодезичної опорної основи, яка охоплює територію перш за все окремої держави. Основа складається з мережі пунктів, значно віддалених один від одного і закріплених на місцевості. Планові і висотні координати таких пунктів визначають з високою точністю. Таким чином, топографічні знімання проводять за принципом «від загального до часткового» : спочатку - створення геодезичної основи, потім – проведення топографічних знімань.

Результати вимірювань, обчислення координат тощо потребують контролю за їх якістю.

4.2. Точність геодезичних вимірювань

Геодезичні вимірювання поділяють на прямі (безпосередні), коли вимірюється саме та величина, яка нас цікавить, наприклад віддаль, кут, і непрямі, коли потрібну величину обчислюють як функцію від виміряних величин, наприклад площа садиби, приріст координат тощо.

Для вимірювань потрібно мати об'єкт вимірювання, прилад або пристрій, за допомогою якого можна порівняти вимірювану величину з одиницею виміру. Вимірювальні прилади, що використовуються в топографо-геодезичній практиці, можна поділити на три основних класи: 1) високоточні, або прецизійні; 2) точні; 3) технічні. Від класу приладів залежить точність вимірювань. На точність впливає також обрана методика вимірювань. Застосування приладів певного класу та методика виконання тих чи інших робіт регламентується інструкціями.

Як правило, вимірювання здійснює людина-виконавець, а саму роботу виконують у певному фізичному середовищі, параметри якого змінюються залежно від пори року і метеорологічних умов. Зміна умов вимірювання також впливає на точність вимірювання.

Розрізняють вимірювання рівноточні та нерівноточні. Рівноточними є вимірювання однорідних величин, виконані приладами одного класу точності, однаковими (або рівноцінними) методами, виконавцями рівної кваліфікації в однакових умовах. У противному разі вимірювання нерівноточні.

Результати вимірювань х, як правило, відрізняються від дійсного значення вимірюваної величини Х. Різницю між результатом вимірювань і дійсним значенням величини називають істинною похибкою , тобто  = х - X. Практично кожному вимірюванню, як би старанно його не виконували, властиві похибки. За походженням похибки поділяють на приладові (інструментальні), особисті, зовнішні, методичні, похибки моделі, або класифікації об’єктів вимірювання.

Приладові похибки зумовлені технологією виробництва приладів та їхніми конструктивними особливостями, фізичним зносом тощо. Причини виникнення цих похибок аналізуються в процесі дослідження приладів і можуть бути частково усунені юстируванням приладів, тобто приведенням їх у належний стан за допомогою певних дій, або введенням поправок в одержані результати (величина поправки вираховується за певними правилами). Особисті похибки пов'язані з фізичними особливостями виконавця. Зовнішні похибки виникають під впливом на прилади зовнішнього середовища: сильного вітру, коливань температури повітря та інших відхилень від тих умов, при яких здійснювалось виготовлення приладів і встановлення їхніх характеристик. Методичні похибки виникають внаслідок нехтування умовами вимірювання і закономірностями їх змін, конструктивними особливостями приладів. Похибки моделі пов'язані з тим, що реальні фізичні об'єкти і процеси з метою спрощення подають у вигляді абстрактних побудов, які лише наближено відображують реальність (класичний приклад: реальну форму Землі уявляємо як кулю або тривісний еліпсоїд). Похибки класифікації виникають тоді, коли на об'єкт вимірювання переносять результати вимірювань інших об'єктів (наприклад, спостереження ведуться на об'єкт А замість об'єкта А).

Вимірювання вважаються придатними, якщо їхні похибки не перевищують деякої допустимої величини. У противному разі вимірювання непридатні, бо містять у собі грубі помилки. Найчастіше грубі помилки є наслідком прорахунків виконавця або методичних, приладових похибок чи похибок класифікації. Грубі помилки можуть бути і в обчисленнях. Якщо таких помилок в обчисленнях немає, то похибка вимірювання складається з двох частин: систематичної похибки, яка входить до результату кожного вимірювання за певним законом, і випадкової похибки, виникнення якої пояснюється статистичними закономірностями. Систематичні похибки, в свою чергу, поділяються на постійні та змінні, тобто на такі, що змінюють або не змінюють виміряну величину чи знак; їх можна виявити і вилучити з результатів вимірювань шляхом використання відповідної методики робіт або введення необхідних поправок. Щоб зменшити вплив випадкових похибок, вимірювання здійснюють декілька разів.