Современные геодезические приборы

На замыкающей стадии развития оптико-электронных геодезических приборов стоит универсальный инструмент - электронный тахеометр, неслучайно занимающий прочное место в ряду приборов геодезического оборудования. Тахеометр производит любые угломерные измерения одновременно с измерением расстояний и по полученным данным проводит инженерные вычисления, сохраняя всю полученную информацию. С помощью электронного тахеометра в полевых условиях можно получить информацию об измеряемых горизонтальных и вертикальных углах и расстояниях, автоматически выполнить необходимые вычисления по плановому и высотному положению ситуации. При наличии компьютера процесс может быть автоматизирован, включая получение готовой карты местности за считанные минуты. Возможность занесения в запоминающее устройство допустимых погрешностей измерений (например, циклической погрешности дальномера, коллимационной погрешности, отклонения места нуля, отклонение оси вращения от отвесной линии за счет введения двухкоординатных электронных уровней и др.) позволяет повысить точность и производительность измерений. Встроенное программное обеспечение позволяет выполнить следующие геодезические задачи: обратную засечку, уравнивание теодолитного хода, вычисление площадей, разбивку кривых и т.д.

На Российском рынке тахеометры представляют сегодня такие известные фирмы, как Leica-Geosystems(Швейцария), Sokkia, Topcon, Nikon и Pentax (Япония), Trimble Navigation (США), Opton (Германия), АГА (Швеция), а также ФГУП "УОМЗ" (Россия, г. Екатеринбург) и др.

Современный тахеометр должен полностью удовлетворять всем требованиям пользователя. Это важно и потому, что пользователь не должен переплачивать за невостребованные функции и возможности инструмента, стоимость которых может быть достаточно высока. С другой стороны, желательно иметь возможности обновления и модернизации системы — добавление новых функций, программ и даже изменение технических характеристик.

Электронным тахеометром называется устройство, объединяющее в себе теодолит и светодальномер. Одним из основных узлов современных электронных тахеометров является микроЭВМ, с помощью которой можно автоматизировать процесс измерений и решать различные геодезические задачи по заложенным в них программам. Увеличение числа программ расширяет диапазон работы тахеометра и область его применения, а так же повышает точность работ. Наличие регистрирующих устройств в тахеометрах позволяет создать автоматизированный геодезический комплекс: тахеометр – регистратор информации – преобразователь – ЭВМ – графопостроитель, обеспечивающий получение на выходе конечной продукции – топографического плана в автоматическом режиме. При этом сводятся к минимуму ошибки наблюдателя, оператора, вычислителя и картографа, возникающие на каждом этапе работ при составлении плана традиционным способом.

Инженерно-геодезические работы на стройплощадке ведут по принципу от общего к частному. Геометрической основой проекта со­оружения при перенесении его в натуру являются разбивочные оси, относительно которых указываются размеры всех деталей. Технология выполнения разбивочных работ для различных строительных объектов следующая.

Первоначально по генплану определяются графические координа­ты из характерных точек пересечения основных осей. По размерам, указанным в строительных чертежах и координатам первой точки, оп­ределяются координаты всех других угловых точек пересечения осей, отображающих конфигурацию здания.

От ближайших пунктов полигонометрии на участок строительства прокладывается теодолитный ход. По вычисленным координатам точек теодолитного хода и координатам угловых точек здания вычисляются разбивочные элементы для наиболее удобного способа разбивки. Сос­тавляется разбивочный чертеж.

Далее согласно разбивочному чертежу выполняются разбивка, контрольные измерения линейных размеров и углов и, при необходи­мости, - редуцирование. Вынесенные точки закрепляются. По выне­сенным точкам прокладывается контрольный теодолитный ход, либо эти точки координируются другими методами и с других точек перво­начального теодолитного хода. По результатам контрольных измере­ний вычисляются координаты вынесенных в натуру точек и сравнива­ются с проектными. Детальная разбивка с относительно высокой точностью начина­ется с этапа возведения фундаментов здания. Постоянное исходное геодезическое обоснование закрепляется вне контура здания и представляет собой или локальную строительную сетку с небольшими длинами сторон, или ход полигонометрии вокруг здания, пункты ко­торого совпадают с направлением осей. Порядок разбивки состоит в следующем: 1.От пунктов, предварительно построенной геодезической осно­вы, выносят в натуру главные и основные оси строительного объекта и закрепляют их на местности; 2.От главных и основных осей находят дополнительные. Опреде­ляют положение частей и элементов строительных конструкций отно­сительно этих осей, выполняют детальную разбивку сооружения; 3.Выполняют высотную привязку в соответствии с проектом вер­тикальной планировки, выносят на уровень пола первого этажа "строительный нуль" от ближайших реперов с контролем. Отметки монтажных горизонтов и других характерных точек сооружения пере­дают от уровня чистого пола первого этажа вверх со знаком плюс, вниз - со знаком минус. Выполнение всего комплекса геодезических работ ведется в со­ответствии с проектом производства геодезических работ (ППГР), в котором разработана технологическая схема и календарный план (се­тевой график) выполнения работ, приведена схема и обосновываются методы построения плановой и высотной опорной геодезических се­тей, рассматриваются способы разбивки основных и дополнительных осей, изложены способы контроля строительно-монтажных работ и ис­полнительных съемок, рассчитана требуемая точность измерений и определены необходимые приборы, обоснована методика наблюдений за смещениями и деформациями конструктивных элементов, приведены сметно-финансовые расчеты.

ВОПРОС 46

Геодезической называют сеть закрепленных точек земной поверхности – геодезических пунктов, положение которых отстраненные на всю территорию государства, и является исходной для построения других геодезических сетей, то такая сеть называется государственной геодезической сетью.

Рисунок 6 - Схема построения государственных плановых геодезических сетей 1, 2, 3 и 4-го классов методом триангуляции

Геодезические сети разделяются на плановые и высотные. Плановые сети имеют геодезические пункты с известными плановыми координатами Х и У, а высотные – реперы и марки с известными высотами Н.

Государственная геодезическая сеть может быть сгущена путем развития между ее геодезическими пунктами геодезической сети сгущения. Точки сети сгущения связывают геодезические пункты государственной сети со съемочной геодезической сетью сгущения, создаваемой для производства топографических съемок или для выполнения различных геодезических и инженерно – геодезических работ.

Плановые геодезические сети стояться методами триангуляции, трилатерации или полигонометрии.

Триангуляцией называют метод построения геодезической сети в виде треугольников, в которых измеряются все углы и некоторые из сторон. Длины остальных сторон вычисляются по теореме синусов:

Рисунок 7 - Инженерно-геодезические сети триангуляции

Трилатерация - метод создания геодезической сети в виде треугольников, в которых измеряются все длины сторон и один из внутренних углов. Из решения треугольников по теореме косинусов находят значения всех углов.

.

Рисунок 8 - Схема треугольника трилатерация

Методом полигонометрии строят геодезические сети, в которых между геодезическими пунктами прокладывают ходы, в которых измеряют все расстояния и углы.

Государственная геодезическая сеть подразделяется на 1, 2, 3 и 4 классы.

В таблице 1 приведены некоторые показатели ГГС.

Таблица 1

Класс опорной сети	Средняя длина сторон треугольников, км	Средняя квадратичная погрешность измерения углов	Относительная погрешность выходной стороны
	20-25	± 0,7''	1:400 000
	7-20	± 1,0''	1:300 000
	5-8	± 1,5''	1:200 000
	2-5	± 2''	1:200 000

Геодезические пункты ГГС выбирают по возможности так, чтобы они равномерно покрывали снимаемую территорию и, чтобы из каждой точки, было видно не менее трех соседних. Выбранные точки тщательно и надежно закрепляют геодезическими знаками – сооружениями, обозначающими положение геодезического пункта на местности.

Рисунок 9 - Наружный металлический сигнал над подземным центром плановой сети:
1 - фундаменты, 2 - центр, 3 - сигнал, 4 - настил, 5 - столик, 6 - визирная цель

Высотные геодезические сети. Государственные высотные геодезические сети создают для распространения по всей территории страны единой системы высот. За начало высот в РФ и ряде других стран принят средний уровень Балтийского моря, определение которого проводилось в период с 1825 г. до 1840 г. Этот уровень отмечен горизонтальной чертой на медной металлической пластине, укрепленной в устое моста через обводной канал в Кронштадте.

Между пунктами государственных высотных геодезических сетей высокой точности (1-го класса) размещают пункты высотных сетей низших классов (2, 3-го и т. д.). Если на рисунке, где размещены пункты высотной сети, соединить эти пункты линиями, получатся фигуры, которые называют ходами. Несколько пересекающихся ходов называют сетями. Как правило, сети создают из ходов, прокладываемых между тремя или более точками (рис. 10). В целом точки (реперы) высотных сетей, называемых нивелирными, достаточно равномерно распределены на территории страны. В незастроенной территории расстояния между реперами колеблются в пределах 5...7 км, в городах сеть реперов в 10 раз плотнее.

Рисунок 10 - Схема государственной высотной сети

Для решения ограниченного круга вопросов при изысканиях, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений создают высотную сеть технического класса.

Нивелирные сети на строительных площадках и при создании внешних разбивочных сетей создают на базе плановых сетей, т. е. для части плановых сетей определяют высотные отметки.

Как правило, сети образуют полигоны с узловыми точками (общими точками пересечения двух или более ходов одного и того же класса). Каждый нивелирный ход опирается обоими концами на реперы ходов более вы

 

47. Плановые геодезические сети: сети сгущения, сети специального назначения, съемочные сети.

Геодезической сеть - совокупность пунктов на земной поверхности, закрепленных специальными центрами, положение которых определено в общей для них системе координат и высот.

Различают плановые, высотные и пространственные сети. Плановые сети – это, в которых определены плановые координаты (плоские - x, y или геодезические - широта B и долгота L) пунктов. В высотных сетях определяют высоты пунктов относительно отсчетной поверхности, например, поверхности геоида (а точнее - квазигеоида). В пространственных сетях определяют пространственные координаты пунктов, например, прямоугольные геоцентрические X, Y, Z или геодезические B, L, H.

Геодезические сети по назначению классифицируют на государственные геодезические сети, геодезические сети сгущения, геодезические сети специального назначения и съемочные сети.

Сети сгущения. Там, где требуется дальнейшее сгущение сети (например, в населенных пунктах), опираясь на государственную геодезическую сеть, развивают сети сгущения 1 и 2 разряда, чем достигается плотность на 1 км2 не менее 4 пунктов на застроенной территории и 1 пункт на незастроенной территории.

Съемочную сеть создают при выполнении съемки местности. Она развивается от пунктов государственной геодезической сети и сетей сгущения 1 и 2 разрядов. Но при съемке отдельных участков съемочная сеть может быть и самостоятельной, построенной в местной системе координат. В съемочных сетях, как правило, одновременно определяют положение пунктов в плане и по высоте.

Предельные погрешности планового положения пунктов съемочной сети относительно исходных пунктов не должны превышать на открытой местности и на застроенной территории 0,2 мм в масштабе плана и 0,3 мм на местности, закрытой древесной и кустарниковой растительностью.

Координаты пунктов съемочных сетей определяют проложением теодолитных ходов, построением триангуляции, засечками, спутниковым методом и др. Наиболее распространены теодолитные ходы.

Пункты геодезических сетей закрепляют на местности специальными знаками - центрами, призванными обеспечить устойчивость и длительную сохранность пунктов.

Вид центра зависит от назначения сети и характера грунта. Официальными нормативными документами [8, 9] установлены типовые конструкции центров, зависящие от класса пункта и местных условий. Они различны для районов сезонного промерзания грунтов, для районов многолетней мерзлоты, для районов распространения подвижных песков.

Геодезические сети специального назначения (ГССН) — главная геодезическая основа для крупномасштабных (1:2000 и крупнее) съемок, а также для других работ, требующих соответствующей точности. ГССН создаются в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов государственной геодезической сети (ГГС) экономически нецелесообразно или когда требуется особо высокая точность геодезической сети.

48. Способы и принципы построения геодезических сетей: триангуляция, трилатерация, полигонометрия

Метод триангуляции. Принято считать, что метод триангуляции впервые был предложен голландским ученым Снеллиусом в 1614 г. Этот метод широко применяется во всех странах. Сущность метода заключается в следующем. На командных высотах местности закрепляют систему геодезических пунктов, образующих сеть треугольников (рис. 13). В Сеть триангуляции этой сети определяют координаты исходного пункта А, измеряют горизонтальные углы в каждом треугольнике, а также длины b и азимуты а базисных сторон, задающих масштаб и ориентировку сети по азимуту.

Сеть триангуляции может быть построена в виде отдельного ряда треугольников, системы рядов треугольников, а также в виде сплошной сети треугольников. Элементами сети триангуляции могут служить не только треугольники, но и более сложные фигуры: геодезические четырехугольники и центральные системы.

Основными достоинствами метода триангуляции являются его оперативность и возможность использования в разнообразных физико-географических условиях; большое число избыточных измерений в сети, позволяющих непосредственно в поле осуществлять надежный контроль всех измеренных величин; высокая точность определения взаимного положения смежных пунктов в сети, особенно сплошной. Метод триангуляции получил наибольшее распространение при построении государственных геодезических сетей.

Метод полигонометрии. Этот метод известен также давно, однако применение его при создании государственной геодезической сети сдерживалось до недавнего времени.

Полигонометрический ход трудоемкостью линейных измерений, выполняемых ранее с помощью инварных проволок. Начиная примерно с шестидесятых годов текущего столетия, одновременно с внедрением в геодезическое производство точных свето и радиодальномеров, метод полигонометрии получил дальнейшее развитие и стал широко применяться при создании геодезических сетей.

На местности закрепляют систему геодезических пунктов, образующих вытянутый одиночный ход или систему пересекающихся ходов, образующих сплошную сеть. Между смежными пунктами хода измеряют длины сторон s,-, а на пунктах — углы поворота р. Азимутальное ориентирование полигонометрического хода осуществляют с помощью азимутов, определяемых или заданных, как правило, на конечных пунктах его, измеряя при этом примычные углы у. Иногда прокладывают полигонометрические ходы между пунктами с заданными координатами геодезической сети более высокого класса точности.

Метод полигонометрии в ряде случаев, например, в заселённой местности, на территории крупных городов и т. п. оказывается более оперативным и более экономичным, чем метод триангуляции. Это обусловлено тем, что в таких условиях на пунктах триангуляции строят более высокие геодезические знаки, чем на пунктах полигонометрии, поскольку в первом случае следует обеспечить прямую видимость между гораздо большим числом пунктов, чем во втором. Постройка,же геодезических знаков является самым дорогостоящим видом работ при создании геодезической сети (в среднем 50-60 % всех затрат).

Метод трилатерации. Данный метод, как и метод триангуляции, предусматривает создание на местности геодезических сетей либо в виде цепочки треугольников, геодезических четырехугольников и центральных систем, либо в виде сплошных сетей треугольников, в которых измеряются не углы, а длины сторон. В трилатерации, как и в триангуляции, для ориентирования сетей на местности должны быть определены азимуты ряда сторон.

По мере развития и повышения точности свето- и радиодальномерной техники измерений расстояний метод трилатерации постепенно приобретает все большее значение, особенно в практике инженерно-геодезических работ.

49. 3наки для закрепления геодезических сетей. Постоянные знаки, временные знаки.

Точки геодезических сетей закрепляются на местности знаками. По местоположению знаки бывают грунтовые и стенные, заложенные в стены зданий и сооружений; металлические, железобетонные, деревянные, в виде откраски и т. д.; по назначению - постоянные, к которым относятся все знаки государственных геодезических сетей, и временные, устанавливаемые на период изысканий, строительства, реконструкции, наблюдений и т. д.

Постоянные знаки закрепляют подземными знаками - центрами. Конструкции центров обеспечивают их сохранность и неизменность положения в течение длительного периода времени. Как правило, подземный центр представляет собой бетонный монолит, закладываемый ниже глубины промерзания грунта и не в насыпной массив. У поверхности земли в монолите устанавливают чугунную марку, на которой наносят центр в виде креста или точки. Положению этого центра соответствуют координаты X и Y и во многих случаях отметки Н.

Для того чтобы с одного знака был виден другой (смежный), над подземными центрами устанавливают наружный знак в виде металлических или деревянных трех- или четырехгранных пирамид или сигналов.

Пирамиды или сигналы имеют высоту 3...30 м и более. Верх сигнала или пирамиды заканчивается визирной целью б, на которую при измерении углов направляют зрительную трубу теодолита. На столик устанавливают также отражатель, если измеряют расстояния между пунктами светодальномером. Для спутниковых измерений сигналы и пирамиды строить не надо.

Как правило, пункты разбивочных сетей и сетей сгущения закрепляют подземными центрами, такими же как и пункты государственных сетей. Так как расстояния между этими пунктами сравнительно небольшие, оформления их наружными знаками не требуется. Иногда над ними устанавливают Г-образные металлические или деревянные вехи. В городах знаки оформляют в виде специальной надстройки на крышах зданий. Знаки могут закладывать в зданиях и сооружениях, в этом случае их называют стенными.

Государственные высотные сети всех классов закрепляют на местности грунтовыми реперами. Стенные реперы закрепляют в фундаментах устойчивых сооружений - водонапорных башен, капитальных зданий, каменных устоев мостов и т. д. В стенных реперах высоту определяют для центра отверстия в сферической головке.

Временные знаки. Точки съемочных, а иногда и разбивочных сетей закрепляют временными знаками - деревянными или бетонными столбами, металлическими штырями, отрезками рельсов и т. д. Их закрепляют в земле на глубину до 2 м. В верхней части такого знака крестом, точкой или риской отмечают местоположение центра или точки с высотной отметкой.

При продолжительности использования (более 0,5 г.) временные знаки закладывают на глубину 0,5 м (минимальное расстояние до подземных коммуникаций от поверхности грунта принято 0,7 м). При наличии твердого покрытия и отсутствии интенсивного движения транспорта используют штыри из отрезков арматуры и труб, деревянные столбики. В процессе строительства на возведенных конструкциях и близрасположенных зданиях высоты и створы осей фиксируют открасками.