высшая геодезия

1)ГГС, созданная по состоянию на 1995 год, объединяет** в одно целое: - астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (далее - АГП КГС); - доплеровскую геодезическую сеть (далее - ДГС); - астрономо-геодезическую сеть (далее - АГС) 1 и 2 классов; - геодезические сети сгущения (далее - ГСС) 3 и 4 классов. Пункты указанных построений совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи. Государственная геодезическая сеть* (далее - ГГС) представляет собой совокупность геодезических пунктов, расположенных равномерно по всей территории и закрепленных на местности специальными центрами, обеспечивающими их сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени. ГГС включает в себя также пункты с постоянно действующими наземными станциями спутникового автономного определения координат на основе использования спутниковых навигационных систем с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме, близком к реальному времени.  Плотность пунктов ГГС 1, 2, 3 и 4 классов, как правило, составляет не менее одного пункта на 50 кв. км*. На пунктах геодезических сетей 1, 2, 3 и 4 классов в соответствии с "Инструкцией о построении государственной геодезической сети Союза ССР", М., Недра, 1966 г., определены по два* ориентирных пункта с подземными центрами. Существующая плотность ГГС при условии применения современных спутниковых и аэросъемочных технологий обеспечивает решение задач картографирования и обновления карт всего масштабного ряда до 1:500* для городов и 1:2000* для остальной территории.

2) Государственная геодезическая сеть, создаваемая в соответствии с настоящими "Основными положениями", структурно формируется по принципу перехода от общего к частному* и включает в себя геодезические построения различных классов точности: - фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС), - высокоточную геодезическую сеть (ВГС), - спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1)*. В указанную систему построений вписываются также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1...4 классов. На основе новых высокоточных пунктов спутниковой сети* создаются постоянно действующие дифференциальные станции с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме, близком к реальному времени. Высший уровень в структуре координатного обеспечения территории России занимаетфундаментальная астрономо-геодезическая сеть*. Она служит исходной геодезической основой для дальнейшего повышения точности пунктов государственной геодезической сети. ФАГС практически реализует геоцентрическую систему координат в рамках решения задач координатно-временного обеспечения (КВО). ВГС представляет собой опирающееся на пункты ФАГС*, однородное по точности пространственное геодезическое построение, состоящее из системы пунктов, удаленных один от другого на 150...300 км. Пункты ВГС определяются относительными методами космической геодезии, обеспечивающими точность взаимного положения со средними квадратическими ошибками, не превышающими 3 мм + 5 х 10^-8D (где D - расстояние между пунктами) по каждой из плановых координат и 5 мм + 7 х 10^-8D по геодезической высоте. Каждый пункт ВГС должен быть связан измерениями со смежными пунктами ВГС и не менее чем с тремя ближайшими пунктами ФАГС. В исключительных случаях на труднодоступных территориях допускается отсутствие связей между смежными пунктами ВГС при условии их связи с большим количеством близких пунктов ФАГС и использовании наблюдений большей продолжительности. На пунктах ВГС выполняются определения нормальных высот и абсолютных значений ускорений силы тяжести. Периодичность этих определений устанавливается Роскартографией в зависимости от ожидаемых изменений измеряемых характеристик. Для связи существующей сети с вновь создаваемыми геодезическими построениями определяется взаимное положение пунктов ФАГС и ВГС с ближними пунктами АГС со средней квадратической ошибкой, не превышающей 2 см по каждой координате. Для связи с главной высотной основой пункты ВГС привязываются к реперам нивелирной сети I...II классов или совмещаются с реперами соответствующих линий нивелирования. СГС-1 может строиться отдельными фрагментами. В каждый фрагмент должны включатьсявсе пункты ВГС и ФАГС*, попадающие в область, перекрывающую фрагмент на треть расстояния между смежными пунктами ВГС на данной территории. Средняя квадратическая ошибка определения положения пунктов СГС-1 относительно ближайших пунктов ВГС и ФАГС не должна превышать 1...2 см* в районах с сейсмической активностью 7 и более баллов и 2...3 см в остальных регионах страны. Нормальные высоты должны определяться на всех пунктах СГС-1, либо из геометрического нивелирования с точностью, соответствующей требованиям к нивелирным сетям II...III классов, либо из спутникового нивелирования как разности геодезических высот, определяемых относительными методами космической геодезии, и высот квазигеоида.

3) Для решения различных задач, связанных с осуществлением хозяйственной деятельности на территории государства или его субъектов, приходится, в силу ряда причин, использовать разные системы координат (Рис.1), каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Существует несколько классификаций систем координат. С одной стороны имеются системы геодезических пространственных, прямоугольных пространственных, плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера. Система геодезических пространственных координат связана с поверхностью эллипсоида вращения, принимаемого за модель Земли. Положение любой точки пространства в этой системе будет однозначно определяться тремя координатами: геодезической широтой B, геодезической долготой L и геодезической высотой HГ. Тремя координатами (X, Y, Z) определяется положение любой точки и в системе прямоугольных пространственных координат.

Рис. 1. Основные системы координат, используемые в геодезии

Эта система не связана с поверхностью модели Земли и поэтому используется при математической обработке результатов спутниковых наблюдений (например, для определения координат точки с помощью спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS).

Однако основной системой координат для выполнения геодезических, инженерно-геодезических и топографических работ, межевания земель и ведения земельного кадастра и осуществления других специальных работ является система плоских прямоугольных координат. Она всегда связана с тем или иным математическим законом (проекцией) изображения поверхности эллипсоида вращения на плоскости. На территории Российской Федерации используется проекция Гаусса-Крюгера.

В любой проекции поверхность модели Земли должна делиться на участки (обычно они называются зонами), которые изображаются на плоскости независимо друг от друга. Граничными линиями зон в проекции Гаусса-Крюгера являются геодезические меридианы. Размеры зон по долготе в принципе могут быть любыми. Обычно используются шести и трех градусные зоны. Меридиан, проходящий посредине зоны, называется осевым. Изображения осевого меридиана и экватора эллипсоида на плоскости принимаются за координатные оси, а точка их пересечения за начало системы действительных плоских прямоугольных координат. При этом ось абсцисс направлена на север, а ось ординат на восток.

Таким образом, в каждой зоне имеется своя система координат. Для того, чтобы различать зоны необходимо знать либо ее номер, присвоенный заранее, либо долготу ее осевого меридиана L0. Для выполнения взаимных преобразований координат из одной системы в другую с необходимой точностью в геодезической литературе имеются строгие формулы, которые позволяют решать эти задачи на любом эллипсоиде вращения. Для выпол-нения вычислений (переходов, изображенных вертикальными стрелками на рис. 1) необходимо использовать параметры применяемого эллипсоида вращения ( a, e 2 ) и долготу осевого меридиана L0 выбранной зоны.

С другой стороны каждая из перечисленных систем координат может быть общеземной и государственной. Примерами общеземных систем координат являются в настоящее время системы ПЗ-90.02 (ранее ПЗ-90) и WGS-84, а государственных - СК-42 и СК-95. Для горизонтальных связей между системами (рис.1) также имеются специальные формулы. Однако числовые значения параметров преобразования систем СК-42 и ПЗ-90 известны с недостаточной для решения многих задач точностью. Это явилось одной из причин ввода на территории России новой единой государственной системы координат 1995 года (СК-95). Новая система координат введена постановлением №586 Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 года и обязательна при осуществлении геодезических и картографических работ начиная с 1 июля 2002 года.

Кроме этого система плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера может быть местной. Под местной системой понимается такая система координат, в которой начало отсчета координат и ориентировка осей координат смещены по отношению к началу отсчета и положению координатных осей в единой государственной системе координат. В свою очередь внутри систем местных плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера можно выделить две группы: региональные (СКР) и собственно местные (СКМ).

Региональными плоскими прямоугольными координатами Гаусса-Крюгера (СКР) следует считать те, которые реализуются в нескольких зонах на территории субъектов Российской Федерации, а местными те, которые вводятся на территории населенных пунктов, строительных площадок и т. п. и реализуются в одной зоне.

В последующих разделах методических указаний рассмотрим перечисленные системы координат, их достоинства и недостатки, а также приведем формулы для взаимного преобразования координат из одной системы в другую.

5) Нивелированием называется измерение превышений с целью определения высот точек. Путем нивелирования значения высот передают от исходных точек с известными высотами на точки, высоты которых надо определить.В зависимости от применяемых приборов и методов различают следующие виды нивелирования.Геометрическое нивелирование - метод определения превышений путем взятия отсчетов по вертикальным рейкам при горизонтальном луче визирования. Это - основной метод нивелирования. Методом геометрического нивелирования создана государственная нивелирная сеть, создаются инженерно-геодезические высотные сети различного назначения.Тригонометрическое нивелирование - метод определения превышения путем измерения вертикального угла и расстояния. Метод используют при создании высотного обоснования топографических съемок, а также при определении превышений и передаче высот на строительных площадках.Барометрическое нивелирование основано на зависимости между высотой и атмосферным давлением. Для определения превышений измеряют атмосферное давление и температуру в точке с известной высотой и в точках, высоты которых определяют. По разностям давлений вычисляют превышения. Метод применяют при работах в труднодоступной местности, им пользуются геологи, геофизики. Точность измерений этим методом невысокая: на равнинной местности - 0.5 м, в горной - 1.5 м.Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаться на одном уровне. Простейший гидростатический нивелир представляет собой два сосуда с делениями, соединенные шлангом. Систему заполняют дистиллированной водой. Точность метода очень высокая (0,1 мм), поэтому он применяется при монтаже и выверке конструкций по высоте, особенно при работе в стесненных условиях, при передаче отметок через водные преграды, для наблюдений за деформациями сооружений (плотин, мостов, ускорителей частиц и пр.).Определение превышений и высот точек с помощью спутниковых измерений. Автономное определение высот точек аппаратурой ГЛОНАСС и GPS выполняется с точностью нескольких метров, а определение превышений между точками - с точностью 10 - 15 мм.

6) Под редукционной задачей высшей геодезии принято понимать комплекс проблем, связанных с разработкой математически строгого метода редуцирования измеренных величин с физической поверхности Земли на поверхность принятого референц-эллипсоида и необходимых для этого методов определения уклонений отвесных линий, а также геодезических высот пунктов над эллипсоидом.В каждой стране принятый референц-эллипсоид должен быть ориентирован относительно оси вращения Земли и однозначно «закреплен» в теле Земли при помощи так называемых исходных геодезических дат, за которые принимают геодезические координаты В_о, L_о, Н_о исходного пункта астрономо-геодезической сети. Исходные геодезические даты определяют, используя измерительную информацию всей астрономо-геодезической сети. Методы их определения рассматриваются в курсе теоретической геодезии.Все измеренные в геодезической сети величины: горизонтальные направления, длины и азимуты сторон и т. п. редуцируют на поверхность референц-эллипсоида, применяя предложенный в 1934 г. Ф. Н. Красовским теоретически строгий метод проектирования. Проектирование измеренных величин осуществляется по нормалям к поверхности эллипсоида. Измеренные же величины (направления, азимуты и т. п.) связаны с отвесными линиями. Поэтому для редукции измеренных элементов на эллипсоид необходимо знать уклонения отвесных линий на пунктах геодезической сети, а также высоты пунктов над эллипсоидом.  При решении редукционной задачи необходимо соблюдать следующие основные требования:  редукционные поправки должны определяться с такой точностью, чтобы их ошибки были пренебрегаемо малы по сравнению с ошибками измерений редуцируемых величин. Другими словами, ошибки определения редукционных поправок и их влияние должны быть в пять—десять раз меньше ошибок самих измерений; формулы, используемые для вычисления редукционных поправок, должны быть получены с такой точностью, чтобы их погрешности не оказывали влияния на результаты вычисления редукций;аргументы, необходимые для вычисления соответствующих редукций: астрономо-геодезические уклонения отвесных линий ξ_ar, h_arгеодезические высоты пунктов над эллипсоидом H^г, аномалии ускорений силы тяжести g—у, т. е. разности между реальной и нормальной силой тяжести, должны быть получены с достаточной точностью, причем не на основе каких-либо гипотетических данных, а по результатам конкретных измерений.Уклонения отвесных линий при работах в горных районах должны быть известны для всех пунктов 1—3 классов. В астрономо-геодезической сети определяют астрономические широты и долготы l на отдельных пунктах в среднем через 70—100 км. Вычислив для этих пунктов геодезические широты В и долготы L, определяют по формулам (2.4) искомые уклонения отвесных линий. Для промежуточных пунктов их определяют путем косвенного интерполирования полученных уклонений с учетом нелинейности их изменений между пунктами. Для этого выполняют гравиметрическую съемку местности по определенной программе и для всех пунктов вычисляют сначала гравиметрические уклонения отвесных линий ξ_гр, h_гр а затем с учетом их находят искомые уклонения ξ_ar, h_ar. Зная астрономо-геодезические уклонения отвесных линий ξ_ar, h_arи расстояния между пунктами, определяют превышения квазигеоида и его высоты N над эллипсоидом (аномалии высот С). Определив в результате нивелирования нормальные высоты пунктов Ну, вычисляют их геодезические высоты по формуле (1.19).Идея метода косвенного интерполирования астрономо-геодезических уклонений отвесных линий с использованием данных гравиметрической съемки и последующего вычисления превышений геоида предложена Ф. Н. Красовским в 1934 г. Этот метод был назван методом астрономо-гравиметрического нивелирования. Позднее он был развит в работах М. С. Молоденского применительно к предложенной им теории изучения фигуры и гравитационного поля Земли.Астрономо-гравиметрический метод определения уклонений отвесных линий и превышений квазигеоида требует выполнения в большом объеме геодезических, астрономических и гравиметрических измерений. А следовательно, для его реализации необходимы и значительные затраты труда, средств и времени, которые особенно велики при работах в горах. В настоящее время в связи с бурным развитием науки и техники разрабатываются и постепенно внедряются высокоточные геодезические гравиинерциальные системы, позволяющие непосредственно, в кратчайшие сроки и с высокой точностью порядка 0,1" измерять приращения астрономо-геодезических уклонений отвесных линий при переходе от одного пункта к другому, в том числе и в горных условиях. Измерив приращения астрономо-геодезических уклонений отвесных линий и зная расстояния между пунктами, можно вычислить превышения квазигеоида (геоида) между ними с достаточно высокой точностью. Данный метод изучения поверхности квазигеоида (геоида) целесообразно назвать методом гравиинерциального нивелирования. Этот метод может стать наиболее эффективным и точным методом изучения поверхности квазигеоида (геоида) особенно в континентальной части земного шара, где метод спутниковой альтиметрии не пригоден.Определив на пунктах геодезической сети уклонения отвесных линий, а также геодезические высоты пунктов, вычисляют поправки в измеренные расстояния, горизонтальные направления, азимуты и т. п. за редукцию их к поверхности референц-эллипсоида по формулам, приведенным в учебнике. Затем измеренные величины редуцируют с эллипсоида на плоскость в проекции Гаусса—Крюгера по формулам сфероидической геодезии.

7) Дешифровочные признаки – свойства объектов, нашедшие отражение на снимке и используемые для распознавания. Выделяют 2 группы дешифровочных признаков: • Прямые (общие, основные), • Косвенные (специальные) Прямые дешифровочные признаки – свойства объекта, находящие непосредственное отображение на снимках, присущие самим объектам. Свойства прямых признаков (по данным разных авторов): • геометрические – форма, конфигурация, размер, объем, рисунок объектов или структурные(линейные и объемные), • общие (фотограмметрические) – фототон, цвет. Иногда добавляют – взаимное расположение. По другим данным к прямым дешифровочным признакам относить три группы признаков: 1. геометрические (форма, тень, размер); 2. яркостные (фототон, уровень яркости, цвет, спектральный образ); 3. структурные (текстура, структура, рисунок). Геометрические признаки (форма, тень, размер).

8)   Дистанционное зондирование Земли(ДЗЗ) - это наблюдение и измерение энергетических и поляризационных характеристик собственного и отраженного излучения элементов суши, океана и атмосферы Земли в различных диапазонах электромагнитных волн, способствующие описанию местонахождения, характера и временной изменчивости естественных природных параметров и явлений, природных ресурсов Земли, окружающей среды, а также антропогенных объектов и образований.

Системы ДЗЗ

     В настоящее время существует широкий класс систем ДЗЗ, формирующих изображение исследуемой подстилающей поверхности. В рамках данного класса аппаратуры можно выделить несколько подклассов, различающихся по спектральному диапазону используемого электромагнитного излучения и по типу приёмника регистрируемого излучения, а также по методу (активный или пассивный) зондирования:      - фотографические и фототелевизионные системы;      - сканирующие системы видимого и ИК–диапазона (телевизионные оптико-механические и оптико-электронные, сканирующие радиометры и многоспектральные сканеры);      - телевизионные оптические системы;      - радиолокационные системы бокового обзора (РЛСБО);      - сканирующие СВЧ–радиометры.      В то же время продолжается эксплуатация и разработка аппаратуры ДЗЗ, ориентированной на получение количественных характеристик электромагнитного излучения, пространственно-интегральных или локальных, но не формирующих изображение. В данном классе систем ДЗЗ можно выделить несколько подклассов: несканирующие радиометры и спектрорадиометры, лидары.

9) Классическое трансформирование снимков – это преобразование наклонного снимка в горизонтальный снимок заданного масштаба. Как известно, снимок – это центральная проекция местности, а топографическая карта – ортогональная. Горизонтальный снимок плоской местности соответствует ортогональной проекции, т. е. проекции ограниченного участка топографической карты. В связи с этим, если преобразовать наклонный снимок в горизонтальный снимок заданного масштаба, то положение контуров на снимке будет соответствовать положению контуров на топографической карте заданного масштаба. Рельеф местности также вызывает смещение точек на снимке относительно их положения на ортогональной проекции соответствующего масштаба. Метод трансформирования, который позволяет учесть влияние рельефа, называется ортотрансформированием снимков. Существует метод создания карт, основанный на использовании трансформированных снимков или ортотрансформированных одиночных снимков, который называется комбинированным методом, в котором в качестве основы карты используется фотоплан, а информацию о рельефе получают другим методом, например, при полевых работах с помощью мензульной съемки или тахеометра или же путем обработки стереопар аэроснимков. Таким образом, трансформирование играет важную роль при создании карт, так как позволяет создать плановую основу карты. Для выполнения ортотрансформирования снимков необходимо знать высоты точек местности, которые определяются по цифровой модели рельефа (ЦМР). Для выполнения обратного ортотрансформирования снимка необходимо выполнить следующие этапы: − определить координаты точек местности X ,Y , соответствующие элементу с координатами 0 0 i i x y, ; − из цифровой модели рельефа выбрать высоту точки Zi ; − найти элемент на цифровом исходном изображении p ( x y, ) i i i , соответствующий элементу p ( x y, ) i i i 0 0 0 . По координатам элемента цифрового трансформированного изображения вычисляются координаты точек местности, при этом используется средняя высота Zср поверхности; значение высот Zi берут из цифровой модели рельефа:

8)Аналитическая технология

Фотограмметрическая обработка материалов съемок по аналитической технологии основана на использовании аналитических стереообрабатывающим приборов, средств вычислительной техники и программного обеспечения.

В настоящее время эта технология представлена:  — семейством надежных, высокоточных аналитических стереоприборов и систем;   — быстродействующими с большим объемом памяти вычислительными машинами;   — мощным программным обеспечением.

К числу решаемых аналитической технологией задач относятся:  — стереофотограмметрическая обработка снимков;   — построение и уравнивание маршрутной и блочной фототриангуляции;   — измерение снимков и дальнейшее построение цифровой модели местности;   — цифровое составление карт с кодированием признаков и текущем контроле при сборе данных, интерактивным редактированием при составлении карт и выдачей графической продукции в разнообразной форме;   — высокоточные измерения координат точек;   — сбор данных для получения ортофотоснимков;   — стереофотограмметрическая обработка снимков для специализированных работ в землеустройстве, лесном хозяйстве, промышленности и др.

Аналитический стереообрабатывающий прибор включает оптико-механическую систему с каретками для снимков, бинокулярную наблюдательную систему, панель управления, ручные штурвалы, ножной диск и ножные педали для включения и выключения прибора.

К прибору подключается ЭВМ с контролером и накопителем, видеотерминал с печатающим устройством.

Контролер управляет движением кареток, работой датчиков на осях координат, регистрирует смещение кареток, выполняет электронное преобразование данных и ввод-вывод данных через интерфейс на ЭВМ.

В числе устройств отображения и ввода информации могут быть видеомонитор, автоматический координатограф, графический терминал с дисплеем. Конечной продукцией может быть графическая карта или карта в цифровом виде. Потребитель может выбирать масштаб изображения, метод представления информации, категорию объектов и т.д. Математическое обеспечение аналитических стереоприборов насчитывает более 100 прикладных программ. К их числу относятся:  — процессы построения и оценки точности стереомодели;   — рисовка рельефа;   — развитие и уравнивание аэрофототриангуляции;   — цифровое построение модели местности (ЦММ);   — обработка наземных снимков и материалов короткобазисной фотограмметрии.

В набор программ для аэрофототриангуляции входят:  — маршрутное уравнивание независимых моделей;   — блочное уравнивание независимых моделей;   — блочное уравнивание с автоматическим распознаванием и исключением грубых ошибок;   — блочное уравнивание связок с учетом дополнительных параметров и исключением систематических ошибок.

Разработан также пакет программ для цифрового сбора кодированных данных, хранения, обновления и редактирования графической информации и последующего преобразования в аналоговую форму.Некоторые аналитические стереообрабатывающие приборы имеют общую операционную систему, сервисные устройства, периферийное оборудование. Они могут объединяться в интегрированную автоматизированную систему универсального назначения, способную параллельно решать несколько задач.

Серия аналитических приборов типа «Стереоанаграф» отечественного производства имеют несколько модификаций. Первые модификации приборов состояли из стереокомпаратора, координатографа и ЭВМ, Они предназначены для создания и обновления карт и планов всего масштабного ряда по аэро- и космическим снимкам. Эти приборы имеют повышенную точность обработки снимков, автоматизацию процессов ориентирования, учет систематических ошибок прибора и снимков. Принцип работы состоит в том, что результаты линейных перемещений измерительной маркой по осям х и у фиксируются с помощью фотоэлектронных преобразователей, которые линейные перемещения преобразовывают в электрические импульсы пропорциональные величине перемещения. Далее эти сигналы преобразуются в числовую информацию, передаются на ЭВМ, обрабатываются и поступают на регистратор в виде результатов измерений.

ЭВМ имеет стандартную конфигурацию персонального компьютера. Вывод на экран различной текстовой и графической информации осуществляет монитор, вывод на печать текстовой и графической информации выполняется принтером.

Стереоанаграф-6 — это сравнительно новая разработка в серии этих приборов.

Он может использоваться для получения цифровых карт и планов, получения площадей и периметров участков, для целей городского и земельного кадастра, для проектирования и строительства и для решения многих других задач. Инструментальная средняя квадратическая ошибка определения координат составляет не более 3 мкм.