3 Создание плановой сети сгущения

3.1 Проект трилатерации IV класса

3.1.1 Требования, предъявляемые к трилатерации IV класса

Трилатерация – способ определения координат геодезических пунктов на местности путем построения сети треугольников, четырехугольников, центральных систем и отдельных вставок, в которых измеряются только длины сторон, а углы вычисляются при наличии исходных пунктов и базисных сторон.

Метод трилатерации используется как при создании сетей ГГС, так и разрядных сетей сгущения IV класса точности, 1 и 2 разрядов, а также при построении специальных инженерных сетей, например создание геодезического обоснования на монтажном горизонте при строительстве высотного здания, создании стендового точного полигона для калибровки фотокамер, цифровых камер и т.д.

Сети трилатерации 4 класса должны соответствовать требованиям [1], которые приведены в табл.2.

Таблица 2

Показатели	Трилатерация
	4-й класс	1-й розряд	2-й розряд
Длина стороны треугольника, км	2-5	0,5-5	0,25-3
Минимально допустимая величина угла треугольника	30 град.	20 град.	20 град.
Предельная длина цепи треугольников между исходными сторонами или между исходным пунктом и исходной стороной, км	14,0	7,0	4,0
Минимальная длина исходной стороны, км	2	1	1
Относительная средняя квадратическая ошибка измерения стороны сети	1:120000	1:80000	1:40000

3.1.2. Выбор месторасположения пунктов трилатерации IV класса

На основе утвержденного проекта проводится рекогностировка геодезических сетей. При рекогностировке уточняется проект сети, намечаются места установки пунктов.

Места установки пунктов трилатерации должны быть легкодоступные, хорошо распознаваться на местности и обеспечивать долгосрочное сохранение центров и знаков.

Пункты на местности надо выбирать так, чтобы можно было использовать их и как точки съемочной сети. Между двумя смежными пунктами должна быть обеспечена видимость с земли. На застроенных территориях, где это возможно, с целью сохранения необходимо предусмотреть закрепление пунктов геодезических сетей стенными знаками.

Места установки пунктов целесообразно выбирать с учетом возможности передачи дирекционных углов с исходных пунктов на пункты полигонометрии по стороне, длина которой не короче средней расчетной.

На пунктах сетей трилатерации, которые создаются как основа крупномасштабных съемок, устанавливают внешние геодезические знаки.

3.1.3 Характеристика запроектированной сети трилатерации IV класса

В данном проекте начальным этапом проектирования геодезической основы топографической съемки масштаба 1:5000 является проектирование сети трилатерации IV класса, опирающейся на имеющиеся пункты III класса точности. Она состоит из цепочки геодезических прямоугольников, в которую входят 13 треугольников (рис. 2), проектировавшиеся в соответствии с требованиями инструкции [1]

Рисунок 2 – Сеть трилатерации IV класса

Общее количество пунктов запроектированной сети – 9. Их координаты были определены вручную по топографической карте.

Таблица 3

№ пункта	Х, м	Y, м	Z,м
1	6015112,5	2361550	50,3
2	6015200	2365587,5	52,5
3	6010900	2369087,5	46,4
4	6007600	2369150	39,0
5	6006562,5	2366900	42,5
6	6006887,5	2365175	41,5
7	6008612,5	2363162,5	41,8
8	6012062,5	2361587,5	41,0
9	6010775	2364112,5	51,8

3.1.4 Закрепление пунктов трилатерации IV класса

По данной топографической карте запроектирована сеть трилатерации IV класса, состоящая из 9 пунктов. Все пункты расположены на незастроенной территории, к ним применяются требования инструкции [1].

Выбранные в натуре места для закладки пунктов закрепляют временными знаками (кольями, металлическими штырями, окапывание т.д.) и на них составляют абрисы с привязкой к постоянным предметам местности не менее чем тремя промерами. При закладке промеры уточняют.

На пунктах сетей трилатерации устанавливают внешние геодезические знаки таких типов: туры и металлические пирамиды-штативы с визирными целями, снимающихся четырехгранные и трехгранные металлические пирамиды. Г-образные вехи могут использоваться только как временные геодезические знаки. Установка внешних знаков следует выполнять в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

Визирные цели геодезических знаков должны быть малофазными и иметь такие размеры: высота визирного цилиндра 0,50 м, диаметр 0,25 м. Расстояние от инструментального столика до нижнего диска визирного цилиндра должна быть не менее 0,8 м. Малофазная цилиндрическая поверхность создается краями радиально расположенных планок, прикрепленных к дискам. Внешние знаки должны быть стойкими и крепкими, чтобы обеспечить возможность измерения углов при ветре средней силы. Знаки должны быть симметричными относительно вертикальной оси. Отклонение проекций центров визирного цилиндра и столика для прибора от центра пункта может быть не более 5 см. Во всех случаях пирамида-штатив или внутренняя пирамида простого сигнала, на которых крепится столик для прибора, не должны соприкасаться с площадкой для наблюдателя.

На время наблюдений на пирамиды-штативы разрешается устанавливать вехи высотой не больше их двойной высоты, подняв стандартную визирную цель на специальных трубчатых элементах с оттяжками.

Металлические геодезические знаки должны быть защищены от коррозии специальным антикоррозийным покрытием.

Пункты геодезических сетей IV класса закрепляют центрами соответственно требований [7].

В сельской местности пункты трилатерации закрепляют постоянными центрами типа У15, У15Н. Закрепление пунктов постоянными центрами осуществляют не реже чем через 1000 м. Центры должны располагаться попарно, обеспечивая закрепление каждой из линий. Узловые точки подлежат обязательному закреплению постоянными центрами типа У15 или У15Н.

Внешнее оформление центров пунктов IV класса выполняют окапыванием круглой (в плане) формы (кроме центра типа 160, внешнее оформление которого выполняют окапыванием квадратной формы) с канавой

шириной 50 см сверху, 20 см внизу и глубиной 30 см. Внутренний радиус окапывание 1,3 м. Над центром насыпают курган высотой 10 см.

Пункты съемочной сети закрепляют на местности центрами, обеспечивающими длительное сохранения пунктов и временными центрами с целью сохранения их на время съемочных работ.

Центрами длительного хранения могут быть:

• Бетонный параллелепипед с размерами 10х10х70 см, в вершину которого закладывают штырь или кованый гвоздь;

• Марка, штырь, труба, болт, железнодорожный костыль т.п., которые закрепляют цементным раствором в бетонные основания различных сооружений, на участке земли с твердым покрытием или в скале;

• Пень свежесрубленного деревья диаметром не менее 15 см, обработанный в виде столба, с вырезом для надписи, полочкой и забитым кованым гвоздем.

Бетонные центры длительного хранения закладывают на глубину 60 см и окапывают канавами в виде квадрата со сторонами 2,0 м, глубиной 0,3 м, шириной в нижней части 0,2 м и верхней части 0,5 м. Их устанавливают в местах, обеспечивающих их сохранения, технику безопасности и удобство использования при топографическом съеме, изысканиях и строительстве, а также следующую их эксплуатацию. Не разрешается проводить закладка центров длительного хранения на пашне и болотах, проезжей части, вблизи бровок русел рек, размываются, и вблизи берегов водохранилищ.

Временными центрами могут быть пеньки деревьев, деревянные колья диаметром 5 - 8 см с гвоздем, забитым в верхний срез кола (пенька), а также железные трубы, штыри, угловая сталь, забитые в грунт на 0,3 - 0,4 м с насечкой на металле.

Пункты плановой основы нумеруют порядковыми номерами таким образом, чтобы на объекте не было одинаковых номеров. При включении в ход (сеть) пунктов предыдущих работ менять присвоены им ранее номера не разрешается.

3.1.5 Выбор прибора для производства полевых работ

В соответствии с требованиями к приборам при проектировании сети полигонометрии, трилатерации IV класса и полигонометрии 1 разряда (СКО измерения угла в полигонометрии IV - 3″, 1 разряда - 5″ и относительная ошибка измерения стороны не более 1:40000 в полигонометрии и 1:200000 – в трилатерации) измерение углов и длин линий можем произвести электронным тахеометром Sokkia SET 230 R (рис 3).

Рисунок 3 - электронный тахеометр Sokkia SET 230 R

Электронные тахеометры Sokkia 230R (оборудованные новым цифровым дальномером) позволяют измерять расстояния без использования отражателей, позволяет выполнять измерения на точки, на которые невозможно или опасно устанавливать отражатель. Узкий видимый лазерный луч имеет малый диаметр, поэтому измерения сквозь препятствия (листву, деревья, заборы) стали как никогда простыми. Переключение режима работы "без отражателя" - "призма" - "пленка" осуществляется одной кнопкой. Питание электронного тахеометра осуществляется от Li-Ion аккумулятора (вес - около 100 гр.). Аккумуляторы можно приобрести в магазинах бытовой электроники. Управление электронным тахеометром осуществляется 15 клавишами. При необходимости быстрого ввода имен точек и координат можно использовать беспроводную клавиатуру SF14, имеющую 37 клавиш. Возможность настройки пользователем раскладки клавиатуры позволяет присвоить нужное значение любой программной клавише. Предусмотрено измерение и сохранение данных нажатием одной кнопки. Объем внутренней памяти 10 000 точек. В дополнение к внутренней памяти возможна установка считывателя SCRC2 для Compact Flash карт. Внутреннее программное обеспечение: определение координат, вынос в натуру координат и линий, обратная засечка, высота недоступного объекта, определение угла методом повторений, определение недоступного расстояния, проекция точки на линию, вычисление площади. Стандартный комплект: электронный тахеометр на трегере, 2 аккумулятора, зарядное устройство, юстировочные инструменты, руководство пользователя, футляр, плечевые ремни, программа передачи данных, свидетельство о поверке.

Технические характеристики тахеометра Sokkia SET 230 R представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Параметр	Значение
Точность измерения углов	2"
Увеличение, крат	30
Компенсатор/диапазон работы компенсатора	±3
Минимальное расстояние фокусирования	1,3
Минимальное измеряемое расстояние	1,3
Точность измерения расстояний на призму, мм	± (2 + 2 х 10-6 х D)
Время измерения расстояний	1,3
Рабочая температура	От -20 до + 50
Время работы от одного аккумулятора, часов	6
Время заряда одного аккумулятора,часов	2
Вес, кг	5,4

3.1.6 Методика выполнения полевых работ

Для проведения полевых работ был выбран электронный тахеометр Sokkia SET 230 R. Согласно инструкции общий порядок работы с электронными тахеометрами заключается в выполнении ряда действий:

- выбор и фиксация в приборе единиц измерений для углов, расстояний, температуры и давления. Данные установки прибора сохраняются при отключённом питании, так что эта процедура выполняется один раз;

- проверка и фиксация в приборе MZ - места зенита вертикального круга и С - коллимационной ошибки. MZ и С - определяются и фиксируются в приборе заводом-производителем, точность их определения обеспечивает точность измерений при использовании одного положения круга. Рекомендуется время от времени проверять эти зафиксированные значения и при потребности переопределять их.

Описание станции наблюдения заключается в следующем:

- задание кода работ, которые планируется выполнять (построение съемочной основы или разнообразные съемок);

- описание станции наблюдений (её название или номер);

- описание направлений наблюдений (их названия или номера).

При выполнении разнообразных съёмок описывается только станция наблюдений и направление на один из пунктов геодезической основы (ориентирное направление).

Измерения на станции наблюдения производится таким образом:

- устанавливается начальное направление;

- проводятся измерений на станции;

- регистрация измеренные величины.

При измерении углов должны соблюдаться допуски, приведённые в таблице 5.

Таблица 5

Элемент измерения	Допуск
Расхождение между значениями одного и того же угла, которые получены из разных полуприёмов	8˝
Отклонение значение угла, которое получено с разных полуприёмов	8˝
Расхождение между результатами наблюдений на начальном направлении в начале и в конце полуприёма	8˝
Отклонение значений направлений, которые приведены к общему нулю, в отдельных приёмах.	8˝

3.2 Проект полигонометрии IV класса

3.2.1 Требования, предъявляемые к полигонометрии IV класса

Сети полигонометрии IV класса создаются в виде отдельных ходов или систем ходов. Отдельный ход полигонометрии должен опираться на два исходные пункта, на которых измеряют прилегающие углы. В случае отсутствия видимости с земли между исходными пунктами допускается проложение хода полигонометрии, который опирается на два исходных пункта без угловой привязки на одном из них, а так же допустима координатная привязка к пунктам геодезической сети. Проложение висячих ходов не допускается.

При создании сети полигоноиетрии IV класса и 1 разряда необходимо придерживаться требований, приведенных в табл.6.

Таблица 6.

Показатели	4-й класс	1-й разряд
Предельная длина хода, км: отдельного между исходной и узловой точками между узловыми точками
	14,0	7,0
	9,0	5,0
	7,0	4,0
Предельный периметр полигона, км:	40	20
Длины сторон хода, км: наибольшая наименьшая средняя
	3,0	0,80
	0,25	0,12
	0,50	0,30
Количество сторон в ходе, не более	15	15
Относительная ошибка хода, не более	1:25000	1:10000
Средняя квадратическая ошибка измеренного угла ( по невязкам в ходах и в полигонах), угловые секунды, не более	3	5
Угловая невязка хода или полигона, угловые секунды, не более, где n – количество углов в ходе
Средняя квадратическая ошибка измерения длины стороны, см: до 500 м от 500 до 1000 м свыше 1000 м
	1	1
	2	2
	1:40000	-

3.2.2. Выбор месторасположения пунктов полигонометрии

Ходы полигонометрии необходимо прокладывать на местности, которая является наиболее благоприятной для проведения угловых и линейных измерений.

Места установки пунктов полигонометрии должны хорошо распознаваться на местности и обеспечивать долгосрочное сохранение центров и знаков, а так же быть легкодоступными. Пункты на местности необходимо выбирать таким образом, чтобы можно было использовать их и в качестве точек съемочной сети. Между двумя смежными пунктами должна быть обеспечена видимость. На застроенных территориях, где это возможно, с целью сохранения необходимо предусмотреть закрепление пунктов геодезических сетей стенными знаками. Места установки пунктов целесообразно выбирать с учетом возможности передачи дирекционных углов с исходных пунктов на пункты полигонометрии по стороне, длиной не короче средней расчетной.

3.2.3 Характеристика запроектированных ходов полигонометрии IV кл.

В данной работе была запроектирована сеть полигонометрии, опирающаяся на 3 пункта трилатерации III класса, описанные ранее в пункте 1.3.

Всего было запроектировано 8 пунктов. Их координаты определены вручную по топографической карте и представлены в таблице 7.

Таблица 7

№ пункта	Название пункта	Х, м	Y, м
1	П1	6013287,5	2364775
2	П2	6012350	2365250
3	П3	6010775	2365937,5
4	П4	6009587,5	2366375
5	П5	6012487,5	2367325
6	П6	6011225	2366762,5
7	П7	6012850	2366637,5
8	П8	6013475	2366962,5

Положение пунктов полигонометрии обозначено на схематическом изображении полигонометрии IV класса и 1 разряда (Приложение Г ).

Для всех сторон полигонометрии IV класса построены профиля видимости (Приложение В). Если видимости нет, то возникает необходимость установки пирамиды. Пирамиды бывают трехгранные и четырехгранные, металлические или деревянные, их сооружают на тех пунктах, с которых наблюдения будут выполняться с земли [1]. В данной работе такая необходимость возникла.

3.2.4 Закрепление пунктов полигонометрии IV класса

Пункты геодезических сетей должны надежно закрепляться на местности таким образом, чтобы обеспечивалась неизменность их положения и целостность на протяжении продолжительного времени. Пункты полигонометрических ходов и сетей на местности закрепляются центрами и знаками.

Центры геодезических пунктов служат для точного обозначения места пункта и долговременной сохранности. Центры имеют различную конструкцию и разделяются на типы, зависящие от физико-географических условий района работ, характера грунта, глубины его промерзания. Центры изготовляют из бетона, либо из металлических труб, заполненных бетонным раствором и надежно защищенных от действия коррозии. В верхней части бетонного блока или трубы заделывается специальная металлическая марка с отверстием, которое является носителем координат.

При развитии геодезического обоснования в городах и на промышленных площадках все пункты полигонометрии IV класса, 1 и 2 разряда закрепляются постоянными знаками.(рис 4)

Рис 4 - Центр пункта полигонометрии 4 класса

Наружные знаки устанавливаются над центрами пунктов для обеспечения прямой видимости между пунктами при измерении углов (горизонтальных и вертикальных) и длин светодальномерами.

Наружные знаки устанавливаются следующих типов:

- простая пирамида - металлическая или деревянная, трёхгранная или четырёхгранная. Устанавливается в тех случаях, когда видимость между пунктами открывается непосредственно с земной поверхности.(рис 5)

- пирамида-штатив - металлическая или деревянная, устанавливается в том случае, если инструмент необходимо поднять над землёй на высоту от 1,2 м до 6м. Металлическая пирамида-штатив может иметь съёмный визирный цилиндр. Кроме этого должна быть стационарная или разборная (переносная) площадка для наблюдателя.

Рисунок 5– Простая пирамида

3.2.5 Выбор приборов для производства полевых работ

Согласно предъявленным к приборам требованиям при проектировании полигонометрии IV класса (точность измерения угла 3") измерение углов может производиться электронным тахеометром Sokkia SET 230 R, который описан в пункте 3.1.5. 

3.2.6 Методика выполнения полевых работ

Измерение углов в сетях полигонометрии производится способом измерения отдельного угла или способом круговых приёмов по трехштативной системе. Центрирование прибора над точкой осуществляется с точностью до 1 мм. Способ круговых приёмов используют тогда, когда количество направлений на пункте больше 2. Выбирается направление с наилучшей видимостью, например NA, которое называют начальным направлением. Измеряются углы, образованные начальным направлением и всеми остальными сторонами.

Рис.6 – Схема измерения углов способом круговых приемов

Установив тахеометр в точке N последовательно наводят трубу на точки А, В, С, D, А и берут отсчёты при положении КЛ. Заканчивают наведение на начальное направление А (замыкание по горизонту). На этом заканчивается полуприём. Во втором полуприёме труба переводится через зенит и при КП наводят трубу на начальное направление А, далее, вращая алидаду против хода часовой стрелки наводят на D, С, В, А, каждый раз беря отсчёты по лимбу.

Результаты записывают в журнал. Измерения производят несколькими приёмами, количество которых устанавливаются инструкцией в зависимости от типа тахеометра и класса полигонометрии .

Каждый последующий приём выполняют аналогично, но для ослабления влияния ошибок штрихов лимба, его представляют на величину

(или 5), (1)

где n - число приёмов.

Значение начального направления будет иметь две величины (из-за ошибок наблюдений в полуприёме). Разность отсчетов на начальное направление А (незамыкание горизонта) распределяется на все направления с обратным знаком в соответствии формулой (2).

(2)

где _ср – средняя величина не замыкания горизонта, в секундах.

В каждом приёме направление надо привести к общему нулевому направлению. Окончательное значение измеренного направления берётся как среднее из n-приёмов.

Способ отдельного угла применяется при наличии на пункте только двух направлений. Порядок наблюдений при этом остаётся такой же, как и в способе круговых приёмов. Отличие состоит в том, что на начальный пункт повторно не визируют (не производят замыкание горизонта), и алидаду вращают, как в первом, так и во втором полуприёмах, по ходу часовой стрелки.

Установив прибор в точке N последовательно наводят трубу на точки А, В и берут отсчёты. На этом заканчивается полуприём. Во втором полуприёме труба переводится через зенит и при КП наводят трубу на начальное направление А, далее, вращая алидаду против хода часовой стрелки наводят на В, А, берут отсчеты по лимбу.

Рис. 7 – Схема измерения углов способом измерения отдельного угла

Результаты записывают в журнал. Измерения производят несколькими приемами, количество которых устанавливаются инструкцией в зависимости от типа тахеометра и класса полигонометрии.

Направление на стенные знаки в полигонометрии 4класса измеряют тремя круговыми приёмами, после окончания измерения углов по ходу. В полигонометрии 1 и 2 разряда направление на стенные знаки измеряются по программе измерения основных углов.

3.3 Предрасчет и анализ точности запроектированной линейно-угловой сети

IV класса

3.3.1 Подготовка исходных данных для предрасчета

По окончанию полевых работ приступают к вычислительной обработке результатов полевых измерений. Цель обработки - оценка качества и точности произведённых измерений, получение предварительных координат и окончательных координат пунктов.

Вычислительная работа предусматривает следующие этапы обработки результатов полевых измерений:

1. Предварительная обработка результатов полевых измерений;

2. Уравнительные вычисления;

3. Составление каталога.

Результаты измерений обрабатываются при помощи программы «МГСети».

Производится ввод координат пунктов (стояния, визирования вперед и назад), и отметок реперов нивелирования. Исходные данные для предрасчета указаны в таблицах 3 и 6.

Программа «МГСети» производит расчет результатов и выводит на экран:

- уравненные координаты точек сети (среднии квадратические ошибки М_х и М_у);

- результаты уравнивания измерений по станциям (углы между пунктами и длины сторон);

- уравненные стороны по станциям (дирекционный угол, средняя квадратическая ошибка дирекционного угла, длины линий, средняя квадратическая ошибка длин линий, относительная ошибка).

3.3.2 Анализ результатов предрасчета точности запроектированной сети

В начале работы с программой были установлены среднеквадратические ошибки. В данном случае, согласно инструкции СКО для полигонометрии для вертикального и горизонтального угла - 3’’. СКО измерения длинны – 2+2*10⁶. СКО измерения высоты инструмента – 4,0.СКО измерения высоты визирования – 5,0, ошибка единицы веса превышения – 6,5662

После того, как запроектирована сеть сгущения, необходимо убедиться, соответствует ли точность сети требованиям, которые предъявляются к данной сети сгущения инструкцией. По результатам можно сделать вывод, что максимальная относительная ошибка хода равна 1:43748 и не превышает допустимую (для 4 класса согласно инструкции она составляет 1:25000).

Согласно п. 1.1.16 [1] средние ошибки в положении на плане предметов и контуров местности с четкими абрисами относительно ближайших точек съемочного обоснования не должны превышать 0,5 мм. Для перехода от средних ошибок к средним квадратическим ошибкам используется коэффициент 1,25. Тогда =0,625 мм.

Для нашего масштаба =0,625*5=3,125м. Полученная величина справедлива для точек контура.

Чтобы погрешность координат низших разрядов не влияла на точность координат точек высших разрядов, они должны быть определены с заданной точностью. Источники погрешностей считаются пренебрежительно малыми, если они составляют не более 20%-30%. Следовательно, для теодолитного хода =0,3*3,125=0,9375 м; для полигонометрии 1 разряда =0,3*0,9375=0,2812 м; для полигонометрии и трилатерации IV класса =0,0844 м.

Необходимо вычислить величину для каждой точки и сравнить с в соответствии с заданным классом и разрядом.

Максимальная Ml в сети трилатерации IV класса – 0,0077 м, полигонометрии IV класса – 0,0176 м (Приложение Е); полигонометрии 1 разряда – 0,0139 м (Приложение Ж). Следовательно, вычисленные Ml не превышают допустимого значения.

Результаты предрасчета точности для линейно-угловой сети IV класса представлены в Приложении Е, результаты предрасчета точности для линейно-угловой сети 1 разряда – в Приложении Ж.