6.4. Понятие об электромагнитных измерениях расстояний

Основу этих измерений составляет скорость распространения электромагнитных волн. В зависимости от вида колебаний приборы делятся на свето- и радиодальномерыи состоят из приемопередатчика и отражателя.

Приемопередатчик получает электроэнергию от входящего в комплект источника (электробатарей, аккумулятора и др.), излучает световые или радиоволны, преобразует (моделирует) электромагнитные волны до нужных параметров, направляет модулированные волны на отражатель, принимает возвратившиеся от него волны, и прямо или косвенно измеряет время их прохождения от прибора к отражателю и обратно.

Таким образом, принцип измерения расстояния основан на определении промежутка времени τ, в течение которого электромагнитные колебания проходят от приемопередатчика к отражателю и обратно. Измеренное расстояние определяется по формулеD=0,5υτ, гдеυ– скорость распространения волн;τ– время прохождения волнами расстояния 2D.

В зависимости от метода измерения времени электромагнитные дальномеры делятся на импульсныеифазовые.

Импульсные дальномеры используются в качестве локаторов и при измерении расстояний в движении [определение высоты полета при аэрофотосъемке (АФС)].

Наиболее распространенными в геодезии являются фазовые дальномеры, позволяющие получать высокоточные результаты.

Принцип этих дальномеров основан на измерении разности фаз излучаемых электромагнитных колебаний. Фазовые светодальномеры подразделяются на большие и малые. Большие (СГ–3, «Кварц») позволяют измерять расстояния до 20–25 км с относительной ошибкойf_отн=, а малые (топографические) предназначены для измерения расстояний до 2–3 км сf_отн=.

К малым светодальномерам относятся 2СМ–2; СМ–3; СМ–5. Цифра, стоящая после названия прибора, указывает среднюю квадратическую ошибку измерения расстояния в см.

К недостаткам светодальномеров относятся поглощение световых волн туманом и дымкой, а также сложности, возникающие в приеме светосигналов в дневное время суток.

В последнее время для измерения расстояний при производстве топографо-геодезических работ используются современные более эффективные и точные электронные приборы и рулетки.

7. Геодезические опорные сети

Топографо-геодезические работы выполняются по принципу от общего к частному. Это означает, что первоначально определяют координаты небольшого числа точек с высокой точностью, а затем на их основе определяют координаты других точек.

Геодезическая основа (сеть опорных пунктов) представляет совокупность точек, прочно закрепленных на земной поверхности, положение которых определено в общей для них системе координат и высот. В результате построения геодезических сетей определяют плоские прямоугольные координаты пунктов Х, Y и их высоты Н, которые в совокупности позволяют определить положение пункта в единой системе координат.

7.1. Виды геодезических опорных сетей

Геодезические сети подразделяются на государственные, геодезические сети сгущения и съемочные.

Наиболее общей и точной является государственная геодезическая сеть (ГГС). Она представляет основу (каркас) для построения других геодезических сетей.

Геодезическая опорная сеть подразделяется на плановую и высотную, а если для пунктов определены плановые и высотные координаты, то она является планово-высотной.

Определение планового положения пунктов, т. е. создание плановой геодезической сети, выполняется методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии и спутниковой технологии.

Метод триангуляциипредставляет собой определение плановых координат пунктов на основе измерения всех углов и отдельных сторон в примыкающих друг к другу треугольниках (см. 2.2).

Метод трилатерации(от лат. trilaterus – трехсторонний) заключается в вычислении координат опорных пунктов из измерений длин линий сторон сети треугольников.

Метод полигонометрии(от греч. poligonos – многоугольный и metreo – измеряю) состоит в определении координат пунктов посредством измерения углов и длин сторон в полигонометрических ходах, прокладываемых обычно между пунктами триангуляции.

Плановая государственная геодезическая сетьБеларуси представляет собой часть геодезической сети бывшего СССР и создана главным образом методом триангуляции. В зависимости от точности измерения углов и расстояний, а также порядка последовательности ее развития она подразделяется на сети 1, 2, 3, 4 классов. Плановая ГГС 1 и 2 классов служит для научных исследований, связанных с определением фигуры и размеров Земли как планеты, а также для создания единой системы координат на всю территорию страны. Сеть 1 класса строится в виде системы полигонов. Полигоны состоят из звеньев-цепочек треугольников с длиной стороны не менее 20 км и протяженностью до 200 км, которые располагаются вдоль меридианов и параллелей. Сеть треугольников 1 класса внутри заполняют (сгущают) сетью треугольников 2 класса, которые в свою очередь заполняются сетью 3 и 4 классов.

По состоянию на конец 1980-х гг. плановая ГГС Республики Беларусь включала 6793 пункта, в том числе пунктов триангуляции 1, 2 классов – 2509 и 3, 4 классов – 4284, а средняя плотность составляла 1 пункт на 30,3 км².

В последнее время геодезическая служба Республики Беларусь осуществляет переход на автономные методы координатных определений путем внедрения спутниковых систем позиционирования, т. е. определяется местоположение (координаты) объектов при помощи ИСЗ. В настоящее время действуют две глобальные системы позиционирования: в США – Global Positioning System (GPS) и в России – глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС).

На современном этапе развития ГГС создана высокоточная спутниковая геодезическая сеть. Ее основу составляет единая фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) России и Беларуси. Составной частью данной совместной сети является пункт ФАГС «Минск», который благодаря установленной на нем совмещенной GPS/ГЛОНАСС системе действует в режиме постоянной спутниковой станции. Высокоточная спутниковая геодезическая сеть включает 10 пунктов равномерно расположенных на территории республики через 150–200 км и определенных с точностью взаимного положения 1,5–2,0 см.

Дальнейшее развитие ГГС предусматривает сгущение спутниковой геодезической сети 1 класса с расстояниями между пунктами 25–30 км и сантиметровой точностью определения взаимного положения.

Высотную государственную геодезическую сетьсоздают методом геометрического нивелирования. В зависимости от точности определения высот пунктов, государственную нивелирную сеть подразделяют на I, II, III и IV классы. Нивелирная сеть I и II классов является главной высотной основой. Развитые на обширных территориях нескольких стран такие сети служат для решения важных научных задач (изучения современных вертикальных движений земной коры, определения разностей высот морей и океанов и др.). Линии нивелирования I и II классов прокладывают вдоль побережий морей и океанов, а также по шоссейным и железным дорогам, вдоль крупных рек. Нивелирная сеть I класса строится в виде полигонов с периметром 3000–4000 км, связанных между собой. Сети II, III, IV классов прокладывают внутри полигонов I класса. Высотная ГГС является основой для создания высотного обоснования топографических съемок всех масштабов.

По состоянию на конец 1980-х гг. протяженность линий нивелирования высотной ГГС на территории Республики Беларусь составляла около 15 000 км, в том числе I, II классов – 4500. Общее число нивелирных знаков, закрепляющих на местности высотные ГГС превышало 40 000.

Исходными пунктами плановой и высотной ГГС более низких классов служат пункты высших классов точности. Так, например, исходными пунктами для развития сетей второго класса являются пункты первого класса, т. е. ГГС от первого к последующим классам точности создается методом сгущения.

Пункты ГГС закрепляются на местности специальными постоянными центрами, которые закладываются в земле (верх центра – марка находится ниже уровня земной поверхности) или в фундаментах и стенах капитальных зданий (сооружений). Опорные пункты плановой ГГС обозначены наземными сооружениями в виде пирамид и сигналов, устанавливаемых над центрами знаков.

Пункты высотной ГГС закрепляют на местности постоянными знаками – реперами, которые бывают трех видов: фундаментальные, грунтовые и стенные, в т. ч. марки и реперы.

Плановую государственную геодезическую сеть сгущают путем построения на местности геодезической сети сгущения (ГСС) и съемочной геодезической сети. Плановую геодезическую сеть сгущения (местную геодезическую сеть) создают способом триангуляции 1 и 2 разрядов и способом полигонометрических ходов 1 и 2 разрядов. Съемочную геодезическую сеть строят способом микротриангуляции, различных засечек и проложением теодолитных ходов.

Высотная геодезическая сеть сгущения строится путем проложения ходов геометрического и тригонометрического нивелирования по пунктам съемочного обоснования (ГСС и съемочных сетей).

Общую плотность геодезических сетей устанавливают в зависимости от масштаба топографической съемки и условий местности.