10555

61

12.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕПРИСТУПНОГО РАССТОЯНИЯ И ВЫСОТЫ СООРУЖЕНИЯ

Такая задача возникает при определении расстояния между точками А и В местности, разделенными преградой (река, овраг и др.) и при определении высоты сооружения, когда измерить эти величины непосредственно нельзя или нечем.

Для определения горизонтального проложения АВ = d через водную или иную преграду, когда в распоряжении имеютcя только теодолит и рулетка, поступают следующим образом:

1. Закрепляют на местности дополнительную точку С так, чтобы треугольник АВС был по возможности близок к равноcтороннему.

2. Измеряют расстояние АС и определяют его горизонтальное проложение b, учитывая все необходимые поправки. Эта операция носит название «раз-

Для определения высоты Н сооружения измеряют углы наклона ν1 и ν2

на верхнюю и нижнюю точки сооружения. Зная горизонтальное проложение d , вычисляют частные высоты:

h1 = dtgν1 и h2 = dtgν2 ,

по которым находят общую высоту сооружения:

Н = h1 ± h2 = d(tgν1 ± tgν2),

придерживаясь правила: если углы наклона имеют один и тот же знак, то в скобках будет знак «минус»; если углы ν1 и ν2 разного знака, то в скобках – знак «плюс».

62

13. ПОНЯТИЕ О ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ

На всей территории страны равномерно распределены и надежно закреплены пункты, координаты которых X , У и высоты Н определены методами высшей геодезии. Эти пункты составляют государственную геодезическую сеть ГГС: плановую и высотную. Плановая и высотная ГГС подразделяются на четыре класса. Координаты и высоты пунктов определяют по принципу перехода от общего к частному. Вначале определяют с наивысшей степенью точности координаты пунктов в сети 1 класса, расстояние между которыми от 20 до 25 км. Затем такую сеть сгущают пунктами сети 2 класса, определяя координаты этих пунктов от пунктов 1 класса. Затем строят сети 3 и 4 класса от пунктов высших классов.

Такое сгущение приводит к тому, что расстояние между пунктами сокращается в среднем до 5 км. Однако этого не достаточно для решения задач инженерной геодезии.

Дальнейшее сгущение плотности пунктов ГГС достигается построением сетей местного значения 1-го и 2-го разрядов и съёмочными сетями. Координаты пунктов ГГС и сетей сгущения определяют методами триангуляции, три-

латерации и полигонометрии.

13.1. ТРИАНГУЛЯЦИЯ, ТРИЛАТЕРАЦИЯ, ПОЛИГОНОМЕТРИЯ

Метод триангуляции заключается в том, что построение геодезической сети осуществляется в виде примыкающих друг к другу треугольников 1– 2– 4, 2– 3– 4, 3– 4– 5 и т. д. В каждом треугольнике измеряют все три угла. Зная длину хотя бы одной стороны, например, 4– 5, которая называется базисом, вычисляют по теореме синусов длины всех других сторон.

Координаты одного из пунктов и азимут одной из сторон определяют из астрономических наблюдений. По этим данным вычисляют координаты других пунктов.

Метод трилатерации заключается в том, что в треугольниках измеряют не углы, а все их стороны. Значения углов, а затем и координат вершин треугольников получают путем вычислений.

Метод полигонометрии предусматри-

вает измерение горизонтальных углов и длин сторон между геодезическими пунктами.

Полигонометрические ходы, служащие для создания съёмочного обоснования, называются просто теодолитными ходами (как теодолитный ход в РГР

№1).

63

Абсолютные высоты точек государственной нивелирной сети определяются методом нивелирования I, II, III и IV классов. Сгущение государственной нивелирной сети осуществляется техническим нивелированием.

Пункты ГГС закрепляются на местности постоянными центрами и реперами, которые подразделяются на грунтовые и стенные. Для взаимной видимости между геодезическими пунктами устанавливают над их центрами временные или постоянные геодезические знаки: вехи, пирамиды, сигналы.

13.2. СПУТНИКОВЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК

Спутниковые методы определения координат точек земной поверхности предусматривают использование (вместо неподвижных геодезических пунктов) движущихся по орбите искусственных спутников Земли (ИСЗ), координаты которых можно определить на любой момент времени.

Для этих целей созданы так называемые Спутниковые Навигационные Системы (СНС). Они представляют собой специальный комплекс космических и наземных технических средств, оснащённых программным обеспечением и соответствующими технологиями. Каждая система состоит из трёх самостоятельных подсистем, носящих название сегменты: космический сегмент,

сегмент управления и сегмент пользователей (аппаратура потребителей).

Спутниковые навигационные системы: NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС

Космический сегмент состоит из двух спутниковых систем: российская ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) и американ-

ская NAVSTAR GPS (NAVigation System with Time And Ranging, Global Positioning System, т. е. навигационная спутниковая система измерения времени и местоположения или глобальная система позиционирования). В настоящее время любую СНС называют GPS. Российская и американская GPS состоит (каждая) из 24 ИСЗ, орбиты которых практически круговые и расположены в

64

трех орбитальных плоскостях (для ГЛОНАСС) и в шести (для NAVSTAR) на расстоянии около 26 тысяч км от центра Земли. Каждый спутник имеет на борту: солнечные батареи, несколько атомных часов, двигатели корректировки орбиты, приемо-передающую аппаратуру, компьютер. Спутники постоянно транслируют на Землю координатные радиосигналы и навигационные сообщения. Такое количество ИСЗ и их расположение обеспечивает прием сигналов как минимум от четырех спутников в любой части Земли.

Сегмент управления (наземный сегмент) ГЛОНАС состоит из: центра управления системой (Москва), группы станций слежения (Санкт-Петербург, Воркута, Якутск, Петропавловск-Камчатский, Уссурийск, Улан-Удэ, Енисейск) и ряда других станций.

Сегмент пользователей состоит из комплекса аппаратно-программных средств, реализующих основное назначение GPS – определение координат точек. Измерив из некоторой точки Земли расстояния как минимум до четырех навигационных спутников (которые играют роль подвижных геодезических пунктов), вычисляют координаты этой точки путем решения обратной линейной засечки.

Основной принцип определения расстояний до навигационных спутников заключается в измерении времени, за которое радиосигнал спутника достигает приемника на Земле и в последующем вычислении по этому времени искомого расстояния. По конструктивным особенностям различают одноканальные, двухканальные и многоканальные приемники GPS , которые, в свою очередь, могут быть одноили двухчастотные. По точности определения координат приемники GPS делятся на три класса: навигационный класс с точностью определения координат 150–200 м; класс картографии и ГИС точности 1–5 м; геодезический класс точности до 1 см.

13.3. ПОНЯТИЕ О ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Геоинформационная система (ГИС) представляет собой автоматизированную систему, базирующуюся на последних достижениях науки и техники в области информатики, космической навигации, электронной тахеометрии, стереофотограмметрии, и др. Она предназначена для получения, хранения, обновления, визуализации различной информации, связанной с картографированием, изысканиями, проектированием, строительством и эксплуатацией инженерных объектов, а также с диагностикой, паспортизацией, экономикой, экологией, сервисом, демографией, безопасностью и т. п.

С точки зрения функционального назначения ГИС можно рассматривать

как:

систему управления разнообразными объектами (земельные угодья, природные ресурсы, городские хозяйства, транспорт, экология и т. д.);

66

Горизонтальная съёмка. В результате такой съёмки получают контурный план, на котором изображены только предметы и контуры местности (см. РГР №1).

Вертикальная съёмка. В результате такой съёмки получают план, на котором горизонталями изображен рельеф участка местности (см. лабораторную работу №1 или РГР №3).

Топографическая съёмка – это совокупность горизонтальной и вертикальной съёмок, в результате которых на плане (карте) получают изображение предметов, контуров и рельефа местности.

Геодезическую съёмку производят с точек съёмочного обоснования, закрепленных на местности, координаты X , У которых и высоты Н известны. С каждой такой точки простым теодолитом можно произвести съёмку расположенного вокруг неё участка в радиусе до 200 м. Поэтому для съёмки больших участков или на застроенной территории необходимо иметь достаточное количество точек съёмочного обоснования, которые формируют съёмочную сеть. Точки такого съёмочного обоснования закрепляют на местности временными центрами – кольями, столбами, штырями.

Различают следующие основные виды съёмок: теодолитная, тахеометрическая, нивелирование поверхности, фототопографическая. Каждая из перечисленных съёмок включает в себя полевые и камеральные работы, которым предшествует рекогносцировка, предусматривающая знакомство с объектом съёмки и составление или уточнение методики её производства.

Специальные виды съёмок предусматривают использование трёхмерных лазерных сканеров наземного или воздушного базирования, а также спутниковых приёмников.

14.1. ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА

Это горизонтальная съёмка предметов и контуров местности.

Полевые работы:

1. Закрепление на местности точек съёмочного обоснования (это точки 1, 2, 3, 4 и 5 в РГР №1).

2.Измерение углов и расстояний между съёмочными точками (проложение теодолитного хода).

3. Съёмка предметов и контуров местности различными способами:

∙ способ прямоугольных координат (иначе способ перпендикуляров).

Для построения перпендикуляров, длина которых превышает 4–8 м в зависимости от масштаба плана, применяются специальные приборы – эккеры;

∙способ угловых и линейных засечек;

∙способ полярных координат;

∙способ створов;

69

причем обратим внимание, что при i = v, hT6 = h6, что приводит к упрощению вычислений. Поэтому при измерении угла наклона ν стремятся визировать на деление рейки, соответствующее высоте инструмента i.

3. Построение плана тахеометрической съемки.

Как было показано выше, электронные тахеометры позволяют непосредственно определять горизонтальные проложения d и превышения h или сразу получать информацию о пространственном положении снимаемых точек, то есть их координаты Х, У и высоты Н . Получаемая информация может вводиться в память полевого или базового компьютера для её автоматической обработки и построения топографического плана на графопостроителе.

14.3. НИВЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

Такое нивелирование может относиться к вертикальной или топографической съёмке в зависимости от того, что снимают: только рельеф или рельеф и ситуацию.

Полевые работы:

Они заключаются в том, что на местности разбивают, например, с помощью теодолита и рулетки сеть точек – квадратную или прямоугольную. Вершины квадратов закрепляют колышками. Сторона больших квадратов обычно 100 м. Их, при необходимости, разбивают на более мелкие квадраты. Параллельно с разбивкой ведут съёмку предметов и контуров местности способом перпендикуляров и створов, составляя абрис такой съёмки.

Затем производят геометрическое нивелирование вершин квадратов с одной или нескольких станций.

На данной схеме 3 станции, где точки 8, 14 и 12 являются связующими для смежных станций и эти точки формируют опорный нивелирный ход, который «привязывают» к ближайшему реперу. Результаты нивелирования записывают в нивелирный журнал или непосредственно на схему квадратов.

Камеральные работы:

С ними студенты детально знакомятся в процессе выполнения РГР №3. Эти работы заключаются в следующем:

1. Обработка и уравнивание опорного нивелирного хода. 2. Вычисление отметок связующих (8, 14, 12) точек.

70

3. Вычисление отметок промежуточных точек.

4. Построение плана нивелирования поверхности.

Отметим, что существуют другие способы нивелирования поверхности: нивелирование по параллельным линиям, нивелирование по полигонам.

14.4. ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА

Она подразделяется на наземную фотосъёмку с использованием фототеодолитов (или специальных цифровых камер) и на аэрофотосъёмку с помощью аэрофотоаппарата, установленного на борту самолёта, вертолёта (или другого летательного аппарата).

Аэрофотосъёмка выполняется с высот 700 – 5000 м. Вдоль маршрута залёта самолёта местность фотографируется через определенный интервал времени так, чтобы два соседних снимка перекрывались примерно на 60%. Поперечное перекрытие между соседними параллельными маршрутами должно быть около 30%. Расстояние В, которое пролетит самолёт между двумя экс-