vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В настоящее времяв связи с широким использованием светодальномеров метод трилатерации получает всё более широкое применение.

Метод полигонометрии*** состоит в построении геодезической сети путём измерения расстояний и горизонтальных углов между пунктами. Метод олигонометрии для развития геодезической сети широко применяется в закрытой (залесённой, застроенной) местности.

Государственная плановая геодезическая сеть.

Государственная плановая геодезическая сеть служит основой для решения научных задач геодезии, для топографических съёмок, для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Государственная плановая геодезическая подразделяется на четыре класса. Геодезическая сеть 1 класса создаёт исходную геодезическую основу для дальнейшего развития сетей, служит распространению единой системы координат

на всю территорию страны. Сети 2 класса опираются на пункты 1 класса, сгущают её и используются также для решения научно-технических задач. Сети 3 и 4 классов опираются на пункты старших по точности классов и используются на пункты старших по точности классов и используются для сгущения этих сетей до необходимой плотности для решения инженерных задач и съёмок. Сеть геодезических пунктов 1 класса состоит

из полигонов, образованных звень-

ями, длиной до 200 км. и вытянутых вдоль меридианов и параллелей

( рис. 3-5 ).

* - Триангуляция - от латинского слова triangulum - треугольник.

** - Трилатерация - от латинских слов tri (три) и latus (сторона).

***- Полигонометрия - от греческих слов πολν - много, γωνLα - угол, µετρεω -измеряю.

Рисунок 3-5 Схема государственной плановой геодезической сети

Государственная координатная система США 1927

(SPCS27)

Государственная координатная система США 1927г. была утверждена в 1930 г. государственным геодезическим комитетом для того, чтобы установить взаимопонимание и единую систему для геодезистов, картографов и инженеров (NAD 27). При ее разработке, руководствовались следующими критериями :

*Применение конформных картографических проекций.

*Снижение максимальных масштабных расхождений до уровня менее чем одна часть на 10000.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

*Охват всей территории страны минимально возможным числом зон с разными способами проекции.

*Определение границ зон действия определенных проекций.

Нельзя нанести на плоскую карту, при картографировании, объекты, находящиеся на искривленной поверхности Земли, без нарушения углов, азимутов, расстояний и площадей. Но можно изготовить карту таким образом, что некоторые из этих четырех величин останутся неизменными, если выбрать соответствующую ”картографическую проекцию”. Картографическая проекция при которой углы на искривленной земной поверхности, будучи спроецированы на плоскую карту, остаются неизменными – называется ”конформной” проекцией. При разработке государственной координатной системы использовались три конформные проекции. Коническая конформная проекция Ламберта, поперечная проекция Меркатора и косая проекция Меркатора. Проекция Ламберта применялась в тех штатах, форма которых вытянута с востока на запад (напр. Кентукки, Северная Каролина, Теннеси) или которые предпочитали ”разбивку” своей территории на несколько зон, простирающихся с запада на восток. Поперечное проецирование Меркатора использовалось в штатах (или в зонах внутри штатов), простиравшихся с юга на север (напр. Вермонт, Индиана). Косая проекция Меркатора применялась в зоне Аляски, где предыдущие методы проецирования не давали удовлетворительных результатов.

Наземные измерения расстояний в 1930г.г. обычно делались при помощи рулетки или чем нибудь еще с еще меньшей точностью. Точность измерений редко превышала 1/10000. Поэтому, разработчики SPCS27 пришли к выводу, что систематические погрешности масштаба, при проецировании, порядка 1/10000 будут ”поглощены” точностью измерений и вычислений. Если измерения расстояний можно будет делать с точностью, превышающей 1/10000, то проблема может быть решена с помощью вычислений, в которых учитывается поправочный коэффициент масштаба. Таким образом, точность 1/10000 была принята в качестве стандартного уровня, но и там, где требовалась более высокая точность, эта система хорошо работала при внесении корректировки.

При разработке системы SPCS27, для того, чтобы сделать масштабные погрешности менее 1/10000, некоторые штаты нужно было разделить на несколько ”зон действия определенной проекции”. Так, некоторым штатам оказалось достаточной лишь одна зона, некоторым потребовались две или три, а Аляску потребовалось разбить на 10 зон и применять там все три проекции. За исключением Аляски, границы зон определялись границами каждого штата. Обычно существовали значительные области перекрытия этих зон для возможности геодезических работ на объектах, пересекающих границы зон, где точность должна быть не ниже 1/10000.

Потребовалось проделать большую работу многим геодезистам и произвести корректировку топографических измерений с учетом поправочного масштабного коэффициента. С применением этой корректировки, границы зон стали менее важны и любой объект может быть продолжен за границу прилегающей зоны.

Государственная координатная система 1983

(SPCS 83)

В середине семидесятых годов рассматривалось несколько альтернативных вариантов существующей государственной координатной системы. Некоторые геодезисты защищали старую систему (способы проецирования, границы, определяющие константы), другие полагали, что необходимо принять систему на основе только одной проекции. Сторонники новой системы считали действующую систему слишком громоздкой, т.к. она включает в себя три типа проекции и 127 зон.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Были начаты исследования, цель которых состояла в том, чтобы установить можно ли создать систему, которая бы лучше удовлетворяла принципиальным требованиям, чем SPCS 27. Эти требования включают в себя лучшее понимание, упрощение вычислений и применения геодезического измерительного оборудования. В начале казалось, что универсальная поперечная система проецирования Меркатора (UTM) - будет лучшим решением, поскольку для нее уже была установлена длина координатной сетки во всем диапазоне ее использования и основные формулы были идентичны для всех ситуаций. Однако дальнейшие исследования показали, что ее ширина зоны в 6 градусов представляет собой серьезную проблему для применения геодезистами. Например, для того, чтобы расширить зону, необходимо на центральном меридиане установить значение поправочного коэффициента шкалы, равного 1/2500, тогда как на границах этой зоны, его значение должно быть 1/1250. Как обсуждалось выше, аналогичный коэффициент в ”старой” SPCS редко превышал значение 1/10000. В дополнение к этому, корректировочный элемент ”дуга-хорда“, который ”привязывает” наблюдаемый геодезически угол к углам координатной сетки, оказывается завышенным и требует более частого применения. И наконец, границы геодезических зон не совпадают с границами штатов и других административнотерриториальных единиц. Эти проблемы не являлись непреодолимыми, но большинство геодезистов и инженеров считали уже существующую систему SPCS 27 более простой, а UTM не приемлемой из-за слишком резкого изменения фактора масштаба координатной сетки. Исследования снова вернулись к поперечной проекции Меркатора, но с шириной зоны в 20. Эта координатная сетка удовлетворяла первичным условиям как единая национальная система. Уменьшив ширину зоны, фактор масштаба и корректировка ”дуга-хорда” стали не хуже, чем в системе SPCS 27. Основной недостаток 2 градусной ширины поперечной проекции Меркатора состоял в том, что зоны, будучи ограниченными меридианами, редко совпадали с границами страны и самостоятельных административных образований.

Более детальное изучение показало, что, поскольку многим штатам понадобилось бы две или более зон, 20 ширина сетки не может быть повсеместно введена из-за несовпадения границ зон с границами административных единиц. Пришлось бы мириться с тем обстоятельством, что фактор коррекции масштаба или ”хорда-дуга” в некоторых случаях был бы больше, чем в системе SPCS 27. Кроме этого, среднее число зон, приходящееся на один штат, в этом случае - увеличивается.

При изучении этой проблемы, стали очевидными три фактора в пользу возврата к идеологии системы SPCS 27. Эта система была принята в законодательном порядке 37-ю штатами. Существующая координатная сетка применялась на протяжении более 40 лет и большинство геодезистов и инженеров были хорошо с ней знакомы. С появлением электронных калькуляторов и компьютеров, появилась возможность уменьшить число зон и типов проекции. Появилась возможность вносить улучшения в систему, не требующие утверждения в законодательном порядке. Именно это и послужило причиной к возврату к основам философии построения новой системы SPCS 83 по принципу

SPCS 27.

Необходимость разработки SPCS 83 вытекала из принятия NAD 83 (Cеверо Американская система данных). В рамках NAD 83 были переопределены новые координаты для всех горизонтальных контрольных точек в Национальной Системе Геодезических Опорных Точек (NGRS). Величины NAD 27 больше не отвечали требованиям горизонтального контроля, необходимого для геодезистов и инженеров и их нужно было пересчитывать в каждом районе для привязки к координатной сетке. Преимущества NAD 83 состояли в следующем :

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

*Сто пятьдесят лет непрерывных геодезических наблюдений (всего 1,8 миллиона измерений) постоянно корректировались с математическими расчетами, необходимыми для их обобщения, устраняя появляющиеся ошибки.

*Точность межконтинентальной спутниковой триангуляции, точность определения опорных расстояний методами на основе Доплеровского эффекта, интерферометрическими методами улучшило точность координатной сетки.

*Новая форма Земли, согласно Геодезической Системе Отсчета от 1980 г. (GRS 80), которая лучше отражает реальность, чем сфероид Кларка 1866г., который применялся в NAD 27.

*Начало координат, которое переместили со станции Мидз Ранч, Канзас, в центр массы Земли для лучшей совместимости со спутниковыми системами.

Это не только привело к изменениям геодезических координат каждой контрольной точки, но и потребовало изменить Государственную координатную систему по следующим причинам :

*Плоские координаты математически вычисляются (при помощи ”картографических уравнений”) из геодезических координат.

*Новая форма Земли, в соответствии с эллипсоидом GRS 80, определяется отличными от старой модели параметрами (большая и малая оси, эксцентриситет). Эти новые параметры эллипсоида включаются в картографические уравнения и их использование дает разницу в плоских картографических координатах.

*Картографические уравнения стали точными до миллиметра, тогда как старая система, основанная на вычислениях с помощью логарифмической линейки, обычно давала приблизительные результаты.

*Определяющие константы нескольких зон были исправлены.

*Численные величины сетки координат каждой зоны были существенно изменены, что создавало впечатление существенного отличия координат.

*Все координаты в Государственной координатной системе были выражены в метрических единицах.

*В SPCS 83 применялась поперечная проекция Меркатора в приближении Га- усса-Крюгера, тогда как в SPCS 27 применялась форма уравнений ГауссаШрайбера.

Локальные координатные системы.

В большинстве случаев, в направленном бурении применяется локальная система координат в повседневной работе. Эта локальная система имеет прямую зависимость от всего того, что обсуждалось выше в этой главе. При определении локальной координатной системы делается много не очевидных, но важных предположений. Необходимо тщательно определить локальную координатную систему так, чтобы прямые и подразумеваемые связи с ”законной” системой были сохранены.

Локальная координатная система должна иметь свое начало в точке, которая должна быть определена в ”законной” координатной системе. Эта точка должна служить в качестве Структурной точки отсчета в случае только одного элемента (платформа/буровая) или Опорной точки поля (района), если локальная координатная система применяется ко всему месторождению. Термин ”Опорная Точка” в этой главе применяется к любому из этих двух случаев. Опорная точка определена в ”законной” системе координат и в новой локальной системе координат расположена в (0,0). Эта опорная точка имеет только координаты Север и Восток. В дополнение к этому, необходимо определить опорную величину по вертикали для определения правильной глубины по вертикали (TVD) и глубины по стволу скважины (MD). При необходимости, можно определить опорную величину вертикали как для MD, так и для TVD.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Если специально не обговорено обратное, оси Локальной координатной системы сориентированы параллельно осям ”законной” системы координат в которой определена опорная точка.

Очевидно, должна быть определена и единица длины. Это обычно диктуется пожеланиями заказчика или правительственными постановлениями.

По определению, координатная сетка Локальной координатной системы должна использовать Север координатной сетки ”законной системы” для того, чтобы ее можно было правильно нанести. Только в этом случае углы и расстояния могут быть измерены правильно. Если при нанесении данных замеров использовать Истинный Север или Магнитный Север, то взаимосвязь между точками и линиями не будет линейной и поэтому они не могут быть измерены непосредственно рулеткой и компасом. Очень часто эта ошибка (отклонение) - мала, но иногда она бывает достаточно значительна. Во многих случаях правительственные постановления диктуют необходимость использовать Север сетки.

Часто бывает нужным преобразовать

координаты местоположения точки из одной ”локальной системы” в другую. Хорошим примером может служить проект нескольких скважин, пробуренных с одной платформы. В этом случае одной ”локальной” системой координат может служить сама платформа, которая, в свою очередь, расположена в некоторой ”законной локальной” системе, в которой определено ее месторасположение.

Поправкой магнитного наклонения (склонения) является угол между магнитным Севером и истинным Севером. Величины магнитного наклонения меняются в

зависимости от времени и местоположеия.

Рисунок3-6

Проектировщик может по своему усмотрению планировать скважины либо в системе платформы, либо в ”законной локальной системе”. Переход из одной системы координат в другую осуществляется параллельным переносом в направлении Север, Восток (+,-) и поворотом осей вокруг начала координат.Если движение магнитного Севера - постоянно и предсказуемо, то магнитное наклонение может быть вычислено в любой данной точке и в любое данное время.

В настоящее время широко используются диаграммы магнитных наклонений и скоростей их изменения (обычно выраженные как ежегодно меняющиеся). Склонение в

восточном направлении выражается положительными величинами, а в западном направлении - отрицательными. Несмотря на то, что переход от одной системы отсчета к другой кажется легкой задачей, необходимо быть очень внимательным, чтобы учесть относительные направления конвергенции и магнитного склонения. Например, см. рис.

3-6.

Лицензионные границы.

Лицензионные линии обычно устанавливаются должностными лицами правительственной администрации или агентствами и должны иметь четко определенные границы.

TN= Истинный Север

MN= Магнитный Север