1.3.1. Съемка местности электронным теодолитом.

В зависимости от типа применяемой электронной геодезической техники создание съемочного обоснования, съемочные работы и разбивка сооружений может выполняться: традиционным методом (см. выше), методом решения прямой геодезической задачи и комбинацией обратной геодезической засечки с решением прямой геодезической задачи.

Съемка в режиме решения прямой геодезической задачиэлектронным теодолитом с запоминающим устройством в виде флеш-карты заключается в том, что планово высотное обоснование и съемка местности выполняется в логичной последовательности событий. Исходными данными являются пункты триангуляции или полигонометрии, закрепленные на местности и имеющие координаты и высоты. На такой пункт (точку), например А, устанавливается теодолит в рабочее положение. С клавиатуры вводятся координаты (X_А,Y_А) и высота (H_А) этой точки, а также высота теодолита (i_А) над точкой и высота установки отражателя (l_А) над землей. Трубу теодолита наводят на смежную точку, например В, которая также имеет координаты (X_В,Y_В).

Рис. 2. Свободная сеть полигонов

С

_А1

10

1(X, Y)

11

А(X, Y)

9

15

2

13

12

14

8

16

3

₅₄

4 (X, Y)

6

7

5 (X, Y)

Рис. 3. Несвободная сеть полигонов

2

3

1

6

4

5

Рис. 4. Сеть треугольников (центральная система)

4

5

а)

2

3

6

1

7

8

1

2

б)

3

4

Рис. 5. Геодезическое построение планового обоснования

а) цепочка треугольников; б) геодезический четырехугольник

С клавиатуры вводят либо координаты смежной точки, либо дирекционный угол (α_АВ) этого известного направления. Включают режим ориентирования теодолита и устанавливают режим работы теодолита – прямая задача. В случае необходимости съемки с точки А (точка А является станцией) рабочий с отражателем направляется на съемочную точку № 1 (пикет – точка контура или рельефа). На отражатель наводят теодолит и включают режим измерений. На индикаторе высветятся координатыX₁,Y₁, и высотаH₁, которые вычисляются по формулам программного обеспечения теодолита. Эти формулы имеют следующий вид:

d₁=D₁Cosν₁; (7)

α_А1 = α_АB + β_{Л 1}– 180°; (8)

X₁ = X_A + d₁ * Cos α_А1; (9)

Y₁ = Y_A + d₁ * Sin α_А1; (10)

H₁ = H_A + D₁*Sin ν₁ + i_А - l_А, (11)

где D₁– расстояние от теодолита до отражателя, измеренное лазерным дальномером на точку 1;ν₁– угол наклона, измеренный при визировании на точку 1;

β_{Л 1} – горизонтальный угол, измеренный от направления ориентирования теодолита до направления при визировании на точку 1 по направлению хода часовой стрелки.

Эти координаты записывают в память флеш-карты и действия повторяют для всех съемочных точек.

Если съемка с точки А закончена, то намечают переходную точку теодолитного хода. (Применяют сквозную нумерацию съемочных пикетов и переходных точек). На эту точку устанавливают отражатель и выполняют действия режима работы – прямая задача. Координаты и отметку переходной точки записывают в журнал измерений. Снимают теодолит и переносят его на переходную точку. Эта точка становиться станцией, на которой выполняют действия по установке теодолита в рабочее положение и ориентированию его на предыдущую станцию. Далее выполняют съемку по методике описанной выше. Такие действия выполняют на всех станциях.

При завершении съемочных работ теодолитный ход, состоящий из переходных точек (станций), должен быть закончен на точке (пункте), координаты и высота которой известны. Например, на пункте полигонометрии или триангуляции с координатами X_С',Y_C' и высотойH_C'. В этом случае измерениями с предыдущей станции получают координаты и высоту этой точки,X_С,Y_C,H_C. Завершают измерения на пункте С измерением угла β_Лпри ориентировании теодолита на предыдущую станцию и на пунктDс известным дирекционным углом α_CD'. По формуле (8) вычисляют дирекционный угол α_CD. Запускают режим уравнивания измеренных углов, координат и высот станций. При этом программное обеспечение теодолита работает по следующим формулам:

f_β= α_CD- α_CD', если , см. формулу (3), то на индикаторе высвечивается запись “недопустимая угловая невязкаf_β= ? ”;

если , тоβ_i=β_i+(-f_β/n), α_i+1 = α_i + β_i– 180°;

f_x =X_С-X_С',f_y =Y_С-Y_C' ,;

если f_абс/∑d≥ 0.0005, то на индикаторе высвечивается запись “недопустимая линейная невязкаf_x = ? ;f_y = ? ”; еслиf_абс/∑d≤ 0.0005, то

X_i+1=X_i+ d_i*Cosα_i+ ;Y_i+1=X_i+d_i*Sinα_i+

f_H=H_C-H_C' ; еслиf_H ≥, то на индикаторе высвечивается запись “недопустимая высотная невязка f_H= ”;

если f_H ≤, тоH_i+1=H_i+D_i*Sinν_i+i_i–l_i+ .

После уравнивания координат и высот точек теодолитного хода автоматически пересчитываются координаты и высоты пикетных точек. Каталог координат и высот точек представляет собой цифровую модель местности.

Преобразование цифровой в аналитическую модель местностиосуществляется на компьютере по специальной программе, напримерCREDO. Аналитическая модель дорабатывается до получения компьютерной версии плана местности. Для этого используются полевые записи о характеристике пикетных точек: точка контура, точка рельефа. Рисовка контурной части плана осуществляется в соответствии с условными знаками. Рисовку рельефа местности выполняют, используя специальные компьютерные программы, которые работают в аппрокимационном или интерполяционном режиме.

Съемка в режиме решения обратной геодезической засечкиэлектронным теодолитом с запоминающим устройством в виде флеш-карты может иметь, как самостоятельный характер, так и при досьемке тех участков местности, которые по каким либо причинам были пропущены. При этом осуществляется следующая последовательность действий. Теодолит в рабочее положение устанавливается в произвольной точке, с которой удобно выполнять съемку местности или пропущенный участок. При этом необходимо чтобы была прямая видимость не менее чем на три точки, координаты которых известны. Дальнейший порядок работы аналогичен, тому который используется при определении координат методом обратной засечки и съемке местности в режиме решения прямой геодезической задачи.

2. Спутниковые методы геодезических измерений

Общие положения.В настоящее время имеют место две спутниковые системы определения координат точек земной поверхности. Это Российская система ГЛОНАС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) и американская системаNAVSTARGPS. С учетом обеспечения специальных поправок в спутниковые измерения точность определения приращений координат составляет не более 5 мм. При этом точность определения координат одиночного приемника составляет 10 –  100 м. То есть с очень высокой точностью устанавливаются относительные координаты и расстояния между точками и грубо устанавливаются сами значения координат.

Спутниковые системы состоят из трех сегментов: космического, контроля и управления и сегмента пользователя (приемник сигналов). Космический сегмент состоит из 21-о действующего и 3-х запасных спутников. Высота их над Землей и орбиты движения рассчитаны таким образом, что с каждой точки поверхности Земли видно не менее 4-х спутников. Сегмент контроля и управления состоит из взаимосвязанных стационарных элементов: центра управления, контрольных станций, командных станций слежения, квантово-оптических станций, которые обеспечивают работу бортовых систем спутников. Станции слежения принимают все сигналы проходящих над ними всех спутников, вычисляют расстояния до спутников, измеряют местные метеорологические параметры и передают информацию на главную станцию контроля. Приемники сигналов пользователя, которые используют геодезисты, принимают эти сигналы и путем специальных вычислений с учетом обработки информации получают криволинейные координаты (геодезические широту и долготу).

Следует отметить, что для исключения несанкционированного использования системы NAVSTARGPSв эфемериды спутников умышленно вносятся искажения. Для исключения этих искажений используется специальныйP-код. В этом случае точность определения координат точек Земли составляет 10 – 20 м. ОбычныйGPS-приемник, работающий без доступа кP-коду, может установить координаты точки с предельной погрешностью 150 – 200 м. В системе ГЛОНАС искажения не допускаются (С/А код), поэтому любой пользователь может установить координаты точки с предельной погрешностью 20 м.

В геодезии применяются приемники:

С/А код + фазовые измерения на частоте L₁;

С/А код + фазовые измерения на частоте L₁иL₂;

В отдельных случаях при доступе P-коду приемник может работать в системе:

С/А код + P-код + фазовые измерения на частотеL₁иL₂.

Рис. 6. Структурная схема приемника

1. Антенна и предусилитель;2. Идинтификатор сигналов и распределение частот по каналам;3. Микропроцессор для управления работой приемника; 4. Расшифровка принятой информации, вычисление абсолютных координат и поправок в часы приемника, выполнение фазовых измерений;5. Кварцевый генератор; 6. Дисплей и панель управления; 7. Блок памяти для записи, накопления и хранения информации; 8. Блок питания.

Способ спутниковых измерений сводится к определению расстояния (псевдодальности) от спутника до точки, на которой установлен приемник. Псевдодальность D' устанавливают по формуле

D' = (T_П– Т_С)v, (12)

где T_П– момент приема сигнала на Земле; Т_С- момент излучения сигнала спутником;

v– скорость распространения электромагнитных волн.

Расстояние между спутником и приемником на момент измерений устанавливают по формуле

D+δtv= (T_П– Т_С)v,

или , (13)

где X_C,Y_C,Z_C– координаты спутника на момент измерений;X_П,Y_П,Z_П– координаты приемника на момент измерений;δt– поправка на точность хода часов спутника и приемника.

В уравнении (13) неизвестными являются координаты приемника. Координаты спутника на момент измерения устанавливают по известной траектории движения этого спутника по орбите. Для определения неизвестных необходимо иметь, как минимум, четыре уравнения. Эти уравнения получают при одновременных измерениях на четыре спутника. Решением системы четырех уравнений получают искомые значения координат приемника. При этом используют метод наименьших квадратов.

Режим наблюдений.Как уже отмечалось абсолютная и относительная точность измерений координат точек Земной поверхности при использовании спутниковых измерений различается на порядок. Поэтому в практике геодезических измерений чаще используют относительные измерения как наиболее точные. Существуют несколько режимов относительных измерений, которые, в свою очередь подразделяются на две группы: статические и кинематические. При этом всегда один из приемников устанавливают на пункт с известными координатами, а другие - на определяемых точках.

Статический режимизмерений как наиболее точный является основным при привязке трассы дороги к пунктам государственной сети. Однако требует достаточно больших затрат времени. Измерение относительных координат одного пункта составляет от 40 минут до нескольких часов. Продолжительность измерений зависит от необходимой точности получения относительных координат точек, числа и расположения в пространстве наблюдаемых спутников, состояния ионосферы Земли и др.

Режим быстрой статики, при котором время наблюдений сокращается до 10 – 15 минут. Информацию о завершении измерений получают от приемника при достаточном количестве информации. Для исключения больших (грубых) погрешностей из результатов измерений практикуют перестановкуGPS-приемников, которые устанавливают на пунктах с известными координатами и на определяемые пункты.

Режим кинематикипредполагает выполнение измерений на стационарном пункте с известными координатами и передвижным (роверным, англ.rover- скиталец )GPS-приемником. Для инициализации приемники устанавливают на расстоянии 2 – 3-х метров друг от друга и выполняют измерения в течение 15 – 20 минут. Затем с роверным приемником, переключенным в режим кинематики, перемещаются поочередно на определяемые пункты. Время измерений на этих пунктах 15 – 20 минут. Во время движения от одного пункта к другомуGPS-приемник должен быть включен и отслеживать те же спутники, которые фиксируютсяGPS-приемником на стационарной точке. Завершение наблюдений роверным приемником осуществляют на точке инициализации.

Кинематика “в полете”– режим измерений при исключении события инициализации приемников. Этот режим применяется в том случае, если есть уверенность в том, что имеет место непрерывный (в течение 20 минут) и устойчивый прием сигнала не менее чем с четырех спутников.

Преобразование координат.При спутниковых измерениях появляется необходимость пересчета полученных координат (GPS– в системеWGS-84, ГЛОНАС – в ПЗ-90) в прямоугольные координаты систем СК-42 или СК-65. В этом случае необходимо знать параметры преобразования, к которым относятся: координаты смещения начал систем координат, углы разворота осей координат и масштабный коэффициент.