2.5. Методы построения геодезических сетей

В простейших случаях значение измеряемой величины получается в результате непосредственного ее измерения. Однако обычно искомые величины (например, координаты точек) не могут быть получены непосредственным их измерением. Общий принцип определения взаимного положения точек на земной поверхности заключается в следующем.

На местности осуществляется построение связанных между собой геометрических фигур. Выбор вершин этих фигур производится таким образом, чтобы некоторые элементы их были удобны для непосредственных измерений. Намеченных для непосредственных измерений элементов фигур должно быть достаточно, чтобы определить все другие элементы, пользуясь существующими между ними зависимостями. Тем самым определяются все элементы фигур, в том числе и не измеряемые непосредственно.

Однако совокупность образованных фигур еще не определяет их ориентирование и географическое положение (расположение на земном шаре). Для этого необходимо дополнительно знать азимут (или дирекционный угол) одной из сторон фигур и координаты (географические или Гаусса-Крюгера) одной вершины системы фигур. Эти данные получаются в общем случае: координаты и азимут – из астрономических наблюдений светил; азимуты, кроме того, могут быть получены при помощи специального прибора – гиротеодолита или приближенно при помощи буссоли.

Для получения абсолютных высот вершин фигур, если определялись и разности их высот, необходимо знать абсолютную высоту вершины одной фигуры.

После этого возможно путем вычислений определить положение каждой вершины фигуры и их высоты относительно отсчетной поверхности, т.е. координаты в пространстве.

Таков общий путь определения координат отдельных точек поверхности Земли, совокупность которых и образует систему геодезических пунктов, или опорную геодезическую сеть. Относительно этих пунктов далее определяется положение любой точки местности.

В зависимости от формы фигур, образуемых на местности, и непосредственно измеряемых их элементов различают следующие основные методы построения геодезических сетей.

1.Триангуляция – построение на местности примыкающих друг к другу треугольников, в которых измеряются горизонтальные углы и длина стороны одного треугольника. Решая последовательно треугольники от начальной, непосредственно измеренной стороны I – II (рис. 2.9), находим все стороны системы треугольников. Если для точки I даны координаты x и y и дирекционный угол ₀ направления I – II, то из вычислений получаем дирекционные углы направлений всех сторон треугольников и координаты их вершин II, III, IV, V ..., называемых геодезическими пунктами или более конкретно пунктами триангуляции. Непосредственно измеряемая сторона I – II называется базисной стороной, а точка I, для которой задаются координаты и азимут стороны, – исходным пунктом триангуляции.

2. Трилатерация – построение на местности примыкающих друг к другу треугольников и измерение длин всех их сторон. Решая треугольники по формулам тригонометрии, находим углы треугольников, т.е. опять определяем все элементы изображенной на рис. 2.9 системы треугольников.

3. Полигонометрия – построение на местности системы ломаных разомкнутых и замкнутых линий и измерение длин d отдельных отрезков, образующих ломаную линию, и горизонтальных углов поворота  между смежными сторонами (рис. 2.10). В методе полигонометрии все элементы построения измеряются непосредственно, а дирекционные углы  и координаты вершин углов поворота определяются на тех же основаниях, что и в методе триангуляции.

4. Нивелирование, основанное на использовании двух принципов – геометрического и физического. Геометрический метод осуществляется путем нивелирования горизонтальным и наклонным лучом. Физические методы нивелирования основаны на использовании зависимости, существующей между изменением высоты и напряжения внешнего гравитационного поля Земли, которое проявляется в различных физических явлениях, поддающихся наблюдению и измерению.

Описанные основные схемы развития геодезических сетей предусматривают последовательное определение положения последующих пунктов относительно предыдущих.

При производстве топографической съемки и решении инженерно-геодезических задач применяются и иные геометрические построения с производством соответствующих измерений.

1. Развитие геодезических сетей осуществляется по принципу «от общего к частному», от более крупных и точных построений к более мелким и менее точным. Соответственно этому геодезические сети подразделяются на четыре вида:

а) государственная геодезическая сеть, представляющая главную геодезическую основу для топографических съемок и выполнения других геодезических работ меньшей точности;

б) геодезические сети местного значения, развиваемые в отдельных районах при недостаточности числа пунктов государственной геодезической сети;

в) съемочные геодезические сети, на основе которых непосредственно производятся съемки контуров и рельефа местности и различные геодезические измерения при строительстве;

г) специальные геодезические сети, развиваемые при строительстве сооружений, предъявляющих к геодезическим работам дополнительные, специальные требования.

Каждый из указанных видов сетей подразделяется на классы и разряды. Государственная геодезическая сеть 1 класса имеет наивысшую точность, и ее построение охватывает всю территорию страны как единое целое. Геодезические сети последующих классов развиваются на основе сетей высших классов. Геодезические сети местного значения строятся на основе государственных сетей; съемочные сети – на основе обоих видов сетей высшего класса.

Геодезические сети разделяются на плановые и высотные. Первые служат для определения плановых координат геодезических пунктов х и у в системе координат Гаусса-Крюгера, а вторые – для определения высот пунктов Н.

Развитие геодезических сетей производится одним из описанных выше методов – триангуляции, полигонометрии, трилатерации, нивелирования.

2. Координаты пунктов государственной геодезической сети должны быть определены на всей территории страны в единой системе. Это значит:

а) геодезическая сеть на территории страны должна составлять единое целое и не иметь изолированных частей;

б) при вычислениях должно быть выбрано единое начало координат для пунктов плановых сетей и единое начало счета (нуль высот) для нивелирных сетей;

в) математическая обработка должна быть произведена с учетом требований получения координат в единой системе с принятием единого референц-эллипсоида.

В этом случае результаты съемочных работ будут получены также в единой системе, независимо от последовательности их выполнения в отдельных районах страны; это обеспечивает соединение разрозненных съемочных материалов в единую топографическую карту государства.

В отдельных случаях допускается использование произвольных – «частных» начал координат при работах на незначительных территориях.

3. Работы по созданию государственной геодезической сети являются капитальными; сети должны быть рассчитаны для использования на длительное время, чтобы в будущем при возросших к ним требованиях не возникала необходимость их переделки. Это значит:

а) по точности государственные геодезические сети должны отвечать требованиям, предъявляемым к ним в будущем, при необходимости увеличения числа геодезических пунктов (например, при производстве съемки более крупного масштаба) можно было путем дополнительных работ производить сгущение существующей государственной геодезической сети без ее переделки;

б) пункты должны быть закреплены на местности таким образом, чтобы на долгие годы была обеспечена их сохранность, постоянство положения и возможность быстрого и уверенного нахождения на местности.

Это требование в полной мере относится как к государственным геодезическим сетям, так и к сетям местного значения; но оно, как правило, не обязательно в отношении пунктов съемочных сетей, назначение которых – сгустить имеющуюся сеть до предела, необходимого для данных, текущих целей, например, съемки заданного масштаба.

4. Необходимым условием проектирования и исполнения геодезических работ (и в особенности развития геодезических сетей) является:

а) обеспечение надежного контроля геодезических измерений и

б) возможность оценки точности фактически выполненных измерений и, следовательно, установления соответствия точности полученных результатов измерений заданным требованиям.

5. Результаты геодезических работ должны отвечать условиям использования геодезических и топографических данных в научных целях со стороны как геодезии, так и смежных наук о Земле. Со стороны геодезии эти требования относятся к государственным геодезическим сетям 1 класса, материалы которых используются для решения научных задач геодезии.

Изложенные основные принципы построения геодезических сетей в основном являются общими при проектировании и исполнении всех видов геодезических измерений.

33