Державні геодезичні мережі.
Державні геодезичні мережі і їх призначення
Для всіх галузей управління державою і для використання її природних багатств необхідна точна топографічна карта. Вона є результатом загального топографічного знімання держави методом аерофотознімання для створення топографічних карт масштабів від 1:10000 до 1:100000.
Спеціальні великомасштабні знімання масштабів 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500 виконують для цілей промислового і міського будівництва, для будівництва гідротехнічних споруд та інших інженерних проектів.
Основою проведення землевпорядних заходів є, також, топографічні карти і плани.
Для проведення топографічних, картографічних і землевпорядних робіт необхідно мати добре розвинуту державну геодезичну мережу.
Державна геодезична мережа України є головною геодезичною основою топографічних знімань і повинна задовольняти вимоги : народного господарства і оборони України при вирішенні інженерно-технічних і наукових задач.
Основні методи побудови державної геодезичної мережі та мереж згущення
Державна геодезична мережа будується методами тріангуляції, полігонометрії, і їх сполученням, забезпечуючи планові Х і У і поверхневі В і L координати пунктів (див.статтю Проектування і рекогностування геодезичних мереж.), (див.статтю Попередні обчислення в планових геодезичних мережах), (див.статтю Визначення елементів приведення ).
Висотну координату Z ( або Н ) визначають методами нівелювання: геометричним, тригонометричним, гідростатичним...
Геодезичною мережею називається система точок на поверхні Землі, закріплених спеціальними центрами і знаками, координати яких визначено геодезичними методами.
Метод тріангуляції запропонував у 1617 році голландський вчений Снелліус при вимірюванні дуги меридіану між містами Алькаамаром і Берген-он-Зоомом.
Геодезична мережа складається з трикутників у яких вимірюються всі кути і одна або кілька сторін. Мережу редукують (відносять) на поверхню земного еліпсоїда або на площину. Маючи координати вихідної точки і азимут лінії, обчислюють координати всіх точок мережі.
Метод тріангуляції застосовують на відкритій і напіввідкритій місцевості, гірській місцевості.
В закритій місцевості застосовують метод полігонометрії у вигляді різного роду ходів і полігонів. В полігонометрії вимірюються всі кути і сторони.
До недавнього часу полігонометрія і тріангуляція були основними методами побудови державних геодезичних мереж. Вони були добре вивчені як у теоретичному так і в практичному плані.
В останній час широке застосування находять методи побудови геодезичних мереж - трилатерація і лінійно-кутові мережі.
Схема побудови геодезичної мережі в трилатерації і лінійно-кутовій тріангуляції така сама, як і в тріангуляції.
У першому методі вимірюються лише сторони трикутників (кутів не виміряють), а в другому виміряють всі кути і всі сторони. В трилатерації виміряють всі довжини сторін радіовіддалемірами або світловіддалемірами, що дає більшу точність.
Лінійно-кутовий метод - найточніший метод визначення геодезичних координат.
Координати точок земної поверхні можна визначити астрономічними і супутниковими методами. Супутникова система GPS (Global Pozision
System) забезпечує високу точність автономного визначення координат пунктів при мінімальному часі спостережень.
Державні мережі 1 і 2 класу використовують для створення єдиної системи координат, а також для вирішення наукових задач - визначення розмірів і фігури Землі, горизонтальних та вертикальних рухів земної кори і т. п.
Мережі 3 і 4 класів служать для обґрунтування топографічного знімання дрібних масштабів до 1:10000.
Державна геодезична мережа країни допускає похибку у взаємному положенні суміжних точок не більше як 1:25000.
Геодезичні мережі згущення 1 і 2 розряду використовуються для обґрунтування топознімань в масштабах 1:5000-1:500 і для виконання інженерних робіт. Відносна похибка у взаємному положенні пунктів в цих мережах становить 1:10000.
Знімальні мережі є основою для топознімань всіх масштабів і створюються методами різного роду засічок, прокладанням теодолітних, мензульних ходів. Точність планових мереж 1:3000, а висотних, де L - довжина ходу в км.
Густоти пунктів державних мереж недостатньо для виконання геодезичних робіт. Наприклад, для створення карти масштабу 1:2000 необхідно мати один пункт державної мережі на площу 5-15 кв. км. Виникає необхідність в згущенні мережі, в збільшенні кількості пунктів на місцевості. Це робиться за допомогою мереж згущення, які розвиваються двома методами - полігонометрії і тріангуляції 1 і 2 розрядів. Висоти мереж згущення визначають методами технічного нівелювання.
Мережі згущення можуть створюватися методом парних ланок засічок, методом несуцільних спостережень тріангуляції, лінійно-кутовим методом несуцільних спостережень, методом несуцільних спостережень чотирикутників без діагоналей.
Крім цього, мережі згущення можуть створюватися способом професора Зубрицького чотирикутників без діагоналей, способом бокових засічок професора Дурнєва і полюсним способом доцента Романчука.
Спостереження напрямків ведуться лише на пунктах 1,2,5,6. Замість спостережень на 10 пунктах, виміри проводяться лише на чотирьох; б) геодезичні мережі несуцільних спостережень тріангуляції. Вимірювання проводяться на пунктах А, В, 1, 4, 5, 6, С, Д. Не проводять спостереження напрямків на пунктах 2,3,7; в) лінійно-кутові мережі несуцільних спостережень. Електронний тахеометр встановлюється лише на пунктах 1 і 5, на яких вимірюються всі кути і сторони; г) метод несуцільних спостережень чотирикутників без діагоналей. На відміну від метода чотирикутників без діагоналей професора Зубрицького, де на всіх пунктах виміряються кути, в даній схемі пункти 2 і 5 недоступні для кутових вимірювань. Подвійними лініями показані виміряні сторони. Суцільна лінія, яка переходить у пунктирну означає односторонньо спостерігаємий напрямок. У лінійно-кутовому методі така лінія означає ще й виміряну сторону (мал. 1.3. в).
Принципові схеми побудови геодезичних мереж (мал. 1.4): а) полюсним методом доцента Романчука; б) методом бокових засічок професора Дурнєва. Сторони, які показані однією лінією розраховуються за формулами, а не вимірюються. Суцільні лінії, які переходять в пунктирні означають візування на недоступний пункт. У кожному пункті даних мереж вимірюються всі кути або напрямки...
Основні положення 1945-61 рр. побудови державної геодезичної мережі
Ряди тріангуляції 1 класу прокладаються вздовж меридіанів і паралелей периметром 800-1000 км. На перетинах рядів 1 класу вимірюються базисні сторони, на кінцях яких астрономічно визначають широти, довготи і азимути (спостерігають пункти Лапласа). Вздовж рядів тріангуляції 1 класу виконуються астрономо-геодезичне нівелювання для визначення висот геоїда. Тріангуляцію 1 класу прийнято називати астрономо-геодезичною мережею держави.
Тріангуляція 2 класу будується без рядів у вигляді заповнюючої мережі. Базисні сторони розміщуються рівномірно через 25 трикутників.
Геодезичні мережі 3 і 4 класів будуються вставкою окремих систем, трикутників і пунктів у мережі тріангуляції вищих класів.
Нинішня програма геодезичної мережі характеризується вищою точністю кутових і лінійних вимірювань.
+Таблиця 1.3. Характеристика державноїгеодезичної мережі, створюваноїметодом тріангуляціїКлас або розрядДовжина сторін, кмДопустима похибкавимірювання кутівДопустима нев'язка в трикутникахДопустима похибка базисних сторінПохибка сторін у найслабшому місціДержавні геодезичні мережі 1 20-25 0,7" 3" 1:400000 1:150000 2 7-20 1" 4" 1:300000 1:200000 3 5-8 1,5" 6" 1:200000 1:200000 4 2-52,0"8"1:1500001:70000Геодезичні мережі згущення1р.2-55"20"1:1000001:500002р.0,3-310"40"1:500001:25000
+Таблиця 1.4. Характеристика державної геодезичної мережі, створеної методом полігонометрії 1,2,3,4 класівЕлементи полігонометріїЗначення 1 2 3 4Периметр полігону 700-800 км 150-180 км 60 км 35 кмДовжина діагоналі 200 км 60 км 30 км 11-15 кмДовжина сторони 8-30 км 5-18 км 3-10 км Не менше 0,25 кмЧисло сторін в ланці (ході)126610-20Точність вимірювання кутів0,4"1"1,5"1,5"Точність вимірювання сторін1:4000001:2000001:1000001:400000Допустима відносна похибка полігонометричного ходу 1:25000
+Таблиця 1.5. Показники мереж згущення полігонометріїПоказники4 клас1 розряд2 розрядГранична довжина ходу, км : окремо14,07,04,0Між вихідною і вузловою точками 9,0 5,0 3,0Між вузловими точками 7,0 4,0 2,0Граничний периметр полігону, км 40 20 12Середні довжини сторін ходу, км 0,50 0,30 0,20Максимальні довжини, км 3,0 8,0 5,0Мінімальні довжини, км 0,25 0,12 0,08Кількість сторін в ході, не більше 15 15 15Відносна помилка ходу, не більше 1:25000 1:10000 1:5000Середня квадратична помилка виміряного кута ( за нев'язками у ходах і полігонах ), кутові секунди, не більше 3" 5" 10"Кутова нев'язка ходу або полігону, кутові секунди, не більше, де n - кількість кутів у ході 5√L 10√L 20√L Середня квадратична помилка вимірювання довжини сторони, в см: до 500 м. 1 1 1Більше 1000 м 1:40000 - -Від 500 до 1000 м 2 2 2
+Таблиця 1.6. Показники тріангуляціїПоказники4 клас1 розряд2 розрядДовжина сторони трикутника, км, не більше5,05,03,0Мінімально допустима величина кута, кутові градуси : у суцільній мережі 20° 20° 20°Сполучного ланцюжку : трикутників 30° 30° 30°У вставці 30° 30° 30°Кількість трикутників між вихідними сторонами або між вихідним пунктом і вихідною стороною, не більше 10 10 10Мінімальна довжина вихідної сторони, км 2 1 1Граничні значення середньої квадратичної похибки кута, що обчислена за нев'язками у трикутниках, кутові секунди 2" 5" 10"Гранично допустима нев'язка в трикутнику, сек 8" 20" 40"Відносна помилка вихідної сторони 1:200000 1:50000 1:20000Допустима відносна помилка сторони в найбільш слабкому місці 1:50000 1:20000 1:10000
+Таблиця 1.7. Показники трилатераціїПоказники4 клас1 розряд2 розрядДовжина сторони трикутника, км2-50,5-50,25 - 3Мінімально допустима величина кута трикутника 30° 20° 20°Гранична довжина ланцюга трикутників між вихідними сторонами, або між вихідним пунктом і вихідною стороною (км) 14,0 7,0 4,0Кількість трикутників між вихідними сторонами або між вихідним пунктом і вихідною стороною 10 10 10Мінімальна довжина вихідної сторони, км 2 1 1Відносна середня квадратична похибка вимірювання сторони мережі 1:120000 1:80000 1:40000
+Таблиця 1.8. Показники GPSЧастотаДовжина бази, кмКількість супутниківТривалість сесії, хвТочність визначення (106- Д) мм Статистичне знімання Одна14530255-10545603051045906043045120903ОднаКінематичне знімання 350,110Дві(Р код )10050,13
Розвиток геодезичних мереж можна виконувати також за допомогою GPS спостережень. Для визначення координат геодезичних пунктів застосовують такі методи GPS - знімання:
- статичний (статичне знімання); - кінематичний (кінематичне знімання); - псевдокінематичний (статичний переривчастий).
Вибір методу знімання залежить від вимог до точності визначення пунктів.
Державною висотною геодезичною мережею є нівелірні мережі І, II, III і IV класів точності. Нівелірна мережа І і II класів є головною висотною основою за допомогою якої встановлюється єдина система висот на всій території України. Нівелірна мережа III і IV класів служить для забезпечення висотами топографічних знімань і рішення інженерних задач.
+Таблиця 1.9. Показники точності висотних мереж I класII класIII класVI класТехнічне нівелюванняДопустима нев'язка f h доп ( ММ ) 2√L3√L5√L20√L50√LНа станції ( мм ) - -±3±5±5
де L - довжина нівелірного ходу в км.
+Таблиця 1.10. Технічні характеристикиКлас нівелюванняНормальна довжинавізирного променя (м)Мінімальна висотавізирного променя Нерівність віддалейвід нівеліра до рейки, м На станції По секціїIII750,325IV1000,2510
Периметри полігонів нівелювання І і II класів складають 2800 і 600 км відповідно.
Периметри полігонів нівелювання III класу в основному не перевищують 150 км.
Довжина ліній нівелювання IV класу не повинна перевищувати 50 км.