Глава II.Современное состояние опорных геодезических сетей
2.1. Общие сведения о геодезических сетях и их классификация
Геодезическая сеть — это совокупность закрепленных и обозначенных на местности пунктов, плановое положение и высоты которых определены в единой системе координат и высот путем геодезических измерений.
Геодезические сети строят для научных целей, а также изучения и освоения территории страны, в том числе для съемки и изысканий под проектирование и проведение хозяйственных мероприятий: строительства, мелиорации, горного дела и т.д. Для этого геодезические сети должны покрывать всю территорию страны сплошь с необходимой густотой и точностью определения положения пунктов.
С точки зрения геометрии любая геодезическая сеть – это группа зафиксированных на местности точек, для которых определены плановые координаты (X и Y или B и L) в принятой двухмерной системе координат и отметки H в принятой системе высот или три координаты X, Y и Z в принятой трехмерной системе пространственных координат.
Принцип построения плановых геодезических сетей заключается в следующем. На местности выбирают точки, взаимное расположение которых представляется в виде геометрических фигур: треугольников, четырехугольников, ломаных линий и т.д. Причем точки выбирают с таким расчетом, чтобы некоторые элементы фигур (стороны, углы) можно было непосредственно измерить, а все другие вычислить по данным измерений.
Геодезическая сеть России создавалась в течение многих десятилетий; за это время изменялись не только классификация сетей, но и требования к точности измерений в них.
Геодезические сети строятся «от общего к частному», т.е. от высокоточных, но редких сетей, к более густым, но менее точным. Они включают ряд ступеней:
Государственная геодезическая сеть – главная геодезическая основа для всех видов геодезических и топографических работ;
Сети сгущения – развиваются при недостаточной плотности пунктов главной геодезической основы при выполнении различных геодезических работ в отдельных районах;
Специальные геодезические сети – это сети, которые развивают при строительстве инженерных сооружений или проведении каких-либо других работ, предъявляющих к геодезическому обеспечению особые требования;
Съемочные геодезические сети – это система пунктов, с которых непосредственно выполняют съемку местности, перенесение в натуру проекта, различные контрольные измерения и т.п.
Геодезические сети, перечисленные в пунктах 2 — 4, как правило, создаются в местных системах координат (МСК), имеющих в большинстве случаев связь с государственной системой координат. Государственные геодезические сети делятся на плановые, высотные и гравиметрические. Гравиметрические сети создаются для изучения гравитационного поля Земли.
2.2. Государственная геодезическая сеть
Государственная геодезическая сеть (ГГС) является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворять требованиям народного хозяйства и обороны страны при решении соответствующих научных и инженерно-технических задач.
Государственные геодезические сети создаются на территории каждой отдельной страны со следующими целями:
а) для детального изучения фигуры и гравитационного поля Земли, их изменений во времени (в пределах территории страны);
б) распространения единой системы координат и высот на территории всей страны;
в) картографирования территории страны в разных масштабах в единой системе координат и высот;
г) решения геодезическими методами разного рода научных и инженерно-технических задач народного хозяйства.
Плановая сеть создается методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации и их сочетаниями; высотная сеть создается построением нивелирных ходов и сетей геометрического нивелирования. Государственная геодезическая сеть подразделяется на сети 1,2, 3 и 4 классов, различающиеся точностью измерений углов, расстояний и превышений, длиной сторон сети и порядком последовательного развития (рис. 2.1).
Государственная геодезическая сеть 1-го класса, называемая еще астрономо-геодезической сетью (АГС), строится в виде полигонов периметром около 800 – 1000 км, образуемых триангуляционными или полигонометрическими звеньями длиной не более 200 км и располагаемыми по возможности вдоль меридианов и параллелей.
Государственная геодезическая сеть 2-го класса строится в виде триангуляционных сетей, сплошь покрывающих треугольниками полигоны, образованные звеньями триангуляции или полигонометрии.
Горизонтальные углы в треугольниках сети измеряют со средней квадратической погрешностью 1,0", а стороны – с относительной ошибкой не более 1:300 000. Измеряемые стороны располагают равномерно по всей сети, но не реже, чем через 25 треугольников. Допускается замена триангуляции полигонометрическими ходами 2-го класса.
Рис. 2.1. Схема построения государственныхплановых геодезических сетей 1, 2, 3 и 4-го классовметодом триангуляции
Геодезические сети сгущения 3 и 4 классов включают в себя около 300 тысяч пунктов. Их строят в виде вставок отдельных пунктов в существующую сеть более высоких классов. Длины сторон треугольников сети 3-го и 4-го классов составляют соответственно 5-8 км и 2-5 км при относительной погрешности измеряемых сторон не более 1:200 000. Углы измеряют со средней квадратической погрешностью 1,5" и 2". Вместо триангуляции разрешается применять полигонометрические ходы 3 и 4 классов. Плотность пунктов ГГС 1, 2, 3 и 4 классов, как правило, составляет не менее одного пункта на 50 кв. км.
Как уже говорилось выше, геодезические сети развиваются методами триангуляции, трилатерации и полигонометрии.
Метод триангуляции состоит в том, что строят сеть треугольников, в которой измеряют все углы треугольников и как минимум две стороны на разных концах сети (вторую сторону измеряют для контроля измерения первой стороны и установления качества всей сети). По длине одной из сторон и углам треугольников определяются стороны всех Треугольников сети. Зная дирекционный угол одной из сторон сети и координаты одного из пунктов, можно затем вычислить координаты всех пунктов (рис. 2.2. а).
Таблица 2.1
Требования к точности ГГС в триангуляции
|
Класс сети |
Средняя квадратическая ошибка измерения углов |
Относительная ошибка базисных сторон |
Длина стороны треугольника |
|
1 |
0,7″ |
1 : 400 000 |
> 20 км |
|
2 |
1,0″ |
1 : 300 000 |
7 – 20 км |
|
3 |
1,5″ |
1 : 200 000 |
5 – 8 км |
|
4 |
2,0″ |
1 : 200 000 |
2 – 5 км |
Метод трилатерации состоит в построении сети треугольников с измерением всех сторон треугольников. По типу построения аналогичен способу триангуляции. В некоторых случаях создаются линейно-угловые сети, представляющие собою сети треугольников, в которых измерены стороны и углы (все или в необходимом их сочетании) (рис. 2.2. б).
Метод полигонометрии заключается в построении сети ходов, в которых измеряют все углы и стороны. Полигонометрические ходы отличаются от теодолитных более высокой точностью измерения углов и линий. Этот метод применяется обычно в закрытой местности. Внедрение в производство электромагнитных дальномеров делает целесообразным применение полигонометрии и в открытой местности (рис. 2.2. в).
Таблица 2.2
Требования к точности ГГС в полигонометрии
|
Класс сети |
Средняя квадратическая ошибка измерения углов |
Относительная ошибка стороны хода |
Длина стороны хода |
|
1 |
0,4″ |
1 : 300 000 |
> 20 – 25 км |
|
2 |
1,0″ |
1 : 250 000 |
7 – 20 км |
|
3 |
1,5″ |
1 : 200 000 |
> 3 км |
|
4 |
2,0″ |
1 : 150 000 |
> 2 км |
Рис. 2.2. Методы построения государственной геодезической сети: а – триангуляция; б – трилатерация; в - полигонометрия