Геодезические сети: виды и описание

Определение и классификация геодезических. Основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ являются геодезические сети. С логической точки зрения геодезические сети (ГС) представляют собой некоторые геометрические построения на земной поверхности. С физической точки зрения геодезическая сеть — система закрепленных на местности точек, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат и (или) высот. Геодезические сети подразделяются на плановые и высотные.

Понятия и виды

Основным принципом создания и плановых, и высотных геодезических сетей является принцип «от общего к частному»: вначале создаются более точные, но более разреженные геодезические сети в целях наиболее быстрого распространения единой системы координат и (или) высот на определенную территорию, а затем в порядке их развития и по мере необходимости — менее точные и более плотные сети.

Плановые геодезические сети. В плановых ГС различают государственную геодезическую сеть, геодезическую сеть сгущения и съемочную геодезическую сеть. Государственная геодезическая сеть (ГГС) представляет собой геодезическую сеть, обеспечивающую распространение единой системы координат на территории государства и являющуюся основой для построения других геодезических сетей. Государственная геодезическая сеть отличается сравнительно невысокой плотностью точек и наивысшей точностью измерений. Геодезическая сеть сгущения (ГСС) — геодезическая сеть, предназначенная для развития государственной геодезической сети. Геодезические сети сгущения создаются заблаговременно для увеличения плотности точек ГГС. Съемочная геодезическая сеть (СГС) является обоснованием для выполнения топографических съемок и инженерно-геодезических работ и создается по мере необходимости непосредственно перед выполнением указанных работ. Перечисленные геодезические сети в свою очередь в зависимости от точности выполняемых измерений подразделяются на классы и разряды.

Классификация геодезических сетей

Геодезическая сеть может рассматриваться как реально существующий физический объект и как математический объект. Физически геодезическая сеть представляет собой множество закрепленных на земной поверхности точек — пунктов геодезической сети. Геодезическим пунктом называют пункт геодезической сети. С каждым геодезическим пунктом связаны геодезический знак и центр геодезического пункта. Геодезический знак есть устройство или сооружение, обозначающее положение геодезического пункта на местности. Геодезические пункты закрепляются на местности специальными центрами геодезических пунктов в целях их долговременного сохранения. Центр геодезического пункта — устройство, служащее носителем координат геодезического пункта. Центр геодезического пункта имеет марку. Марка центра геодезического пункта —деталь центра геодезического пункта, имеющая метку, к которой относят его координаты. Обычно такой меткой является накернованное отверстие или крестообразная насечка на металлической пластине или другом предмете — детали геодезического центра.

Такие центры представляют собой установленные один на другой бетонные блоки с металлическими марками вверху, имеющими крестообразные насечки или накернованные отверстия. Конструкция центров геодезических пунктов зависит от климатических условий, грунтов и глубины их промерзания. Для предотвращения случайного уничтожения центры имеют, как правило, две или три марки, расположенные одна над другой на одной отвесной линии. Если одна или две верхние марки будут уничтожены, положение центра можно восстановить по сохранившейся нижней марке.

Для обеспечения видимости с геодезического пункта на соседние и с соседних пунктов сети на данный пункт над ними устанавливаются геодезические знаки в виде пирамиды, сигнала или тура. Туры представляют собой каменные, кирпичные или бетонные столбы над маркой и устанавливаются на остроконечных вершинах с открытым горизонтом. Пирамиды могут быть трех-или четырехгранными, деревянными или металлическими и устанавливаются в горной или холмистой и безлесной местности, когда есть видимость с земли на соседние пункты. Высота пирамид составляет 5–8 м. Сигналы могут быть простыми или сложными. Простой сигнал представляет собой конструкцию из двух изолированных друг от друга пирамид. Внутренняя пирамида служит подставкой для геодезического прибора (теодолита или светодальномера). Наружная пирамида предназначена для использования в качестве платформы для наблюдателя и визирной цели. Высота простых сигналов доходит до Юм.

Сложные сигналы состоят из внутренней пирамиды, опирающейся на столбы внешней пирамиды, их высота может достигать 40 м. Для наблюдений с соседних пунктов на турах, пирамидах и сигналах устанавливаются визирные цилиндры, ось которых должна располагаться на одной отвесной линии с центром пункта.

На застроенных территориях в связи с земляными работами находящиеся в земле пункты часто уничтожаются, по-этому в целях долговременной сохранности геодезических пунктов практикуется их закрепление в стенах капитальных зданий и сооружений, например, в виде настенных пунктов полигонометрии.

Закрепленные на местности геодезические пункты не представляют какой-либо ценности без их координат, в связи с чем физически существующая в виде совокупности пунктов геодезическая сеть представляется каталогом координат геодезических пунктов — систематизированным перечнем, в котором для каждого пункта указываются его название, класс, прямоугольные координаты и абсолютная высота центра, дирекционные углы направлений на соседние пункты сети или на видимые с земли специально создаваемые ориентирные пункты. Названные каталоги формируются либо по листам карт масштаба 1:200 000, либо по объектам работ. Каталоги дополняются схемами геодезической сети, описаниями центров и другой информацией, которая может оказаться полезной при использовании геодезической сети.

Как математический объект геодезическая сеть представляет собой совокупность тех или иных геометрических объектов. Плановые геодезические сети представляют собой некоторые линейноугловые построения. В зависимости от геометрических величин, измеряемых в этих построениях, выделяют различные методы создания плановых геодезических сетей. Методами построения плановых сетей являются триангуляция, полигонометрия и трилатерация. Триангуляция представляет собой сплошную сеть треугольников, в которой измеряются все углы в каждом треугольнике и одна или несколько сторон треугольников в целях масштабирования сети. Триангуляция была предложена голландским ученым Снеллиусом в 1615–1617 гг., она позволила сравнительно быстро создавать геодезические сети на больших территориях и до конца 1900-х гг. являлась основным способом создания плановых геодезических сетей.

Полигонометрия — геодезическое построение в виде системы ломаных линий, называемых полигонометрическими ходами, в которых измерены углы между смежными сторонами и длины всех сторон. Трилатерация — сеть треугольников, в которой измерены все их стороны.

Классическая государственная геодезическая сеть представляет собой астрономо-геодезическую сеть. Ее основой служат звенья (цепочки) треугольников триангуляции 1-го класса длиной около 200 км, вытянутые вдоль параллелей и меридианов и образующие полигоны с периметром примерно 800 км (рис. 8.4). Стороны треугольников триангуляции 1-го класса составляют величину порядка 20–25 км. На территории СССР было создано около 6000 пунктов 1-го класса, образовавших 87 полигонов. В углах таких полигонов создавались астрономические пункты, или пункты Лапласа, на каждом из которых астрономическим способом измерялись его геодезическая широта В, долгота Ь и азимут А какой-либо стороны. Все указанные величины измерялись с погрешностью не более 0,5″. Кроме того, в углах таких полигонов измерялись стороны, называемые базисами.

Характеристики триангуляции

1- го класса

Длина сторон — 20–25 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 0,7″. Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:400 000. Ошибка измерения широты — не более 0,3″. Ошибка измерения долготы — не более 0,35. Ошибка измерения азимута — не более 0,5″.

Характеристики триангуляции

2- го класса

Длина сторон — 7–20 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 1″. Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:300 000.

Ошибка измерения широты — не более 0,3″. Ошибка измерения долготы — не более 0,39. Ошибка измерения азимута — не более 0,5″.

Характеристики триангуляции 3-го класса

Длина сторон — 5–8 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 1,5″. Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:200 000.

Характеристики триангуляции 4-го класса

Длина сторон — 2–5 км. Ошибка измерения горизонтальных углов — не более 2,0″. Относительная ошибка измерения базисов — не более 1:200 000.

Внутри полигонов 1-го класса создается заполняющая (сплошная) сеть триангуляции или полигонометрии 2-го класса. Расстояния между пунктами 2-го класса составляют величину порядка 7–20 км. Дальнейшее сгущение геодезической сети осуществляется путем вставки одного или нескольких пунктов 3-го и 4-го классов с использованием типовых фигур, представленных на рис. 8.6. Общее число пунктов плановых геодезических сетей 1–4-го классов, созданных на территории СССР, составляет примерно 350 тысяч. Точность их взаимного положения, по некоторым оценкам, составляет примерно 10 см.

Государственная геодезическая сеть в виде плановых геодезических сетей 1–4-го классов представляет собой классическую геодезическую сеть, создававшуюся трудом многих тысяч профессиональных геодезистов в течение нескольких десятков лет. В настоящее время в связи с повышением требований к точности определения геометрических величин на земной поверхности и с новыми способами таких определений был осуществлен пересмотр структуры геодезической сети. В дополнение к классической ГГС создается новая, более точная спутниковая геодезическая сеть с использованием глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), названная государственной геодезической системой координат (ГГСК).

Спутниковая геодезическая сеть по точности и плотности пунктов подразделяется на три уровня: фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС), высокоточную спутниковую геодезическую сеть (ВГС), спутниковую геодезическую сеть 1-го класса (СГС—1) и дополняется описанной выше ГГС.

ФАГС содержит 50 постоянно действующих пунктов, ведущих наблюдения за спутниками российской Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) и американской Global Position System (GPS). В дальнейшем, по завершении создания Европейской спутниковой системы Galileo, предполагается использование и ее спутников. Среднее расстояние между пунктами ФАГС равно примерно 1500 км. Назначением ФАГС является определение изменений координат во времени, вызванных глобальными геодина-мическими процессами — движением тектонических плит. На земной поверхности это движение проявляется в виде дрейфа материков по отношению друг к другу. Указанные изменения координат на земном шаре в среднем составляют величину около 3 см в год. Для некоторых регионов эта величина существенно больше, так, например, для Австралии с 1999 по 2010 г. изменение координат достигло величины 56 см.

ВГС состоит из 300 пунктов, на которых в зависимости от геотектонической активности региона периодически (через 5–10 лет) выполняются повторные наблюдения. Расстояния между пунктами ВГС колеблются в пределах от 300 до 500 км.

СГС—1 содержит примерно 4500 пунктов, часть этих пунктов совмещена с пунктами ГГС 1–4-го классов. На пунктах СГС—1 наблюдения спутников выполняются однократно. Среднее расстояние между пунктами СГС—1 равно 30 км.

Традиционная ГГС является наименее точным и наиболее плотным компонентом ГГСК. Точность взаимного положения пунктов ФАГС, ВГС и СГС—1 составляет 1–2 см. Точность взаимного положения соседних пунктов ГГС после совместной обработки с результатами наблюдений в спутниковой геодезической сети составит около 3–5 см, что вполне достаточно для обеспечения точности топографических планов самого крупного масштаба (1:500).

Геодезические сети сгущения создаются методами триангуляции и полигонометрии 1-го и 2-го разрядов.

Съемочная геодезическая сеть создается с таким расчетом, чтобы ошибки положения пунктов в масштабе плана не превышали 0,2 мм на открытой местности и 0,3 мм — в закрытой местности. Съемочная геодезическая сеть чаще всего создается в виде отдельных теодолитных ходов или их систем, на открытой местности — в виде триангуляционных построений и различного рода засечек.

Характеристики триангуляции 1-го и 2-го разрядов

Высотные геодезические сети

Высотной основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ служат высотные геодезические сети. Высотные геодезические сети подразделяются на Государственную нивелирную сеть, нивелирные сети местного значения и высотные съемочные сети. Государственная нивелирная сеть служит основой для создания всех других нивелирных сетей, создается методами высокоточного геометрического нивелирования на всей территории страны заблаговременно и подразделяется на нивелирные сети I и II классов (табл. 8.4). Нивелирные геодезические сети сгущения (или нивелирные сети местного значения) служат высотным обоснованием при создании высотных съемочных сетей и создаются геометрическим нивелированием III и IV классов. Высотные съемочные сети создаются по мере необходимости. Методами построения высотных съемочных сетей являются техническое геометрическое нивелирование, а в условиях пересеченной местности — тригонометрическое нивелирование.

Нивелирная сеть представляет собой совокупность закрепленных на земной поверхности точек, высоты которых определены в единой государственной системе высот, каковой в Российской Федерации является Балтийская система высот.

Пункты государственной нивелирной сети называют реперами, которые могут быть стенными или грунтовыми.

Государственная нивелирная сеть