PDF / МСиР ГГС_Тема_1_ГГС

Тема 1. Введение. Государственная геодезическая сеть (ГГС) - назначение, требуемая точность построения и плотность пунктов. Традиционные методы построения - триангуляция, полигонометрия, трилатерация

1.1. Введение. Содержание курса. Отчетность. Рекомендуемая литература.

Курс «Методы создания, развития и совершенствования государственных опорных геодезических сетей» направления подготовки 120100 – Геодезия и ДЗ, вводится с целью усвоения студентами комплекса знаний, необходимых для эффективного и широкого применения методов традиционной и спутниковой геодезии для построения государственных опорных геодезических сетей.

Выпускник по направлению 120100 - Геодезия должен хорошо знать современную и традиционную (разработанную Ф.Н. Красовским) схемы построения государственных геодезических плановых и высотных сетей, способы их создания, технологии проектирования и построения, а также математическую обработку геодезических сетей.

В связи с этим получивший подготовку по направлению 120100 – Геодезия и ДЗ должен твердо знать все особенности высокоточных измерений, основанных на использовании традиционных методов, так и глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС), уметь правильно организовывать и использовать измерения для создания государственной геодезической сети.

Вид итогового контроля: Экзамен. Литература

1.Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 2). – М.: Картгеоцентр; Новосибирск: Наука. – 2006. – 360 с

2.Морозов В.П. Курс сфероидической геодезии. М. Недра, 1979 г.

3.Пеллинен Л.П. Высшая геодезия (Теоретическая геодезия). М.Недра, 1978 г.

4.Практикум по высшей геодезии (под редакцией Яковлева Н.В.).М.Недра,1982

5.Телеганов Н.А., Елагин А.В. Высшая геодезия и основы координатно-временных систем – Новосибирск: СГГА, 2004. – 238 с.

6.Яковлев Н.В. Высшая геодезия. М.: Недра, 1989 г.

7.Красовский Ф.Н. Избранные сочинения. тт. I-IV. М.Недра,1955 г.

8.Поклад Г.Г., Гриднев С.П. Геодезия. – М.: Академический проект. – 2007. – 592 с.

9.Макаренко, Н.Л. Единая государственная система геодезических координат 1995 года (СК-95) [Текст] / Н.Л. Макаренко, Г.В. Демьянов, Е.В. Новиков и др. Под ред. А.А. Дражнюка. – М.: Федерал. служба геодезии и картографии России. – 2000. – 34 с.

10.Основные положения о государственной геодезической сети России. М. 2004 г.

1.2. Государственная геодезическая сеть (ГГС) - назначение, требуемая точность построения и плотность пунктов

Назначение ГГС – распространение единой государственной системы координат на всю территорию страны. Государственная геодезическая сеть (ГГС) Российской Федерации формирует главную координатную основу страны, физически закрепляя на местности в виде центров геодезических пунктов систему отсчета координат в географическом пространстве государства.

Государственная геодезическая сеть (далее - ГГС) представляет собой совокупность геодезических пунктов, расположенных равномерно по всей территории страны 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.

ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:

установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;

геодезическое обеспечение картографирования территории России и акваторий окружающих ее морей;

геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и освоения природных ресурсов;

обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;

изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени;

изучение геодинамических явлений;

метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования.

Наряду с ГГС созданы государственные нивелирная и гравиметрическая сети, а также геодезические сети специального назначения.

1.3. Структура и точность государственной геодезической сети по состоянию на 1995 год

п = 26

доплеровскую геодезическую сеть (далее - ДГС); п = 131

Пункты указанных построений совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи.

Космическая геодезическая сеть представляет собой глобальное геодезическое построение. Координаты ее пунктов определены по доплеровским, фотографическим, дальномерным радиотехническим и лазерным наблюдениям искусственных спутников Земли (далее - ИСЗ) системы геодезического измерительного комплекса (далее - ГЕОИК). Точность взаимного положения пунктов при расстояниях между ними около 1...1,5 тыс. км характеризуется средними квадратическими ошибками, равными 0,2. ..0,3 м.

Из всего состава глобальной космической геодезической сети в ГГС по состоянию на 1995 год включены данные о 26 стационарных астрономо-геодезических пунктах, расположенных в границах АГС.

Доплеровская геодезическая сеть представлена 131 пунктом, взаимное положение и координаты которых определены по доплеровским наблюдениям ИСЗ системы Транзит. Точность определения взаимного положения пунктов при среднем расстоянии между пунктами 500...700 км характеризуется средними квадратическими ошибками, равными 0,4...0,6 м.

Астрономо-геодезическая сеть состоит из 164306 пунктов и включает в себя:

•ряды триангуляции 1 класса, сети триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов, развитые в соответствии с нормативными документами;

•траверсы полигонометрии 1 класса, базисы космической триангуляции большой протяженности, проложенные в соответствии со специальными техническими указаниями.

Полученные из уравнивания средние квадратические ошибки измеренных углов на пунктах АГС 1 и 2 классов равны 0,74" и 1,06" соответственно.

Астрономо-геодезическая сеть 1 и 2 классов содержит 3,6 тысячи геодезических азимутов, определенных из астрономических наблюдений, и 2,8 тысячи базисных сторон, расположенных через-170...200 км.

Точность выполненных в АГС астрономических определений координат характеризуется

следующими средними квадратическими ошибками:

•астрономической широты - 0,36",

•астрономической долготы - 0,0435.

Средние квадратические ошибки измерений астрономических азимутов и базисов, полученные по результатам уравнивания, соответственно равны 1,27" и 1:500 000.

Точность определения взаимного планового положения пунктов, полученных в результате выполненного в 1991 году общего уравнивания АГС как свободной сети, характеризуется в собственной системе координат средними квадратическими ошибками:

•0,02...0,04 м для смежных пунктов,

•0,25...0,80 м при расстояниях от 500 до 9 000 км.

Высоты квазигеоида над референц-эллипсоидом Красовского определены методом астрономо-гравиметрического нивелирования.

Сеть линий астрономо-гравиметрического нивелирования покрывает всю территорию страны и образует 909 замкнутых полигонов, включающих 2897 астрономических пунктов. При вычислениях превышений квазигеоида использованы данные гравиметрических съемок масштаба 1:1 000 000 и крупнее.

Точность определения превышений высот квазигеоида характеризуется средними квадратическими ошибками:

•0,06...0.09 м при расстояниях 10...20 км,

•0,3...0,5 м при расстоянии около 1000 км.

Геодезические сети сгущения 3 и 4 классов включают в себя около 300 тысяч пунктов. Эти сети созданы методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации в соответствии с "Основными положениями о построении государственной геодезической сети СССР", 1954 и 1961 г.г.

Плотность пунктов ГТС 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.

Нормальные высоты верхних марок подземных центров пунктов ГГС определены из геометрического или тригонометрического нивелирования.

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 1:2 000 для остальной территории.

1.3. Традиционные методы построения - триангуляция, полигонометрия, трилатерация.

1.31. Основные принципы организации геодезических измерений

В теоретических исследованиях и практике геодезических работ особое внимание уделяется определению взаимного положения точек, как в плановом отношении, так и по высоте. Многолетний опыт выполнения такого рода работ позволил выработать основные принципиальные положения, которые следует неукоснительно соблюдать при организации геодезических измерений. Это позволяет свести к минимуму неизбежные ошибки, не допустить накопления погрешностей при переходе от точки к точке, полностью избавиться от грубых промахов. Такими принципами являются:

переход «от общего к частному»; систематический контроль всех видов работ.

Принцип перехода от общего к частному позволяет существенно уменьшить накопление погрешностей измерений. В соответствии с этим принципом геодезические построения не должны быть однородными, а наоборот, должны создаваться в несколько этапов. Пусть, например, требуется определить взаимное плановое положение множества точек 1, 2, 3… Сначала выберем несколько точек, взаимное положение которых определим с самой высокой точностью. Следует

иметь ввиду, что высокоточные геодезические работы очень дороги, поэтому охватить ими сразу все точки было бы нерационально. Затем построим геодезическую сеть, включающую в себя пункты 1, 2, 3, 4, 5, … , 12. эта сеть будет иметь в качестве исходных данных координаты точек 1- 4, которые, образуя своеобразный жесткий каркас, не позволят новой сети деформироваться под влиянием погрешностей измерений. На следующем этапе дальнейшее сгущение сети, добавив точки 13, 14, … , 25. построение, состоящее из точек 1-25, будет опираться на пункты 1-12, полученные на первых двух этапах. Можно представить себе четвѐртый, пятый и т.д. этапы сгущения сети, проводимые до тех пор, пока расстояния между точками не достигнут величины, необходимой для производства съѐмок местности, разбивок сооружений и т.д. Построение геодезической сети по рассмотренной выше схеме в соответствии с принципом перехода от общего к частному требует, чтобы точность каждого предыдущего этапа была бы выше точности последующего ровно на столько, насколько это необходимо для того, чтобы погрешностями исходных данных можно было бы пренебречь.

Принцип систематического контроля требует так организовать геодезические работы, чтобы на всех их стадиях и этапах каждый результат измерений, вычислений и построений был бы надежно и неоднократно проконтролирован.

Геодезические сети представляют собой систему точек, определенным образом размещенных и закрепленных на местности. Положение этих точек в результате выполнения геодезических измерений и вычислений должно быть найдено в единой системе координат и высот. Геодезические сети, для точек которых получены только координаты x,y или только высоты Н, называют плановыми или высотными. Если пункты, закрепленные на местности, имеют все три координаты x, y, H, то образующие их геодезические сети называют планово-высотными. В зависимости от роли в общей системе создания геодезической основы на данной территории, точности, назначения и густоты геодезической сети в соответствии с современной классификацией делят на государственные геодезические, сгущения, специальные и съѐмочные.

Государственная геодезическая сеть представляет собой общегосударственную главную геодезическую основу. В тех местах, где плотность пунктов главной геодезической основы недостаточна для выполнения тех или иных геодезических работ, сети сгущения. Специальные геодезические сети развивают в связи со строительством инженерных сооружений или проведением каких-либо других работ, предъявляющих к геодезическому обеспечению особые требования. Съѐмочные геодезические сети представляют собой систему пунктов, непосредственно с которых выполняют съѐмку местности, перенесения в натуру проекта сооружения, различные контрольные измерения и т.п. По этой причине съѐмочные сети называют рабочей геодезической основой.

Кроме перечисленных выше способов классификации, геодезические сети подразделяются в зависимости от способа их построения.

1.3.2. Способы определения положений опорных пунктов

Астрономический способ заключается в определении астрономических координат , , от которых переходят к геодезическим координатам B,L путем наблюдения небесных светил. По результатам астрономических наблюдений определяют также геодезические азимуты А направлений на пункты. Кроме того, азимуты могут быть получены с помощью гирокомпасов и гиротеодолитов. В дальнейшем от геодезических координат можно перейти к плоским координатам x,y а от геодезического азимута – к дирекционному углу а.

Достоинство данного способа – независимое определение координат, то есть метод является автономным. Другой плюс – точность не зависит от места пункта в сети, - работает уравнение Лапласа:

Недостаток – сравнительно невысокая точность. Например, СКП для широты 0.3”, что соответствует примерно 10 м на местности. Еще один недостаток, особенно при гироопределениях, необходимо учитывать уклонения отвесных линий.

Геодезический способ состоит в том, что из астрономических определений находят прямоугольные координаты только отдельных (исходных) пунктов системы. Остальные пункты опорной сети связывают с

исходным путем выполнения на земной поверхности измерений сторон и углов геометрических фигур, вершинами которых являются опорные пункты. Такая схема ограничивает накопление погрешностей, обеспечивает надежный контроль измерений, позволяет выполнять независимо геодезические работы на различных участках. Этот метод является основным на территории нашей страны. Исключением являются горные и арктические районы, где астрономический метод предпочтительнее.

Спутниковый способ основан на определении координат точек из обработки наблюдений ИСЗ. Применяемые в настоящее время системы ГЛОНАСС и GPS (ГНСС) позволяют в любой момент времени и

влюбом месте земного шара определять координаты точек с погрешностями до нескольких сантиметров.

Всоответствии с принципом «от общего к частному» вся опорная сеть подразделяется на классы, и ее построение осуществляется несколькими ступенями: от более высшего к низшему, от более крупных построений к более мелким и менее точным. Пункты высших классов располагают на больших (до нескольких десятков и тысяч километров) расстояниях, а затем последовательно сгущают путем развития между ними сетей более низких классов. Это позволяет в сжатые сроки и с высокой точностью распространять единую систему координат на всю территорию страны.

Различают плановые геодезические сети, пункты которых имеют прямоугольные координаты x,y в общегосударственной системе, и высотные сети, в которых высоты определены в Балтийской системе высот.

Геодезические сети принято делить на следующие виды:

1.Государственная геодезическая сеть.

2.Геодезические сети сгущения.

3.Съемочные геодезические сети.

Густота геодезических сетей и необходимая точность определяются характером научных и инженерно-технических задач, решаемых на этой основе. Поэтому для обеспечения требуемой точности построения геодезических сетей угловые, линейные и высотные измерения должны выполняться соответствующими приборами и методами.

Фотограмметрический способ. Заключается в определении положений с использованием аэрокосмических снимков, радарных съемок. Для построения опорных сетей не используется

Триангуляция - один из методов создания плановых геодезических сетей на основе построения и решения треугольников по измеренным углам. Триангуляция представляет собой систему примыкающих или перекрывающих друг друга треугольников, которые могут образовывать триангуляционный ряд или триангуляционную сеть. Сторону одного из треугольников измеряют непосредственно или получают косвенным путем, построив так называемую базисную сеть, состоящую, как правило, из ромбов с разными по длине диагоналями. Остальные стороны триангуляционного ряда или сети находят путѐм последовательного решения треугольников по углам и стороне, используя терему синусов.

Известно, что для решения треугольника достаточно измерить в нѐм, кроме стороны, два угла. Однако при построении триангуляции в каждом треугольнике измеряют все три угла. Это позволяет проконтролировать результаты угловых измерений и, кроме того, в итоге специальных уравнительных вычислений несколько повысить точность конечного результата. С этой же целью измеряют длину не одной стороны ряда или сети, а двух и более. В случае необходимости в схеме триангуляции предусматривают перекрытие треугольников, что также улучшает качество построения.

После того, как будут вычислены длины стороны треугольников, находят координаты их вершин. Для этого в качестве исходных данных необходимо иметь координаты одной из точек и дирекционный угол ( азимут ) одной из сторон сети. Затем по этим сторонам последовательно решают прямые геодезические задачи и таким образом определяют плановое положение вершин сети.

Трилатерация - как и триангуляция, представляет собой построение, состоящее из треугольников. Однако в этих треугольниках измеряют не углы, а длины сторон. Триангуляцию и трилатерацию применяют в тех случаях, когда существует видимость на большие расстояния.

Полигонометрия - метод, в основу которого положено поыберем несколько точек, взаимное положение которых определим с самой высокой точностью.борот, должны создаваться в несколько этстроение на местности сомкнутых или разомкнутых многоугольников ( ходов ), в которых измеряют горизонтальные углы между соседними сторонами и длины сторон . Метод полигонометрии применяют обычно в закрытой местности, где трудно обеспечить видимость на большие расстояния.

Геодезические засечки применяют, как правило, для определения координат отдельных точек. В качестве исходных данных используют пункты существующих геодезических сетей, а в качестве измеряемых величин - горизонтальные углы и расстояния.

Плановое положение точки определяется двумя еѐ координатами X, Y, поэтому для реализации любой засечки необходимо измерить, как минимум, две независимые величины ( углы, расстояния ), каким-либо образом связывающие определяемую точку с исходными пунктами.

Наибольшее распространение в практике создания геодезической плановой основы получили прямая и обратная ( боковая )угловые засечки, а также задача Потенота ( определение положения четвѐртой точки по трѐм данным ).

Сущность прямой угловой засечки состоит в том, что искомую точку находят как пересечение двух направлений и с твѐрдых ( исходных ) пунктов и . Направления на определяемую точку задают, измерив горизонтальные углы и с исходной стороной .