Маслов А.В., Гордеев А.В., Батраков Ю.Г. - Геодезия

Рис. 10.1. Схема построения плановой государственной геодези˝ческой сети методом триангуляции:

1 — пункт триангуляции 1-го класса; 2 — пункт триангуляции 2-го класса; 3 — пункт Лапласа; 4 — базисная сторона

800 км. Длина каждого звена (ряда треугольников) не должна пр˝е-

вышать 200 км.

На концах каждого звена триангуляции 1-го класса в пересеч˝е- нии рядов треугольников, идущих по меридианам и параллеля˝м, определяют длины выходных сторон либо из непосредственн˝ых измерений (стороны CD, EF, GH), либо из базисных сетей (сторона ÀÂ) с относительной погрешностью не более 1/400 000. Базисы

выбирают длиной не менее 6 км и измеряют светодальномерам˝и

или инварными проволоками с относительной погрешностью˝ не более 1/1 000 000.

На концах базисных (выходных) сторон триангуляции 1-го кла˝с- са из астрономических наблюдений определяют широту, долготу и азимут (пункты Лапласа).

Вместо звеньев триангуляции могут быть построены звенья полигонометрии 1-го класса.

Кроме того, что сеть 1-го класса является исходной для постр˝о- ения всех геодезических сетей, она служит базой при решен˝ии задач по определению формы и размеров Земли и др.

311

Рис. 10.2. Схемы построения триангуляций 3...4-го классов в виде о˝тдельных систем

Триангуляцию 2-го класса строят в виде сети треугольников˝, сплошь заполняющих полигон 1-го класса. Внутри этой сети (п˝ри-

мерно в середине) измеряют базисную сторону, на концах кот˝орой

определяют широту, долготу и азимут. Так как при построени˝и сети 1-го и 2-го классов используют результаты астрономических н˝а-

блюдений, то ее называют астрономо-геодезической. Сети 1-го˝ и 2-го классов сгущают пунктами 3-го, а затем 4-го классов. Триан˝гу-

ляцию 3-го и 4-го классов строят в виде отдельных систем (рис.˝ 10.2). Иногда по экономическим соображениям триангуляцию любо˝-

го класса заменяют полигонометрией или трилатерацией то˝го же класса. По точности построения все виды сетей одного и тог˝о же

класса должны быть равноценными.

На небольших территориях, где нет пунктов 1-го и 2-го клас-

сов, в качестве исходной геодезической опоры для съемок в˝ мас-

штабах 1 : 5000 и 1 : 2000 разрешается строить самостоятельные сети 3-го и 4-го классов. При этом в сети триангуляции должно быть

измерено не менее двух сторон, в полигонометрической сети˝ периметры полигонов не должны превышать для 3-го класса —

60 км, для 4-го класса — 35 км.

В зависимости от класса плановая государственная геодез˝ичес-

кая сеть характеризуется данными, приведенным в таблице 1˝0.1.

10.1. Основные характеристики плановой государственной гео˝дезической сети

П р и м е ч а н и е. При построении сетей 3-го и 4-го классов методом трилатерации предельные длины сторон треугольников такие же, к˝ак и в триангуляции соответствующего класса.

S — длина стороны; òβ — средняя квадратическая погрешность измерения

óãëà; β — допустимая (предельная) невязка в сумме углов треугол˝ьника (триангуляции); òS/S — относительная средняя квадратическая погрешность из˝мере-

312

ния стороны в полигонометрическом ходу, трилатерации и ба˝зисной стороны в триангуляции.

Пункты государственной геодезической сети закрепляют н˝а местности зарываемыми в землю центрами в виде бетонных, к˝а- менных или кирпичных на цементном растворе монолитов, жел˝е- зобетонных пилонов, бетонированных рельсов или труб. Свер˝ху в

них закладывают чугунные марки, имеющие на поверхности от˝-

верстие или крест, обозначающие центр пункта.

Типы центров установлены соответствующими инструкциями˝

применительно к климатическим и физико-географическим у˝словиям региона и местным особенностям. Центр пункта для рай˝о-

нов неглубокого (до 1,5 м) промерзания грунта показан на рис˝унке 10.3.

Над центрами сооружают деревянные или металлические наружные знаки, которые служат визирными целями при измерен˝ии

углов и линий. Наружные знаки бывают разных конструкций в˝ зависимости от условий местности и расстояния между пункта˝ми.

Такими знаками являются: простая пирамида (рис. 10.4, à), когда

имеется возможность угловых наблюдений со штатива, установленного на земле, и сигнал (рис. 10.4, á), когда для наблюдений прибор необходимо установить на большой высоте (до 40 м и б˝о-

лее). В горных районах наружный знак сооружают в виде камен˝-

ного или кирпичного тура. Вокруг каждого наружного знака ˝(кроме тура) делают внешнее оформление в виде канав, образующи˝х

квадрат.

Высотные геодезические сети создают в основном методами˝

геометрического и тригонометрического нивелирования и ˝подразделяют на государственную нивелирную сеть è сети технического нивелирования.

Государственная нивелирная сеть позволяет: равномерно о˝беспечивать высотной основой всю территорию страны; упорядо˝чить связь высотной сети с уровнями внешних морей; создать обш˝ир-

ную сеть повторного нивелирования для изучения вертикал˝ьных

деформаций земной коры по территории всей страны. Рассмотрим схему создания высотной государственной гео˝де-

зической сети. Вначале прокладывают на больших расстояни˝ях одна от другой нивелирные линии I класса, которые затем пос˝ледовательно сгущают, прокладывая нивелирные линии II, III и IV классов.

Линии I класса прокладывают по направлениям, связывающим далекие один от другого пункты страны и основные морские ˝водомерные посты.

Нивелирная сеть II класса опирается на пункты I класса. Линии I и II классов прокладывают по местам, наиболее удобным

для нивелирования (вдоль железных, шоссейных дорог, больш˝их рек). Периметры полигонов нивелирования I и II классов на евр˝о-

313

Рис. 10.3. Центр пункта государственной геодезической сети д˝ля районов неглубокого промерзания (размеры в см):

1 — бетонный якорь диаметром 50 см; 2 — чугунный колпак с крышкой; 3 — асфальт или поверхность земли, очищенная от дерна; 4 — заливка бетонным раствором; 5 — бетонное кольцо (подушка колпака); 6 — асбоцементная или железобетонная труба (диаметр 12...16 с˝м), заполненная бетонным (цементным) раствором, или железобетонны˝й пилон круглого (12...16 см) или прямоугольного сечения, или рельс; 7 — рельс; 8 — металлическая пластина; 9 —болт диаметром 16...20 мм; 10 — железные скобы; 11 — соединение на цементном растворе; 12 — слой цементного раствора в 2...3 см; 13 — уголок 50 × 50 ìì

314

Рис. 10.4. Наружные геодезические знаки:

à — простая четырехгранная пирамида (размеры в см); á — геодезический сигнал: 1 — визирный цилиндр; 2 — площадка для наблюдений; 3 — внутренняя пирамида

пейской части России в среднем соответственно составляю˝т 2800

è600 êì.

Â1990 г. общая протяженность линий нивелирования в СССР

составляла: I класса — 160 тыс. км, II класса — 400 тыс. км.

Нивелирные сети III класса опираются на пункты нивелирова-

ния I и II классов и образуют полигоны с периметром 150 км. Для

обеспечения съемки в масштабах 1 : 5000 и крупнее периметр полигона не должен превышать 60 км.

Нивелирные ходы IV класса прокладывают в одном направлении между пунктами старших классов. Длины этих ходов не до˝лжны превышать 50 км. Пункты IV класса являются непосредствен-˝ ным высотным обоснованием для топографических съемок. Пр˝и съемке участка местности все пункты триангуляции и полиг˝онометрии на нем должны быть обеспечены высотами из нивелиро˝вания III и IV классов.

Пункты нивелирования всех классов закрепляют реперами и˝ марками через каждые 5 км. В труднодоступных районах расс˝тояние между смежными реперами может быть увеличено до 6...7 км˝.

315

Точность государственного нивелирования различных клас˝сов

может быть охарактеризована предельной погрешностью на˝ 1 км хода, которая входит в качестве коэффициента в формулы до˝пустимых невязок.

В зависимости от масштабов съемки пункты плановой и высот˝- ной государственных сетей должны быть доведены до опреде˝лен-

ной плотности и располагаться на местности по возможност˝и равномерно (табл. 10.2).

10.2. Плотность пунктов государственных плановой и нивелирн˝ой сетей

10.3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ. НОВАЯ ЕДИНАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ СК—95

Современное состояние государственной геодезической се˝ти,

ее структура и основные принципы развития определены в Ос˝нов-

ных положениях о государственной геодезической сети, 2000 г˝.,

согласно которым она включает в себя астрономо-геодезиче˝скую сеть (АГС) — 164 306 пунктов, геодезические сети сгущения (ГСС) — около 300 тыс. пунктов, а также независимые спутнико˝- вые геодезические сети: космическую геодезическую сеть (˝КГС) — 26 пунктов и доплеровскую геодезическую сеть (ДГС) — 131 пункт.

ГГС охватывает как территорию современной России, так и территории других стран, ранее входивших в состав СССР. Пу˝нкты входящих в ГГС построений совмещены или имеют между со˝- бой надежные геодезические связи.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. «Об установлении единых государственных сис-

тем координат» установлены:

единая государственная система геодезических координат˝ 1995 г. (СК—95) для использования в геодезических и картографических работах Российской Федерации начиная с 1 июля 2002 г.;

316

единая государственная геоцентрическая система координ˝ат

(ПЗ—90) для геодезического обеспечения орбитальных полето˝в и решения навигационных задач.

В результате введения в стране СК—95 повысятся точность, оперативность и экономическая эффективность решения за˝дач

геодезического обеспечения экономики, науки и обороны го˝сударства на уровне современных требований.

Новая единая система государственных координат СК—95 в стране введена взамен действовавшей с 1946 г. единой системы˝ го-

сударственных геодезических координат 1942 г.

СК—95 была получена по результатам двух этапов уравнивания: в 1995 г. после совместного уравнивания АГС, ДГС и КГС была определена сеть из 134 пунктов со средним расстоянием

между смежными пунктами 400...500 км; в 1996 г. при заключи-

тельном уравнивании АГС на период 1995 г. определенная на первом этапе уравнивания сеть с согласованной системой план˝овых

координат и высот была использована в качестве жесткой ос˝новы. За отсчетную поверхность в СК—95 принят референц-эллипсо-

ид Красовского, началом системы координат 1995 г. является центр отсчетного эллипсоида. Положение пунктов в СК—95 зад˝а-

ется пространственными прямоугольными координатами X, Y, Z; геодезическими координатами — широтой Â, долготой L è âûñî-

òîé Í; плоскими прямоугольными координатами õ, ó, вычисляемыми в проекции Гаусса—Крюгера. Направление оси Z совпадает

с осью вращения отсчетного эллипсоида, ось Õ лежит в плоскости

нулевого меридиана, ось Y дополняет систему до правой, геодези- ческая высота Í образуется как сумма нормальной высоты и высоты квазигеоида над эллипсоидом Красовского. Нормальные в˝ысо-

ты геодезических пунктов определяются в Балтийской сист˝еме

высот 1977 г., исходным пунктом которой является нуль Кронш-

тадтского футштока.

СК—95 строго согласована с единой государственной геоцент˝- рической системой координат ПЗ—90 (Параметры Земли 1990 г.), которая закреплена на местности пунктами космической ге˝одези- ческой сети.

Высоты квазигеоида над референц-эллипсоидом Красовског˝о определены методом астрономо-гравиметрического нивелир˝ова-

ния. Сеть линий астрономо-гравиметрического нивелирован˝ия

покрывает всю территорию страны и образует 909 замкнутых по˝-

лигонов, включающих 2897 астрономических пунктов.

По состоянию на 1995 г. ГГС представляет собой структуру,

сформированную по принципу перехода от общего к частному˝ — в сеть вошли геодезические построения различных классов т˝очности (КГС, ДГС, АГС 1-го, 2-го классов, ГСС 3-го, 4-го классов).

Объем измерительной астрономо-геодезической информации˝, обработанной для введения СК—95, на порядок превышает объем

соответствующей информации 1942 г.

317

Точность определения взаимного положения пунктов, полу-

ченная из заключительного уравнивания АГС по состоянию н˝а 1995 г., характеризуется средними квадратическими погрешно˝стя-

ми: 0,02...0,04 м для смежных пунктов и 0,25...0,80 м при расстояниях между пунктами от 1 до 9 тыс. км.

В ГГС входят геодезические сети сгущения (ГСС) 3-го и 4-го классов (около 300 тыс. пунктов), созданные методами триангу˝ля-

ции, полигонометрии и трилатерации в соответствии с Основ˝ны-

ми положениями о построении государственной геодезичес˝кой сети СССР 1954 и 1961 гг.

Полученная точность определения взаимного положения см˝ежных пунктов ГСС 3-го и 4-го классов в системе координат 1995 г.

характеризуется средней квадратической погрешностью 0,05 ˝м.

10.4. НОВАЯ СТРУКТУРА ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ

Для обеспечения решения фундаментальных перспективных

задач в области геодезии, геофизики и космонавтики, т. е. за˝дач, требующих использования координат пунктов на поверхнос˝ти

Земли на максимально допустимом уровне точности, базирую˝- щемся на использовании спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS,

Основными положениями предусмотрено создать новую стру˝ктуру государственной геодезической сети в виде фундамента˝льной

астрономо-геодезической сети (ФАГС), высокоточной геодез˝и-

ческой сети (ВГС), спутниковой геодезической сети I класса˝ (СГС-1), астрономо-геодезической сети (АГС) и геодезической˝ сети сгущения (ГСС).

Высшее звено всей структуры координатного обеспечения т˝ерритории страны — фундаментальная астрономо-геодезичес˝кая сеть. Она служит исходной геодезической основой для дальн˝ейшего повышения точности государственной геодезической ˝сети на территории страны. ФАГС практически реализует общеземну˝ю геоцентрическую систему координат в рамках координатно˝-вре- меннó го обеспечения (КВО) страны. Фундаментальная астроно- мо-геодезическая сеть состоит из постоянно действующих и˝ периодически определяемых пунктов (рис. 10.5). Среднее расстояни˝е

между пунктами ФАГС — 800…1000 км. Все пункты должны быть

фундаментально закреплены.

Пространственное положение пунктов ФАГС определяют ме-

тодами космической геодезии в общеземной системе коорди˝нат с погрешностью положения относительно центра масс не боле˝е

(2…3)10–8R (ãäå R — радиус Земли) при погрешности взаимного положения пунктов ФАГС не более 2 см по плановому положению и 3 см по высоте. На всех пунктах определяют нормальные˝ высоты и абсолютные силы тяжести.

318

Основными функциями высокоточной геодезической сети

(ВГС) являются распространение на всю территорию страны общеземной геоцентрической системы координат и определен˝ие точных параметров взаимного ориентирования общеземной ˝геоцентрической и государственной референцной систем геод˝езиче-

ских координат. ВГС наряду с ФАГС является основой для спу˝т- никовых геодезических сетей и для построения высокоточн˝ых

карт высот квазигеоида с использованием гравиметрическ˝ой информации и данных нивелирования. ВГС представляет собой о˝пи-

рающееся на пункты ФАГС, однородное по точности простран-˝

ственное геодезическое построение, состоящее из системы˝ пунктов, удаленных один от другого на 150…300 км.

Пункты ВГС определяют относительными методами космиче-

ской геодезии, обеспечивающими точность взаимного полож˝ения

со средними квадратическими погрешностями не более 3 мм + 5 · 10–8D (ãäå D — расстояние, мм) по каждой из плановых

координат и 5 мм + 7 · 10–8D по геодезической высоте. Каждый пункт ВГС должен быть связан измерениями со смежными пунк˝-

тами ВГС и не менее чем с тремя пунктами ФАГС.

Âрезультате создания СГС-1 обеспечены оптимальные услови˝я

для реализации точностных и оперативных возможностей сп˝утниковой аппаратуры при переводе геодезического обеспечен˝ия тер-

ритории России на спутниковые методы определения коорди˝нат пунктов. По замыслу СГС-1 будет являться пространственным˝

геодезическим построением, состоящим из системы легко до˝ступ-

ных пунктов с плотностью, достаточной для обеспечения коо˝рдинатных определений пунктов с погрешностью не более 5 мм о˝тносительно любых близкорасположенных пунктов АГС, СГС-1,

ВГС. СГС-1 будет создаваться относительными методами косм˝и-

ческой геодезии при средних расстояниях между пунктами:

15…20 км в районах с интенсивной хозяйственной деятельност˝ью; 25…35 при средней плотности сети; 40…50 км в необжитых районах, кроме сейсмически активных.

Â2001 г. закончены работы по созданию ФАГС и ВГС в европейской части России. В 2002 г. выполнены наблюдения и обрабо˝- таны результаты на территорию юга Сибири. В 2005 г. планирует˝- ся выполнить наблюдения пунктов на Севере страны, заверши˝в

построение ФАГС и ВГС.

Схема государственных спутниковых сетей ФАГС и ВГС по со-˝

стоянию на 2002 г. показана на рисунке 10.5.

Для решения ведомственных задач создают геодезические с˝ети

специального назначения, развиваемые по руководствам и т˝ехни- ческим проектам, разрабатываемым различными проектно-из˝ы- скательскими организациями и ведомствами. В разделе 10.6 рас˝- смотрена процедура создания опорных межевых сетей, разви˝ваемых подразделениями Федерального агентства кадастра Ро˝ссии

(Роснедвижимость).

319

Рис. 10.5. Схема государственных спутниковых

1 — периодически определяемые и постоянно действующие п˝ункты ФАГС; аэрогеодезических

320