нктроЕ И нЕ г м р ш и е иш ш и и у и щ

И11.2. Геодезическое съемочное обоснование

Геодезическое съемочное обоснование создается с целью сгу­ щения (т. е. для дальнейшего увеличения числа геодезических пун­ ктов, приходящихся на единицу площади) геодезической плановой и высотной основы до плотности, обеспечивающей выполнение крупномасштабной топографической съемки (1:5000—1:500). Съе­ мочное обоснование развивается от пунктов главной геодезиче­ ской сети и сетей сгущения в виде теодолитных, тахеометрических ходов и микротриангуляции. Высоты точек съемочных сетей опре­ деляются геометрическим или тригонометрическим нивелирова­ нием.

Теодолитным ходом называют замкнутый или разомкнутый многоугольник, в котором измерены все стороны dv d2, d nи углы Pj, Р2г ---г РЛ. Стороны теодолитного хода измеряют светодальномером, мерной лентой (рулеткой) или дальномером двойного изобра­ жения. Горизонтальные углы — шкаловыми теодолитами типов 4Т30Пидр. (рис. 11.1)

По измеренным сторонам и углам после их соответствующей обработки получают координаты точек хода. т. е. теодолитный ход создает дополнительные пункты с известными координатами X. Y .

Тахеометрический ход — это также замкнутый или разомкну­ тый многоугольник, в котором измерены все стороны, горизон­ тальные и вертикальные углы. Стороны тахеометрического хода измеряются любым дальномером (в том числе и нитяным), верти­ кальные и горизонтальные углы — любым техническим теодоли­ том или тахеометром. В результате проложения тахеометрического хода получают дополнительные точки с известными координатами

и высотами Xг, Y/', НI.

Таким образом, теодолитный ход определяет положение точек только в плане, а тахеометрический ход — ив плане, и по высоте.

d3 Р ис. 11.1. Р а зо м к н у т ы й

и за м к н у т ы й т е о д о л и т н ы е х о д ы

Стороны ходов желательно делать примерно равными. Сред­ няя длина сторон тахеометрического и теодолитного хода 200 — 250 м, минимальная — не менее 40 м. При измерении длин светодальномером стороны могут быть увеличены до 500 м.

Теодолитные и тахеометрические ходы служат геодезической основой теодолитной и топографических съемок и используются также при выполнении обмеров объектов недвижимости и реше­ нии инженерных задач.

Координаты пунктов теодолитных и тахеометрических ходов и высоты пунктов тахеометрических ходов вычисляются в общегосу­ дарственной системе координат и высот. С этой целью теодолит­ ные и тахеометрические ходы привязывают к пунктам государ­ ственной сети.

■ 11.3. Выбор масштаба топографической съемки и высоты сечения рельефа _ _ _ _ _ _

Масштаб съемки и высота сечения рельефа определяют содер­ жание и точность нанесения ситуации и рельефа на топографиче­ ском плане или карте.

С увеличением масштаба топографической съемки и умень­ шением высоты сечения рельефа повышается точность планов и карт и подробность изображения на них ситуации и рельефа местности. Точность полевых измерений при съемке должна со­ ответствовать точности масштаба, в котором будет составляться план. Поэтому чем точнее и детальнее требуется получить данные с плана при проектных и других расчетах, тем точнее следует про­ изводить съемочные работы и тем крупнее должен быть масштаб плана.

Однако повышение точности и подробности съемки ведет к усложнению методов ее производства и увеличивает затраты тру­ да и средств на единицу снимаемой площади. Поэтому при топог­ рафической съемке следует выбирать такие ее масштаб и сечение рельефа, которые обеспечивали бы необходимую точность, де­ тальность и полноту изображения элементов местности при ми­ нимальной стоимости работ. Следовательно, основным услови­ ем правильного выбора масштаба съемки и высоты сечения рель­ ефа является соответствие между точностью плана или карты и требуемой точностью проектирования и перенесения проекта в натуру.

Под точностью топографического плана (карты) понима­ ют допустимые средние либо предельные погрешности в положе­ нии контуров, предметов местности и высот точек по отноше-

312 нию к плановому и высотному обоснованию.

Средние погрешности в положении на плане точек ситуации

относительно ближайших точек съемочного обоснования не долж­ ны превышать»:

—предметов и контуров с четкими очертаниями — 0,5 мм; в гор­ ных и залесенных районах — 0,7 мм;

—на территориях с капитальной и многоэтажной застройкой предельные погрешности во взаимном положении на плане то­ чек ближайших контуров (капитальных сооружений, зданий и т. п.) не должны превышать 0,4 мм.

Средние погрешности съемки рельефа относительно ближай­ ших точек геодезического обоснования не должны превышать по высоте:

—1/4 принятой высоты сечения рельефа h при углах наклона до 2°;

—1/3h при углах наклона от 2 до 6° для планов масштабов 1:5000, 1:2000 и до 10° для планов масштабов 1:1000 и 1:500;

—1/2h при сечении рельефа через 0,5 м на планах масштабов 1:5000 и 1:2000.

В залесенной местности эти допуски увеличиваются в 1,5 раза. Число горизонталей на картах и планах в районах с углами на­ клона свыше 6° для планов масштабов 1:5000 и свыше 10° для пла­ нов масштабов 1:1000 и 1:500 должно соответствовать разности вы­ сот, определенных на перегибах скатов, а средние погрешности высот характерных точек рельефа не должны превышать 1/3 при­

нятой высоты сечения рельефа.

Факторы, влияющие на выбор масштаба съемки, делятся на производственные, природные, технические и экономические.

Внастоящее время для удовлетворения нужд промышленного

игражданского строительства выбор масштаба съемки и планов регламентируется многочисленными нормативными документами, учитывающими специфику отдельных видов строительства. Для отдельных стадий проектирования устанавливают, как правило, два или три масштаба съемки и плана.

Для предрасчета масштаба съемки с учетом требований проек­ тирования к размещению зданий и сооружений в натуре при гра­ фическом способе подготовки проектных данных можно использо­ вать формулу:

М = 0,06 A	стр	/ t	граф'
'

где Дстр — строительный допуск на размещение объектов в натуре; £рраф — графическая точность масштаба плана; М — знаменатель масштаба съемки.

Для обоснования выбора масштаба топографической съемки при составлении кадастрового плана и др. и отражения в нем досто­ верных данных количественного учета земель используется крите-

рий допустимой погрешности определения площади участка; при этом расчетный знаменатель масштаба съемки определяется как

М = 2500nWs,

где S — средняя площадь оцениваемого участка, га; ms — допусти­ мая погрешность определения площади (в процентах), зависящая от таких факторов, как балльная оценка сельскохозяйственных зе­ мель, стоимость городских земель и др.

Высота сечения рельефа определяет точность изображения ре­ льефа и влияет на качество работ, особенно проектов вертикальной планировки. Высоту сечения рельефа устанавливают в зависимо­ сти от масштаба плана и характера рельефа местности с таким рас­ четом, чтобы горизонтали на плане не сливались между собой, ре­ льеф изображался с достаточной точностью и легко читался.

Для топографических планов и карт масштабов 1:5000— 1:25 ООО высоту сечения рельефа можно рассчитать по формуле:

h = 0,2M мм,

где М — знаменатель численного масштаба плана.

Так, для масштаба 1:10 ООО величина h, рассчитанная по этой формуле, составит 2 м, для масштаба 1:5000 — 1 м.

Высоту сечения рельефа можно также определить из соотно­ шений:

h = 5mh или h = 5т , h н'

где mh — средняя квадратическая погрешность определения пре­ вышений при съемке; тн — средняя квадратическая погрешность определения отметок точек по горизонталям на плане.

В зависимости от характера рельефа местности (равнинный, всхолмленный, пересеченный, горный и предгорный) для каждого масштаба съемки приняты 2—4 значения высоты сечения рельефа: для масштаба 1:5000 —0,5 — 5,0 м; 1:2000 — 0,5 —2,0 м; 1:1000 и 1:500 — 0 ,5 - 1,0 м

В исключительных случаях, при съемках подготовленных и спланированных площадей с максимальными преобладающими уг­ лами менее 2° допускается принимать высоту сечения рельефа 0,25 м. На значительных по площади участках съемочного планше­ та, где преобладающие углы наклона местности различаются на 2° и более, разрешается применять две высоты сечения рельефа. На участках, где расстояния между основными горизонталями превы­ шают на плане 2,5 см, для изображения характерных деталей рель­ ефа следует обязательно использовать полугоризонтали*.

* Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 314 1:500. М.: Недра, 1985.

И11.4. Теодолитная съемка_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Теодолитную съемку выполняют для составления горизонталь­ ного (контурного) плана объектов недвижимости со сложной ситу­ ацией и др. в крупных масштабах (1:500—1:200).

Горизонтальные углы при съемке измеряют теодолитом, а дли­ ны линий — мерной лентой, лазерной рулеткой или дальномером с относительной погрешностью не более 1/2000.

Теодолитную съемку осуществляют с пунктов и сторон теодо­ литного хода различными способами (способ полярных координат, способ створа перпендикуляров, линейных и угловых засечек) в за­ висимости от характера местности и др. (рис. 11.2).

Р и с . 11.2. С п о с о б ы с ъ е м к и си т у а ц и и :

а, б — сп о со б п ер п ен ди к ул я р о в; в — сп о с о б п олярн ы х коорди н ат ; г — сп о со б угл о вы х за сеч ек; д — с п о с о б ли н ей н ы х за сеч ек;

е — сп о со б ст во р а

При съемке одновременно с измерениями ведут абрис (рис. 11.3), в котором указывают результаты измерений и ситуацию. Эта ин­ формация необходима при составлении топографического плана.

г л а в а и

Рис. 11.3. Абрис участка съемки

Способ полярных координат. Он состоит в измерении теодо­ литом горизонтального угла от стороны теодолитного хода до на­ правления на точку и расстояния от вершины измеряемого утла до снимаемой точки стальной лентой или лазерной рулеткой, оптиче­ ским или нитяным дальномером.

Способ перпендикуляров. Положение контурной точки опре­ деляется путем измерения стальной рулеткой длины перпендику­ ляра, опущенного из точки на сторону теодолитного хода, и рассто­ яния от начала стороны до основания перпендикуляра.

Короткие перпендикуляры строят на глаз или при помощи ру­ летки, более длинные — лазерной рулеткой.

Метод угловых засечек. Этот метод используется в тех случа­ ях, когда трудно измерить расстояние до определяемой точки. Из двух точек теодолитного хода измеряют углы между стороной

316 хода и направлениями на определяемую точку одним полупри-

емом с точностью 30". Угол засечки не должен быть менее 30° и более 150°.

При окончании полевых работ с помощью координатографа или линейки Ф.В. Дробышева и др. строят координатную сетку в виде сетки квадратов со сторонами 10 см. По вычисленным коорди­ натам наносят точки теодолитного хода. Точки контуров на плане строят от точек сторон теодолитного хода в соответствии с абрисом (рис. 11.3).

Этот метод топографической съемки применяют на небольших открытых участках местности со спокойным рельефом.

Способ линейных засечек используется при съемке объектов с четкими очертаниями. От двух точек теодолитного хода лентой или лазерной рулеткой измеряют расстояния до определяемой точки, причем длина засечек не должна превышать длины мерного прибо­ ра (20-50 м). Углы опорных зданий определяют с контролем тремя засечками.

Способ створа состоит в определении положения объектов от­ носительно створной линии, которой является одна из сторон тео­ долитного хода. Способ створа сочетают с методами перпендикуля­ ров и линейных засечек. Его широко используют при внутриквар­ тальной съемке.

Длины сторон теодолитного хода измеряются мерными лента­ ми (рулетками) или дальномерами. При измерении длин линий лен­ той относительная погрешность не должна быть более 1 / 2000. Сто­ роны ходов желательно иметь примерно равными, минимальная длина стороны хода 40 м, максимальная — 350 м, средняя — 200 — 250 м. При измерении сторон хода светодальномерами длина линии может быть увеличена до 500 м.

Длины теодолитных ходов зависят от масштаба съемки (табл. 11.1). Например, при съемке в масштабе 1:500 длина хода не должна быть более 0,8 км на застроенной территории и 1,2 км на незастро­ енной территории. Горизонтальные углы в теодолитных ходах из­ меряют теодолитами технической точности полным приемом. Рас­ хождение значений угла из полуприемов не должно быть более 1 Вершины теодолитных ходов закрепляют деревянными кольями, металлическими штырями.

Состав полевых и камеральных работ при проложении замкну­ того теодолитного хода 1—2—3—4—5—1показан на рис. 11.1. Точка 1 хода является пунктом полигонометрии. С помощью теодолита из­ меряют горизонтальные углы Р}, Р2, Р3, Р4. Длины сторон хода dx2, d23, d34, d4_j измеряют мерной лентой. Каждую сторону измеряют дважды: в прямом и обратном направлениях. Точность измерения углов Г, длин сторон — Ad / d = 1 / 2000.

Данные измерений теодолитного хода записывают в журнал (табл. 11.2).

	Допустимая длина теодолитного хода, км				Таблица 11.1
Масштаб	Открытая местность, застроенная			Закрытая местность
съемки		территория
		Для теодолитных ходов точности
	1:3000	1:2000	1:1000	1:2000	1:1000
1:5000	6,0	4,0	20,	6,0	3,0
1:2000	3,0	2,0	1,0	3,6	1,5
1:1000	1,8	1,2	0,6	1,5	1,5
1:500	0,9	0,6	0,3	-	-

Таблица 11.2

Журнал измерения горизонтальных углов и углов наклона

№№№ Положения Отсчеты по Разность Среднее Отсчеты по Место Значе­

стан­	то­	вертикаль­	горизон­	отсчетов значение вертикаль­	нуля	ние угла
ции	чек	ного круга	тальному	угла ному кругу	МО	наклона
		КП(КЛ	кругу
	1		117°36,5'	+1°36,5'	-0(75'	+Г37.25'
		КЛ		118°24,5'
	3		236°01,0'	-3°20,0'	- 1,0'	-3°19,0'
2				118°24,75'	^	3
	3		300°18,5'	-1°38,0'
		КП		118°25,0'
	1		58°43,5'	+3°18,0'	2	1

Данные измерений горизонтальных углов при двух положени­ ях вертикального круга теодолита (КА и КП) внесены в соответ­ ствующую графу журнала.Исходными данными для вычисления координат точек теодолитного хода являются:

—координаты точки 1 х{, ух(например, пункта полигонометрии); —горизонтальные проложения сторон хода; —горизонтальные углы;

—дирекционный угол исходной стороны а12; а2 3 = ах2+ 180° - Р2.

И 11.5. Тахеометрическая съемка _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

«Тахео» означает быстро. При тахеометрической съемке в ка­ честве съемочного обоснования прокладывается тахеометриче­ ский ход или теодолитный ход с последующим нивелированием его точек. Для ускорения работы тахеометрическая съемка может выполняться одновременно с проложением тахеометрического хода.

Тахеометрический ход — это ломаная линия на местности, все вершины которой соответственно закреплены. Точки хода на мест- 318 ности выбирают так, чтобы обеспечивалась взаимная видимость,

обзор вокруг точки для удобства последующей съемки в радиусе 150-200 м.

Длина тахеометрического хода определяется (на основе мас­ штаба съемки и точности измерении) по формуле предельной отно­ сительной невязки тахеометрического хода.

Тахеометрическую съемку выполняют тахеометром или теодо­ литом при создании планов земельных участков в крупных масшта­ бах на пересеченной, а также застроенных территорий. С приме­ нением электронных тахеометров появилась возможность при ре­ шении архитектурных задач создавать цифровую модель местности и объектов недвижимости. Плановое обоснование создают обычно путем проложения теодолитных ходов. Отметки точек теодолит­ ных ходов определяют геометрическим нивелированием (высо­ тное обоснование). Съемку предметов, контуров и рельефа мест­ ности производят полярным способом, отметки точек определяют тригонометрическим нивелированием.

При съемке в масштабе 1:2000 с сечением рельефа горизон­ талями через 1 м допускаются S < 100 м при съемке границ конту­ ров и 5 < 250 м — при съемке рельефа. Расстояние между пикета­ ми на равнинной местности не должно превышать 40 м (2 см на плане).

При съемке ситуации, рельефа местности вертикальные и го­ ризонтальные углы измеряют при одном положении вертикально­ го круга тахеометра, а расстояния до реечных точек (пикетов) — дальномером.

Реечные точки выбирают в характерных для вертикальной структуры рельефа местах — на вершинах холмов, линиях водораз­ дела, берегах водоемов и на характерных точках ситуации.

Порядок работы на станции следующий:

1)устанавливают тахеометр в рабочее положение над точкой те­ одолитного хода. В процессе съемки на каждой станции состав­ ляют абрис — схематический чертеж ситуации и рельефа мест­ ности, на котором показывают положение и номера точек. Это облегчает последующую обработку результатов тахеометри­ ческой съемки. Работы завершают проверкой неподвижности лимба и постоянства МО. Измеряют высоту прибора, отмечают

еена рейке и записывают в журнал;

2)выполняют ориентирование лимба на ближайшую точку тео­ долитного хода;

3)последовательно устанавливают рейку на характерных точках местности и визируют на нее так, чтобы вертикальная нить сет­ ки совмещалась с осью рейки, а горизонтальная — с меткой высоты прибора i на рейке. Измеряют горизонтальные и верти­ кальные углы и определяют расстояние до рейки с помощью дальномера.

Камеральные работы при тахеометрической съемке состоят из вычислений углов наклона, горизонтальных проложений изме­ ренных расстояний, превышений, отметок точек, составления и оформления плана участка местности.

Составление и вычерчивание тахеометрического плана вклю­ чает: построение сетки координат, накладку точек по координатам, нанесение реечных точек, рисовку рельефа с учетом направления понижения местности, рисовку контуров, вычерчивание и оформ­ ление плана по условных знакам масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500.

Составлению абриса уделяется особое внимание. Он вычерчи­ вается от руки в произвольном масштабе, примерно равном масш­ табу плана. Станция, с которой ведется съемка, наносится в середи­ не снимаемого участка. По линейке прочерчивают предыдущую и последующую линии хода. Обязательно указывают отсчет по гори­ зонтальному кругу, равный нулю по той линии хода, по которой ориентирован лимб.

Наносят характерные точки и скелетные линии рельефа, на­ правления падения скатов.

При картографировании территорий применяется цифровая топографическая съемка с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС / GPS.

щ 11.6. Современная топография_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Цифровая топография представляет собой современный этап развития топографии — географического и геометрического изу­ чения местности путем приведения съемочных работ (на земле, с воздуха, из космоса) и создания на основе полученных материа­ лов топографических карт. Основной формой результатов съе­ мочных работ в цифровой топографии является цифровая инфор­ мация.

Автоматизация процесса наземных топографических съемок обеспечивается внедрением в геодезическую практику новых спо­ собов, систем сбора и первичной обработки топографогеодезичес­ кой информации, из которых можно выделить электронную тахометрию.

Эффективность применения электронной тахеометрической съемки (ЭТС) по сравнению с традиционными методами достигается в первую очередь за счет увеличения площади съемки с одной стан­ ции.

Современные электронные тахеометры объединяют в себе электронный теодолит, светодальнометр, микроЭВМ с пакетом

прикладных программ и регистратор информации (модуль памя- 320 ти).

Для управления работой прибора служат пульты управления с клавиатурой ввода данных и управляющих сигналов. Результаты измерений высвечиваются на экране дисплея (цифровом табло) и автоматически заносятся в карту памяти. Передача накопленной информации в компьютер может выполняться непосредственно из карты памяти либо путем подсоединения тахеометра к компьютеру

спомощью интерфейсного кабеля.

Впринципе порядок производства электронной тахеометри­ ческой съемки аналогичен съемке, выполняемой оптическими та­ хеометрами. Электронный тахеометр устанавливают в рабочее по­ ложение на съемочной станции; на пикетных точках последова­ тельно устанавливают специальные вешки с отражателями, при наведении на которые автоматически определяют расстояние, го­ ризонтальный и вертикальный углы. МикроЭВМ тахеометра по ре­ зультатам измерений вычисляет приращения координат Ах, Ау с учетом поправок. Результаты измерений вводятся в накопитель ин­ формации, из которого информация поступает на ЭВМ. По специ­ альной программе выполняется окончательная обработка с получе­ нием данных, необходимых для построения цифровой модели местности или топографического плана.

И11.7. Нивелирование поверхности по квадратам_ _ _ _ _ _ _

Размеры сторон квадратов принимают в зависимости от слож­ ности рельефа равными 10 или 20 м. Сетку квадратов разбивают с помощью теодолита и стальной ленты. Вершины квадратов за­ крепляют колышками. Плановое положение опорных точек опре­ деляется путем проложения теодолитных ходов, а высотное — техническим нивелированием. Стороны и вершины квадратов используют для съемки ситуации способом перпендикуляров. От­ метки вершин квадратов, а также характерных точек рельефа внутри квадратов определяют нивелированием с одной станции нивелира, выбранной с таким расчетом, чтобы с нее можно было взять отсчеты по рейкам, устанавливаемым на каждой из этих то­ чек. Отсчеты берут только по черной стороне рейки. Отметки то­ чек вычисляют через горизонт прибора Ягп, округляя их до сотых долей метра и выписывают на заранее заготовленную схему, за­ меняющую журнал.

Для построения топографического плана по результатам ниве­ лирования по квадратам наносят на план в заданном масштабе сет­ ку квадратов и против вершин подписывают их высоты. По данным абриса строят контуры местности, после чего методом интерполи­ рования с учетом направления понижения местности проводят го­ ризонтали (рис. 11.4). План оформляют в условных знаках.

План

Палетка

нл -

•Mi .

пм •

14,31 •

мл •

ш* ■ MLH.

	Сплошные	горизонтали		Нивелирование
				поверхности по
	проведены	через	0,5 м
				квадратам
	Студент Бовылев		ЛГ.
	Ку р с 3 Г руп п о 10

Рис. 11.4. Образец составления плана нивелирования поверхности по квадратам

■ 11.8. Сведения о спутниковых системах позиционирования ГЛОНАСС / GPS

В настоящее время действуют две спутниковые системы опре­ деления координат: российская система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) и американская система NAVSTAR GPS (Навигационная система определения расстояний и времени, глобальная система позиционирования).

Галилео (Galileo) — европейский проект спутниковой системы навигации. Вотличие от американской и российской систем, систе­ ма Галилео не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями. Разработку осуществляет Европейское космичес­ кое агентство.

Китайская народная республика развивает независимую сис­ тему спутникового позиционирования Beidou (буквально — Север­ ный Ковш, китайское название созвездия Большой Медведицы), которая в будущем должна преобразоваться в систему COMPASS. Beidou обеспечивает сегодня определение географических коорди­ нат в Китае и на соседних территориях.

Также принято решение о создании собственной аналогичной 322 системы в Индии. IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System)

будет с помощью 7 спутников обеспечивать региональное покры­ тие самой Индии и частей сопредельных государств.

В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится около 30 спутников NAVSTAR, около 20 ГЛОНАСС и 3 спутника COMPASS.

Таблица 11.3

Основные характеристики спутниковых навигационных систем

Основные характеристики	ГЛОНАСС	GPS	GALILEO
Число И СЗ (резерв)	24 (6)	24 (6)	27 (3)
Число орбитальных плоскостей	3	6	3
Число И СЗ в орбитальной	8	4	9
плоскости
Орбиты	Близкие к круговой
Высота орбит, км	19100	20145	23200
Н аклонение орбит, град.	64,8	55	56
Система координат	ПЗ-90	WGS-84	-

Система спутникового позиционирования включает три сег­ мента: созвездия космических аппаратов (спутников), наземного контроля и управления, приемных устройств (аппаратуры пользо­ вателей).

Сегмент космических аппаратов. Каждая из современных систем GPS и ГЛОНАСС состоит из 24 спутников (21 действующе­ го и 3 резервных), которые обращаются вокруг Земли по практи­ чески круговым орбитам. Орбиты спутников GPS расположены в шести плоскостях по 4 спутника в каждой (рис. 11.5, а); средняя высота орбиты — около 20 180 км, период обращения спутников вокруг Земли составляет 11 ч 58 мин. Такое количество спутников и их расположение обеспечивают одновременный прием сигналов как минимум от четырех спутников в любой точке Земли в любое время.

Спутники ГЛОНАСС вращаются вокруг Земли в трех орби­ тальных плоскостях по 8 спутников в каждой (рис. 11.5,6) на высоте около 19 150 км, период обращения — 11ч 16 мин.

На каждом спутнике GPS и ГЛОНАСС установлены солнечные батареи питания, приемно-передающая аппаратура, эталоны час­ тоты и времени, бортовые компьютеры и отражатели для лазерной дальнометрии.

Сегмент наземного контроля и управления состоит из сети станций слежения за спутниками, равномерно размещенных по территории страны, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станцией загрузки данных на борт спут­ ников. С пунктов слежения дважды в сутки лазерным дальномером измеряются расстояния до каждого из спутников. Собранную ин­ формацию о положении спутников на орбитах (эфемеридах) пере-

дают на бортовой компьютер каждого спутника. Спутники непре­ рывно излучают для пользователей измерительные радиосигналы, данные о системном времени, свои координаты и др.

а)

б)

Р ис. 11.5. С о з в е з д и я и с к у с с т в е н н ы х с п у т н и к о в: а — N AV STA R CPS; б — Г Л О Н А С С

Сегмент приемных устройств включает спутниковый прием­ ник, антенну, управляющий орган-контроллер, источник питания

Определение координат точек земной поверхности с помощью спутников основано на радиодальномерных измерениях дально­ стей от спутников до приемника, установленного на определяе­ мой точке. Если измерить дальности до трех спутников (рис. 11.6), координаты которых на данный момент времени известны, то методом линейной пространственной засечки можно определить координаты точки стояния приемника Р. Из-за несинхронности хода часов на спутнике и в приемнике определенные до спутников расстояния будут отличаться от истинных. Такие ошибочные рас­ стояния получили название «псевдодальностей». Для исключения этих погрешностей определение координат точек с достаточной точностью возможно при одновременном наблюдении не менее 4 спутников.

Системы спутникового позиционирования работают в грин­ вичской пространственной прямоугольной системе координат с началом, совпадающим с центром масс Земли. При этом система GPS использует координаты мировой геодезической системы WGS-84 (World Geodetic System, 1984), а ГЛОНАСС — систему ко­ ординат ПЗ-90 (Параметры Земли, 1990). Обе координатные систе­ мы установлены независимо друг от друга по результатам высоко­ точных геодезических и астрономических наблюдений.

Большинство современных приемников работают со спутни­ ками GPS, поэтому координаты измеренных точек получают чаще всего в системе WGS-84. Для перехода к государственной или мест­ ной системе координат используют предусмотренную программа-

324 ми обработки функцию трансформирования.

m CTPBEHM E К Й РТ1ГРД > И Ч ЕС Ши 1н ю р м а щ

Спутник

станция

станция

Рис. 11.6. Принципиальная схема спутниковой системы позиционирования

■ 11.9. Цифровая тонографическая съемка с применением систем ГЛОНАСС / GPS

Методы определения координат пунктов. Как отмечалось ра­ нее, определение расстояний от спутникового приемника до спут­ ника есть не что иное, как радиодальномерные измерения: прием­ ник принимает электромагнитные колебания со спутника, сравни­ вает их со своими, выработанными собственным генератором и в результате определяет дальность до космического аппарата. Даль­ ности измеряют двумя способами — кодовым и фазовым. В первом случае сравнивают коды полученного со спутника сигнала и генери­ рованного в самом приемнике, а во втором — фазы. Наиболее точ­ ными являются фазовые измерения. В GPS все спутники работают на одних и тех же частотах, но каждый имеет свой код. В ГЛОНАСС, наоборот, каждый спутник имеет свою частоту, но коды у всех оди­ наковые.

Перенос от спутника к приемнику всей информации осущест­ вляется с помощью так называемых несущих электромагнитных колебаний, излучаемых на двух частотах L1 и L2.

Радиосигнал проходит от спутника до приемника расстояние около 20 ООО км и претерпевает возмущения в ионосфере, нижних слоях атмосферы и вблизи поверхности Земли. В ионосфере, рас­ положенной на высоте 50—100 км над землей, содержатся свобод-

ные электроны и ионы, изменяющие путь и скорость радиоволн со спутника. Погрешности, вызванные воздействием главным обра­ зом электронов, зависят от их концентрации, а значит, от угла воз­ вышения спутника, географического положения измеряемых то­ чек, времени суток и года, солнечной активности и могут достигать десятков метров. Исключить эти искажения из результатов наблю­ дений можно измерениями на двух частотах.

Кроме радиосигнала со спутника в приемную антенну поступа­ ют еще и сигналы, отраженные от земли и различных объектов — зданий, деревьев и т. п. Возникающая многолучевость ведет к иска­ жению результатов измерений при использовании фазового спо­ соба до нескольких сантиметров, в кодовых измерениях — до метров. В современных приемниках для борьбы с этим источником погрешностей используют специальные встроенные программы подавления многолучевости.

Одним из факторов, ухудшающих результаты спутниковых из­ мерений, могут также стать помехи от близко расположенных мощных источников радиоизлучений: локаторов, теле- и радиопе­ редающих станций и т. п.

Способы позиционирования можно разделить на две груп­ пы — абсолютные определения координат кодовым методом и от­ носительные фазовые измерения (см. рис. 11.7).

Рис. 11.7. Способы спутникового позиционирования

При выполнении абсолютных измерений определяются пол­ ные координаты точек земной поверхности. Наблюдения, выпол­ няемые на одном пункте независимо от измерений на других стан­ циях, называются автономными. Автономные наблюдения очень 326 чувствительны ко всем источникам погрешностей, обеспечивают

точность определения координат 15 —30 м и используются для на­ хождения приближенных координат в точных измерениях.

Для повышения точности абсолютные измерения можно вы­ полнять одновременно на двух пунктах: базовой станции Pv рас­ положенной на точке с известными координатами (обычно пункте государственной геодезической сети), и подвижной станции Р2, ус­ тановленной над определяемой точкой (рис. 11.8). На базовой стан­ ции измеренные расстояния до спутников сравнивают с вычис­ ленными по координатам и определяют их разности. Эти разности называют дифференциальными поправками, а способ измерения —

дифференциальным. Дифференциальные поправки учитываются в ходе вычислений координат подвижной станции после измерений либо при использовании радиомодемов уже в процессе измерений. Дифференциальный способ основан на том соображении, что при относительно небольших расстояниях между станциями PJf и Р2 (обычно не более 10 км) погрешности измерений на них практи­ чески одинаковы. При увеличении расстояния между станциями точность падает. Для повышения точности измерений увеличивают время наблюдений, которое может колебаться от нескольких ми­ нут до нескольких часов. Точность дифференциального позицио­ нирования составляет 1 —5 м.

Станция

станция

станция

Рис. 11.8. Сущность дифференциального способа позиционирования

Для решения геодезических задач, когда необходимо получать координаты точек с высокой точностью, используют относитель­ ные измерения, при которых дальности до спутников определяют фазовым методом, и по ним вычисляют приращения координат или

вектора между станциями, на которых установлены спутниковые приемники.

Различают два основных способа относительных измерений: статический и кинематический.

При статическом позиционировании, как и при дифференци­ альных измерениях, приемники работают одновременно на двух станциях — базовой с известными координатами и определяемой.

После окончания измерений выполняется совместная обра­ ботка информации, собранной двумя приемниками. Точность спо­ соба зависит от продолжительности измерений, которая выбирает­ ся в соответствии с расстоянием между точками. Современные приемники позволяют достичь точности определения плановых ко­ ординат (5—10 мм) + 1—2 мм / км, высотных — в 2 —3 раза ниже.

Кинематические измерения позволяют получать координаты точек земной поверхности за короткие промежутки времени. При этом вначале статическим способом определяют координаты пер­ вой точки, т. е. выполняют привязку подвижной станции к базовой, называемую инициализацией, а затем, не прерывая измерений, пе­ редвижной приемник устанавливают поочередно на вторую, тре­ тью и т. д. точки. Для контроля измерения завершают на первой точке либо на пункте с известными координатами, где выполняют статические наблюдения. Точность кинематического способа со­ ставляет 2 —3 см в плане и 6 —8 см по высоте.

Если имеется цифровой радиоканал и данные с базового при­ емника в процессе измерений можно передавать на подвижную станцию, координаты получают в режиме реального времени, т. е. непосредственно на определяемой точке.

Основные методы съемки с применением спутниковых геоде­ зических приборов приведены в табл. 11.4.

				Таблица 11.4
Параметры, характеризующие точность определения положения
Режим измерений		Аппаратура
	двухчастотная		одночастотная
	а, мм	Ь, м м/км	а, мм	Ь, м м/км
статика	5	1	10	2
быстрая статика	5 - 1 0	1	10	2
реоккупация	10-20	1	10-20	2
кинематика и кинематика	10-20	1	2 0 - 3 0	2
в реальном времени		1	10-20	2
Стой —иди	5 - 1 0

Приемная спутниковая аппаратура

Спутниковое оборудование для геодезии в настоящее время 328 выпускают более 50 производителей различных стран мира, основ­

ствительна к ударам. Высокая точность определения координат позволяет с успехом использовать спутниковые методы для реше­ ния широкого спектра геодезических задач.

Производство топографических съемок с применением систем спутникового позиционирования

Топографическая съемка с использованием геодезических спутниковых приемников выполняется в три этапа: подготовитель­ ные работы, создание геодезического съемочного обоснования, собственно съемка.

В ходе подготовительных работ выбирают места для закреп­ ления точек съемочного обоснования с таким расчетом, чтобы не было помех от расположенных вблизи сооружений, крон высоких деревьев, источников мощного радиоизлучения. Кроме того, осо­ бое внимание уделяется планированию наблюдений, для чего ис­ пользуют специальный модуль в программном обеспечении спут­ никового приемника. Этот модуль позволяет получить характери­ стику процесса позиционирования на любой момент времени и, таким образом, выбрать наиболее благоприятный период для вы­ полнения измерений.

Определение координат пунктов геодезического съемочного обоснования производится методом статических спутниковых на­ блюдений. Статический метод является наиболее надежным и точ­ ным методом, позволяющим получить разность координат смеж­ ных пунктов с миллиметровой точностью. Один из приемников, называемый базовым (рис. 11.10, а), устанавливают на штативе над исходной точкой с известными координатами (пункт государствен­ ной геодезической сети, геодезической сети сгущения), а второй, называемый мобильным, — поочередно на пункты съемочной сети. При этом должно быть обеспечено условие синхронных измере­ ний базовым и мобильным приемниками. Время наблюдений выби­ рается в зависимости от длин базовых линий, количества одновре­ менно наблюдаемых спутников, класса используемой спутниковой аппаратуры и условий наблюдений. С учетом всех перечисленных факторов время измерения каждой базовой линии может состав­ лять от 15—20 минут до 2,5 —3 часов. Работа с каждым приемником на станции включает: центрирование приемника над пунктом с по­ мощью нитяного или оптического отвеса, измерение высоты ан­ тенны с помощью секционной рейки, включение приемника. При измерении в статическом режиме во время работы не требуется производить каких-либо действий. Приемник автоматически тести­ руется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, произ­ водит GPS-измерения и заносит в память всю информацию. По ис­ течении необходимого времени наблюдений мобильный приемник

ззо переносят на следующую определяемую точку. После окончания

измерений производят обработку полученных результатов, кото­ рая включает вычисление длин базовых линий и координат пунк­ тов обоснования в системе координат WGS-84, и др. Точность опре­ деления планового местоположения точек статическим способом достигает (5—10 мм) — I — 1—2 мм / кмгвысотного — в 2 —3 раза ниже.

Рис. 11.10.

а — ст ат и ческ и е сп ут н и к о вы е н а б лю ден и я н а пун кт е; б — к и н ем ат и ч еск и е сп ут н и к о вы е и зм ерен и я н а п и кет н ой т очке

Топографическая съемка местности выполняется посредством проведения кинематических спутниковых измерений, позволяю­ щих получать координаты и высоты точек за короткие промежутки времени. Для этого базовый приемник на штативе устанавливается на пункте съемочного обоснования, а мобильный — поочередно на снимаемые точки, причем приемник вместе с источником питания располагаются в специальном рюкзаке, а приемная антенна и кон­ троллер, с помощью которого осуществляется управление процес­ сом съемки, крепятся на вехе (рис. 11.10, б). Вначале выполняется инициализация — привязка мобильной станции к базовой, для чего измерения на первой точке проводят несколько дольше (20 —30 с), чем на последующих точках. Установив веху с антенной на точку и задав в контроллере все необходимые параметры (высоту установ­ ки антенны на вехе, номер пикета, его признак, например: угол за­ бора, смотровой колодец и т. п.), начинают съемку, контролируя вертикальность вехи по пузырьку круглого уровня. Время наблю­ дения на точке обычно не превышает 5 —10 с, после чего измерения останавливают и, не выключая приемника, переходят на следую­ щую точку. В случае, если снимаемая точка располагается в непо­

средственной близости от строения, высоких деревьев, других объ­ ектов, закрывающих видимость на спутники, время измерений должно быть увеличено. Кроме того, измерения на такие точки можно повторить, вернувшись на них еще раз. Завершают съемку участка наблюдениями на первой точке либо на пункте с известны­ ми координатами. После завершения съемки производят обработ­ ку результатов так же, как и в случае статических измерений. Точ­ ность способа кинематических измерений составляет 2 —3 см в плане и 6 —8 см по высоте. Результаты измерений могут быть пред­ ставлены как в цифровом виде, так и в графической форме.