Топографическая съемка с применением современных геодезических приборов

Объектив укреплен на вертикальных салазках 6 и может перемещаться на 30 мм вверх и на 45 мм вниз от начального положения. Величина перемещения отсчитывается по шкале 7 кроме того, положение объектива фиксируется при съемке на негативе в виде индекса-черточки.



Рис 10. Нормальный случай съемки

На рис. 10 показаны две точки стояния (станции) S_л и S_п

фототеодолита на концах базиса В. Положение оптических осей фотокамер по отношению к базису может быть различным. На практике чаще всего используется нормальный случай, когда оси горизонтальны и направлены перпендикулярно к линии базиса. Достигается это с помощью уровней на корпусе камеры и ориентирующего устройства.

Для определения пространственных координат точки А местности за начало пространственной фотограмметрической системы примем центр левого объектива S_л. 0сь Z_ф совместима с вертикальной прямой, проходящей через центр объектива, а ось Y_ф -- с направлением оптической оси фотокамеры. Ось Х_ф располагается таким образом, чтобы координатная система получилась прямоугольной, т. е. при нормальном случае съемки она совпадает с направлением проекции базиса фотографирования на горизонтальную плоскость.



3 Тахеометрическая съемка - основной вид топографической съемки

3.1 Сущность тахеометрической съемки и ее назначение

Тахеометрическая съемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок. Высокая производительность тахеометрических съемок обеспечивается тем, что все измерения, необходимые для определения пространственных координат характерных точек местности, выполняют комплексно с использованием одного геодезического прибора --тахеометра. При этом положение снимаемой точки местности в плане определяют измерением полярных координат: измеряют горизонтальный угол между направлениями на одну из соседних точек съемочного обоснования и снимаемую точку и измеряют расстояние до точки нитяным дальномером или лазерным дальномером электронного тахеометра. Высотное положение снимаемых точек определяют методом тригонометрического нивелирования:

d = L cos²v; (6)

превышение

h = d tgv + i - l (7)

где L = Cn' -- дальномерное расстояние; n' -- разность отсчетов по дальномерным штрихам сетки нитей; v -- угол наклона; i -- высота прибора над съемочной точкой; l -- высота наводки.

Тахеометрические съемки используют для подготовки крупномасштабных топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ), по которым осуществляется системное автоматизированное проектирование объектов строительства.

Основными масштабами для производства тахеометрических съемок являются: 1:500, 1:1000 и 1:2000. При этом масштаб съемки принимают в зависимости от ее назначения, стадии проектирования, ожидаемых размеров проектируемого объекта в плане, а также от категории рельефа и ситуационных особенностей местности и, в частности:

масштаб 1:500 с высотой сечения рельефа 0,25--0,5 м -- для составления планов и ЦММ при проектировании городских улиц и дорог, временных и гражданских сооружений, малых водопропускных сооружений на дорогах, небольших карьеров и резервов грунта и т. д.;

масштаб 1:1000 с высотой сечения рельефа 0,5--1,0 м или масштаб 1:2000 с высотой сечения рельефа через 1,0--2,0 м для составления топографических планов и ЦММ при проектировании системы поверхностно-метрических съемок. Топографическая наземно-космическая съемка по сравнению с другими видами топографических съемок является самой производительной и эффективной, обеспечивая при этом полную автоматизацию обработки результатов измерений и подготовки топографических планов и ЦММ.

При производстве тахеометрических съемок особенно эффективным оказывается использование электронных тахеометров, позволяющих фиксировать результаты измерений сразу на магнитные носители, с последующим или непосредственным вводом информации в память полевого или базового компьютера и ее автоматической обработкой, подготовкой ЦММ и топографических планов на графопостроителях.



Таблица 1 Характеристика тахеометрической съемки

Масштаб съемки	Максимальное значение
	Длины хода, м	Длины сторон, м	Числа сторон в ходе
1:5000 1:2000 1:1000 1:500	1200 600 300 200	300 200 150 100	6 5 3 2

3.2 Планово-высотное обоснование тахеометрической съемки

Планово-высотное обоснование тахеометрических съемок, со съемочных точек которого осуществляют съемку подробностей рельефа и ситуации местности, обычно создают двумя способами:

· прокладкой теодолитного хода (разомкнутого или замкнутого) с измерением горизонтальных углов полным приемом оптического теодолита или электронного тахеометра и промерами горизонтальных проекций сторон землемерной лентой или светодальномером. Высоты съемочных точек определяют геометрическим нивелированием;

· прокладкой теодолитного хода с измерением горизонтальных углов полным приемом теодолита, определением горизонтальных расстояний между съемочными точками нитяным дальномером оптического теодолита или светодальномером электронного тахеометра (если тахеометрическую съемку выполняют электронным тахеометром). Высоты съемочных точек определяют методом тригонометрического нивелирования. Таким образом, в этом случае планово-высотное обоснование создают используя один прибор -- оптический теодолит или электронный тахеометр.



Таблица 2. Допустимые значения расстояний между пикетами, от съемочных станций до пикетов

Масштаб съемки	Сечение рельефа, м	Максимальное расстояние между пикетами	Максимально расстояние от прибора до рейки при съемке рельефа, м	Максимально расстояние от прибора до рейки при съемке контуров, м
1:5000 1:2000 1:1000 1:500	0,5 1,0 2,0 5,0 0,5 1,0 2,0 0,5 1,0 0,5 1,0	60 80 100 120 40 40 50 20 30 15 15	250 300 350 350 200 250 250 150 200 100 150	150 150 150 150 100 100 100 80 80 80 80

Съемочное обоснование по первому способу создают при тахеометрических съемках для проектирования объектов, занимающих большие площади (средние и большие мостовые переходы, транспортные развязки движения в разных уровнях, аэропорты и т. д.), а также при съемках в населенных пунктах.

Съемочное обоснование по второму способу создают при относительно небольших площадях тахеометрических съемок (места со сложными инженерно-геологическими условиями, небольшие карьеры и резервы, пересечения и примыкания автомобильных дорог в одном уровне, малые водопропускные сооружения и т. д.).

Съемочным обоснованием тахеометрических съемок могут служить: трасса линейного сооружения, замкнутый полигон, сеть микротриангуляции и висячий ход. Выбор того или иного типа съемочного обоснования связан со стадией проектирования, рельефом местности, размерами и требуемым масштабом съемок.

Ориентирование съемочного обоснования тахеометрических съемок и определение координат съемочных точек обычно осуществляют привязкой к трассе линейного сооружения либо к пунктам государственной геодезической сети. При съемках небольших площадей допускается ориентирование съемочного обоснования по магнитному азимуту с вычислением условных координат съемочных точек.

Таблица 3. Минимальное число съемочных точек в зависимости от масштаба съемки:

Масштаб съемки	1:500	1:1000	1:2000	1:5000
Минимальное число съемочных точек:
На 1 км2	142	80	50	22
На 1 планшет	9	20	50	89

Съемочные точки обоснования размещают, как правило, на возвышенных участках местности с хорошо обеспеченной видимостью. Расстояния между съемочными точками не должны быть больше 350 м и меньше 50 м. В исключительных случаях минимальное расстояние между точками съемочного обоснования допускают до 20 м, но с обязательным центрированием теодолита на карандаш, вставляемый взамен вынутой шпильки, и с визированием не на веху, а на шпильку.

Трассу линейного сооружения в качестве съемочного обоснования (рис. 11, а) используют в следующих случаях: при съемках притрассовой полосы дорог для проектирования системы поверхностного водоотвода; для целей камерального трассирования на сложных участках местности; на участках местности со сложным инженерно-геологическим строением; при съемках для проектирования малых искусственных сооружений; для проектирования пересечений и примыканий автомобильных дорог в одном уровне и т. д. Трассу нередко используют и как часть съемочного обоснования другого типа.

Съемочное обоснование в виде замкнутого полигона используют при съемках участков местности для проектирования объектов, занимающих большие площади (рис. 11, б). В ряде случаев в полигон включают и часть трассы линейного сооружения. При расположении снимаемого участка местности в стороне от трассы осуществляют привязку съемочного обоснования к трассе, либо к ближайшим пунктам государственной геодезической сети. Для съемки удаленных от основного съемочного обоснования подробностей ситуации и рельефа назначают диагональные или висячие теодолитные ходы, при этом последние могут размещаться как внутри полигона, так и вне его пределов. Увязку угловых измерений, длин линий и превышений осуществляют как для всего полигона в целом, так и для каждой его части в отдельности.

Съемочное обоснование по типу микротриангуляции (рис. 11, в) создают на местности, не удобной для измерения длин линий землемерной лентой или рулеткой, например, при пересеченном или горном рельефах. По форме треугольники сети должны приближаться по возможности к равносторонним с размещением их вершин на возвышенных точках местности для обеспечения прямой видимости соседних вершин и большего охвата снимаемой площади. Одну из сторон обоснования размещают на удобном для измерения длины участке местности и принимают в качестве базиса. Его промеряют дважды в прямом и обратном направлениях с относительной невязкой не более 1:2000 и в случае необходимости вводят поправки за угол наклона линии. Все углы измеряют полным приемом теодолита с последующим аналитическим вычислением остальных длин сторон и координат всех съемочных точек обоснования.



Рис 11. Виды съемочного обоснования тахеометрических съемок:

а -- трасса линейного объекта: Р1, Р2 -- пункты геодезической сети; Ст I -- Ст. VIII -- съемочные точки; В_уг 1 -- В_уг 3 -- вершины углов поворота трассы; б -- замкнутый полигон: 1 -- трасса линейного объекта; 2 -- полигон; 3 -- диагональный ход; в -- микротриангуляция: / -- трасса линейного объекта; 2 -- триангуляционная сеть; г -- висячий ход: / -- трасса линейного объекта; 2 -- теодолитный ход

При съемках относительно узких полос, вытянутых в поперечном направлении от трассы или от одной из сторон замкнутого полигона, в качестве съемочного обоснования тахеометрической съемки этого участка местности принимают висячий ход (рис. 11, г), т. е. теодолитный ход с числом сторон не более трех, опирающийся в своем начале на основное съемочное обоснование либо на трассу линейного сооружения. За начало висячего хода удобно принимать одну из съемочных точек основного обоснования или трассы линейного сооружения.

Привязку висячего хода к основному съемочному обоснованию и измерение его углов осуществляют полным приемом теодолита, а длины линий лентой или дальномером в прямом и обратном направлениях.

Висячий ход размещают по возможности в середине полосы съемки, при этом если ширина последней превышает двойной предел отсчета по рейке (150x2 = 300 м), то кроме основного висячего хода прокладывают поперечные ходы.

Висячие ходы допускают для съемок масштабов 1:1000 и 1:2000. Для масштаба 1:500 допускают лишь одну выносную съемочную точку на расстоянии не более 200 м от основного съемочного обоснования.

Предельную ошибку измерений углов при создании съемочного обоснования тахеометрических съемок принимают:

(8)

где п -- число измеренных углов обоснования.

Допустимую невязку в превышениях принимают:

(9)

где L -- длина двойного нивелирного хода, км.

Допустимую невязку в определении расстояний принимают:

(10)

где?d-- общая длина теодолитного хода, м.

Закрепление точек съемочного обоснования первоначально осуществляют сторожками и точками, при этом в центр точки вбивают гвоздь, над которым центрируют теодолит с точностью ±

0,5 см. При ответственных съемках больших площадей, когда съемочные точки необходимо сохранить, последние закрепляют стандартными деревянными или железобетонными столбами. На лицевой части сторожков и столбов закрепления надписывают сокращенное название организации, выполняющей изыскания, номер съемочной точки и год производства съемки. При создании съемочного обоснования по типу микротриангуляции закрепление съемочных точек целесообразно делать обрезками - газовых труб, вбиваемых в землю, при этом исключается необходимость перестановки вех при переходе с одной съемочной точки на другую (вехи вставляют в отверстия труб).

После создания на местности планово-высотного обоснования тахеометрической съемки приступают к съемке подробностей рельефа и ситуации местности. Съемку производят полярным способом со съемочных точек обоснования по реечным точкам, размещаемым в характерных местах рельефа и ситуации (с определением направлений измерений горизонтальных углов по лимбу теодолита, расстояний -- нитяным дальномером и превышений -- методом тригонометрического нивелирования).

Реечные точки не закрепляют, а рейки при этом ставят непосредственно на землю. Число реечных точек, снимаемых с каждой точки съемочного обоснования, зависит от рельефа местности, особенностей ситуации, видимости и масштаба съемки. Реечные точки размещают по возможности равномерно по снимаемой площади таким образом, чтобы расстояния между ними в среднем соответствовали величинам, указанным ниже:



Таблица 4 Расстояния между реечными точками

Масштаб съемки	1:500	1:1000	1:2000	1:5000
Средние расстояния между реечными точками, м	10	20	50	100

Реечные точки выбирают таким образом, чтобы на топографическом плане можно было бы однозначно изобразить рельеф и ситуацию: вершины возвышенностей, водоразделы, перегибы склонов, террасы, подошвы возвышенностей, котловины, тальвеги и овраги, седловины, обрывы, очертания берегов рек, ручьев, прудов, озер, очертания границ угодий, болот, дороги с основными элементами земляного полотна, линии связи и электропередачи, подземные коммуникации (кабели, газопроводы, нефтепродуктопроводы, водоводы), очертания границ населенных пунктов, отдельные здания и сооружения, изгороди и другие подробности местности.

При производстве тахеометрических съемок рейки в характерных точках местности устанавливают рабочие -- реечники. Общее число реечников у одного съемщика может быть от одного до четырех в зависимости от его опыта и степени сложности съемки. Порядок расположения реечных точек должен быть таким, чтобы обеспечивать удобство и быстроту перехода реечников с одной снимаемой точки на другую. Наиболее часто применяют способ обхода точек параллельными рядами.

На каждой точке съемочного обоснования производят работы в такой последовательности:

Ш на съемочной точке устанавливают теодолит или тахеометр, для чего его центрируют, устанавливают с помощью подъемных винтов по уровню в рабочее положение и с помощью рейки или рулетки измеряют высоту прибора над съемочной точкой обоснования;

Ш прибор ориентируют, т. е. устанавливают ноль лимба по исходному направлению (обычно на предыдущую съемочную точку обоснования), для чего открепив закрепительный винт алидады, совмещают ноль лимба с нулевым штрихом алидады, или иначе, устанавливают отсчет по горизонтальному кругу теодолита 0°00' и закрепляют алидаду;

Ш открепив закрепительный винт лимба, наводят перекрестье нитей зрительной трубы на низ вехи, установленной на предыдущей съемочной точке обоснования, закрепляют лимб и открепляют алидаду. Ориентирование осуществляют при основном положении круга теодолита;

Ш наведение прибора на реечные точки осуществляют при основном положении круга теодолита, при этом: измеряют расстояние нитяным дальномером, наводят горизонтальный штрих сетки нитей на определенный отсчет (на высоту наводки), измеряют угол наклона по вертикальному кругу, по лимбу горизонтального круга считывают горизонтальный угол, т. е. определяют направление на точку и записывают в графу «Примечания» семантическую информацию (угол дома, опора ЛЭП, урез воды и т.д.).

При определении расстояния нитяным дальномером отсчеты по дальномерным нитям можно брать одним из следующих способов (рис. 12):

· с одновременным измерением угла наклона v, когда средний штрих сетки нитей наведен на отсчет, равный высоте прибора /, берут отсчеты по верхнему а и нижнему Ь штрихам нитяного дальномера (рис. 12, а);

· со смещением нижнего штриха дальномера на ближайший отсчет, кратный целому метру (рис. 16.2, б), при этом для взятия отсчета по вертикальному кругу теодолита средний штрих сетки нитей возвращают в исходное положение.

В обоих случаях расстояния находят путем вычитания из большего отсчета меньшего, с последующим умножением полученного результата на коэффициент дальномера С:

L = (а - b) С.

Второй способ определения дальномерного расстояния во всех случаях является более предпочтительным, поскольку требуется взятие

Рис. 12. Способы определения расстояния нитяным дальномером: с наведением средней нити на высоту прибора; б -- со смещением нижней дальномерной нити на отсчет, кратный целому метру (расстояние 63,0 м)

только одного отсчета по верхнему штриху нитяного дальномера, нижний отсчет, равный кратному значению метра, отбрасывается и, таким образом, исключается арифметическая операция определения разности отсчетов, что очень важно для ускорения съемочного процесса.

В виде исключения, если не видна часть рейки, попадающая на один из дальномерных штрихов, допускается определение расстояния по двум штрихам -- среднему и дальномерному с удвоением разности отсчетов.

При определении угла наклона v средний штрих сетки нитей обычно наводят на отсчет по рейке, равный высоте прибора l = i. Как следует из основной формулы тригонометрического нивелирования (12), в этом случае при вычислении превышения h не нужно вводить поправку за высоту наведения (i - l). При отсутствии видимости на отсчет, равный высоте прибора, средний штрих сетки нитей наводят на отсчет, равный высоте прибора плюс 1,0 или 2,0 м (например, при отсутствии видимости на l = i = 1,43, наводят на 2,43 или 3,43 м).

При измерении угла наклона v, если прибор не имеет компенсатора вертикального круга, перед взятием отсчета пузырек при алидаде вертикального круга выводят на середину (теодолит Т15), если прибор не имеет уровня при алидаде вертикального круга (теодолиты 2Т30, 2Т30П, 4Т30П), то подводят в ноль-пункт пузырек уровня горизонтального круга одним из подъемных винтов.

Завершив съемку с данной съемочной точки, перед тем как перейти на следующую съемочную точку обоснования, вновь визируют прибор на исходную веху, проверяя, не сошел ли в ходе съемки отсчет по лимбу с 0°00'.

3.3 Ведение абриса и полевого журнала. Камеральные работы

В ходе съемки характерных точек местности ведут абрис (рис. 13) с нанесением на него всех реечных точек и с зарисовкой рельефа и ситуации. Абрис делают в журнале тахеометрической съемки отдельно для каждой съемочной точки, причем направления и расстояния наносят «на глаз» без масштаба.

Абрис является важным элементом тахеометрической съемки, поскольку позволяет воспроизводить при камеральной подготовке топографического плана рельеф и ситуацию местности. В связи с этим кроме съемочных и реечных точек абрис обязательно включает в себя изображение ситуации местности, представляемое условными знаками с краткими поясняющими надписями, и основные формы рельефа в условных горизонталях с указанием направлений склонов стрелками.



Рис. Абрис тахеометрической съемки

В отличии от абрисов, ведущихся при теодолитной съемке, при тахеометрической съемке на абрисе никаких размеров не указывают (для быстроты производства работ), но обязательно проставляют номера съемочных и реечных точек (см. рис. 13).

Результаты всех измерений по определению планово-высотного положения съемочных точек заносят в специальный полевой журнал -- журнал тахеометрической съемки.

При заполнении тахеометрического журнала нумерацию съемочных точек обоснования принимают римскими цифрами. Реечные точки обозначают арабскими цифрами, причем как в журнале, так и на абрисе съемочные и реечные точки обозначают одинаковыми номерами, что дает возможность ограничиваться в абрисе, только нумерацией и расположением точек, без каких-либо цифровых характеристик. Нумерацию реечных точек при общем их числе менее 1000 принимают сквозной для всей съемки, во избежание путаницы при камеральной обработке. При общем числе точек более 1000 каждую последующую тысячу нумеруют, снова начиная с единицы.

Камеральную обработку полевых материалов тахеометрической съемки производят в определенной последовательности, по следующим этапам:

· обработка журналов тахеометрической съемки;

· составление схемы съемочного обоснования;

· подсчет и увязка приращений координат и вычисление координат точек съемочного обоснования;

· подсчет и увязка превышений и вычисление высот точек съемочного обоснования;

· составление сводной документации;

· подготовка топографического плана;

· проверка и корректировка плана;

· подготовка и запись в память базового компьютера данных для подготовки цифровой модели местности (ЦММ).

В связи с высокой производительностью тахеометрических съемок за каждый рабочий день накапливается большое количество информации о местности, поэтому ежедневно по возвращении с места производства полевых работ съемщик обрабатывает журнал тахеометрической съемки и, в частности, приводит в порядок все записи и зарисовки, проверяет по данным пикетажного журнала соответствие привязки съемочного обоснования к трассе, выписывает из журнала нивелирования высоты точек привязки и съемочных точек обоснования, сверяет записи с абрисом. Съемщик наносит на чертежный лист координатную сетку и все съемочные точки обоснования.

К повседневным работам по обработке материалов тахеометрической съемки также относят:

Ш подсчет расстояний, превышений и высот съемочных точек обоснования;

Ш подсчет расстояний, превышений и высот реечных точек;

Ш нанесение на чертеж реечных точек с выпиской их порядковых номеров и высот;

Ш нанесение ситуации;

Ш рисовка горизонталей;

Ш оформление (в карандаше) топографического плана.

Топографические планы и ЦММ составляют в одной и той же государственной или условной системах координат. Топографические планы небольших участков местности (небольших карьеров и резервов грунта, второстепенных и временных сооружений и т. д.) допускается вычерчивать без координатной сетки, если на этот участок местности не составляется ЦММ.

Топографические планы ориентируют по сторонам света (север -- вверх, восток -- справа). Координатную сетку разбивают на стандартном чертежном листе с помощью линейки Дробышева со сторонами квадратов, равными 10 см. Правильность разбивки проверяют проведением и сравнением двух диагоналей. Затем по координатам накладывают все съемочные точки опорной сети, которые закрепляют тушью с выписанным справа дробного обозначения: в числителе -- порядковый номер съемочной точки римскими цифрами, в знаменателе -- высота точки с точностью до 1 сантиметра.

Участки трассы, входящие в съемочное обоснование, накладывают на чертеж по данным пикетажного журнала с разбивкой на пикеты и плюсы и выписыванием из журнала нивелирования высот точек с точностью до 1 дециметра. Трассу и все относящиеся к ней точки закрепляют красной тушью (варианты -- красным пунктиром). Надписи делают
дробью: в числителе -- пикет и плюс, в знаменателе -- высота.

На план также наносят захваченные съемкой морфостворы и гидростворы, которые закрепляют синей тушью.

Накладку реечных точек осуществляют с помощью специального тахеометрического транспортира (тахеографа), сделанного из прозрачного целлулоида и градуированного против хода часовой стрелки с ценой деления 30', т. е. навстречу градуировке лимба тахеометра (рис. 16.4).

Тахеограф с помощью иглы накладывают центром на съемочную точку и совмещают отсчет по лимбу на реечую точку с линией ориентира. В этом положении ноль градусного круга тахеографа укажет направление на реечную точку, а соединенная с кругом масштабная линейка даст в соответствующем масштабе расстояние до точки.

Реечные точки отмечают карандашом с надписью дробью: в числителе -- номер реечной точки арабскими цифрами, в знаменателе -- высота точки с округлением до 1 дециметра. Одновременно с наколкой реечных точек наносят ситуацию.

На рис. 14 представлен числовой пример: отсчет по горизонтальному кругу на реечную точку №30 (из журнала тахеометрической съемки) -- 40°00', горизонтальное расстояние -- 125,0 м, высота -- 97,5 м, ориентир -- на Ст. I.

После нанесения всех реечных точек производят рисовку горизонталей. Предварительно, руководствуясь абрисом, намечают слабым пунктиром основные линии рельефа и в соответствии с направлениями скатов соединяют точки, между которыми будет производиться интерполяция высот. При рисовке горизонталей должны быть проработаны все характерные особенности рельефа: вершины, седловины, котловины, склоны, хребты, лощины, водоразделы и обрывы.

Рис 14. Графическое интерполирование горизонталей

Размещено на http://www.allbest.ru/



Если возникает необходимость изобразить рельеф отдельных участков местности более подробно, то наносят полугоризонтали пунктирными линиями. Каждую пятую полную горизонталь проводят линией удвоенной толщины и выписывают ее высоту в целых метрах.

Интерполирование при рисовке горизонталей между реечными точками производят аналитическим или графическим способами. Смысл интерполяции состоит в том, что линию, соединяющую две смежные реечные точки, между которыми можно вести линейную интерполяцию высот, разбивают на интервалы с заданной высотой сечения с нахождением планового положения точек соответствующих горизонталей.

Графически эта задача решается следующим образом:

· лист кальки расчерчивают параллельными линиями с равным интервалом по высоте, при этом каждую линию нумеруют как горизонталь, т. е. создают палетку (рис. 14, в);

· палетку накладывают на чертеж таким образом, чтобы одна из точек совмещалась с соответствующей высотой палетки;

· палетку поворачивают вокруг этой точки до совмещения второй точки с соответствующей высотой палетки, как показано на рис. 14, в;

· пересечение соответствующих линий палетки с прямой, соединяющей реечные точки, даст положение точек прохождения соответствующих горизонталей. Затем переходят к интерполированию между следующими смежными точками и т. д. Точки равных высот соединяют плавными кривыми.

После завершения рисовки горизонталей и нанесения ситуации план целесообразно сверить с местностью (если имеется такая возможность) и в случае необходимости откорректировать. Лишь после этого план закрепляют тушью. Топографические планы вычерчивают в принятых условных обозначениях, при этом обязательно указывают масштаб плана и высоту сечения горизонталей.



4. Современные геодезические приборы и топографическая съемка

4.1 GPS (GNSS)-технологии

Глобальная спутниковая навигационная система (ГНСС) - это система, позволяющая определять пространственное положение объектов местности путем обработки принимающим устройством спутникового сигнала. ГНСС состоит из трех сегментов: космического, наземного и пользовательского. Космический сегмент представляет собой созвездие спутников. Наземный сегмент включает в себя сеть следящих станций, которые наблюдают за спутниками на орбите и выполняют корректировку их положения. Пользовательский сегмент включает все приемники, выполняющие определение своего местоположения.

В настоящее время существует несколько ГНСС:

· GPS (global position system), управление которой осуществляется правительством США;

· ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система), Российская спутниковая система;

· Galileo, европейская спутниковая система;

· Compass, спутниковая навигационная система под управления правительства Китая.

Все спутниковые навигационные системы отличаются сигналом, количеством спутников, одновременно находящихся на орбите, орбитальными параметрами полета спутников. Практически все спутники передают сигналы как гражданского (открытые сигналы), так и военного назначения (закрытые сигналы). Для определения пространственного местоположения пользователя с точностью 3-15 м ему достаточно иметь спутниковый навигационный приемник.

Для определения пространственного положения с более высокой точностью необходимо выполнять измерения в дифференциальном режиме (т.е. иметь два приемника, один из которых выступает базовым и должен быть установлен на точке с заданными координатами, а второй выступает в качестве роверного (передвижного) для определения координат интересуемых точек, при этом оба приемника должны работать одновременно). Существует два режима выполнения измерений: с постобработкой и в RTK (режиме реального времени). При использовании режима с постобработкой сначала выполняются полевые измерения интересуемых точек, а затем выполняется перенос данных с приемника на компьютер, и производится обработка измерений с использованием специализированного программного обеспечения. Режим реального времени позволяет получать координаты точек непосредственно в полевых условиях, для этого требуется либо радиосвязь, либо GSM-связь между базовым и роверным приемником, снабженных радио или GSM модемами.

Погрешности определения пространственных координат точек спутниковыми методами в зависимости от типа сигнала и режима измерений.

Таблица 5. Точность определения координат ГНСС

Наименование метода	Погрешности координат
	Фазовые измерения	Кодовые измерения
Абсолютный метод	- решение с точными эфемеридами 0,6 - 4 см.	- PPS 2 - 18 м; - SPS без режима SA 4 - 40 м; - SPS с режимом SA 12 - 100 м.
Дифференциальный (относительный) метод	- статика (фиксированное решение) (0,1 - 1)+D*10-7 см; - статика (плавающее решение) 7 - 50 см; - кинематика RTK, VRS 0,6 - 5 см.	- DGPS по коду, сглаженному фазой 0,2 - 1 м; - DGPS 0,6 - 5 м.



Достоинством ГНСС является возможность определения координат точек в нужной системе координат на больших расстояниях и вследствие этого значительно сокращаются трудозатраты.

Спутниковые системы позиционирования. К новым геодезическим технологиям относятся методы определения координат точек (позиционирования) по сигналам со специальных спутников Земли, движущихся по определенным орбитам.

Созданные в 70-е гг. XX в. спутниковые радионавигационные системы «Цикада» (СССР) и «Транзит» (США) использовались для навигационного обеспечения задач мореплавания, авиации, сухопутного транспорта и в военном деле. По мере развития науки и техники и повышения точности определения координат точек спутниковые навигационные системы получили применение для решения широкого круга геодезических задач.

В настоящее время действуют две спутниковые системы определения координат: российская система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) и американская система NAVSTAR GPS (Навигационная система определения расстояний и времени, глобальная система позиционирования).

Система спутникового позиционирования включает три сегмента: созвездия космических аппаратов (спутников), наземного контроля и управления, приемных устройств (аппаратуры пользователей).

Сегмент космических аппаратов. Каждая из современных систем GPS и ГЛОНАСС состоит из 24 спутников (21 действующего и 3 резервных), которые обращаются вокруг Земли по практически круговым орбитам. Орбиты спутников GPS расположены в шести плоскостях по 4 спутника в каждой (рис. 126, а); средняя высота орбиты -- около 20 180 км, период обращения спутников вокруг Земли составляет 11 ч 58 мин. Такое количество спутников и их расположение обеспечивают одновременный прием сигналов как минимум от четырех спутников в любой точке Земли в любое время. С 1983 г. система GPS открыта для гражданских потребителей. Спутники ГЛОНАСС вращаются вокруг Земли в трех орбитальных плоскостях по 8 спутников в каждой (рис. 15, б) на высоте около 19 150 км, период обращения -- 11 ч 16 мин. В январе 1996 г. ГЛОНАСС развернута полностью.

Рис. 15. Созвездия искусственных спутников: а -- NAVSTAR GPS; б -- ГЛОНАСС

На каждом спутнике GPS и ГЛОНАСС установлены солнечные батареи питания, приемно-передающая аппаратура, эталоны частоты и времени, бортовые компьютеры и уголковые отражатели для лазерной дальнометрии.

Сегмент наземного контроля и управления состоит из сети станций слежения за спутниками, равномерно размещенных по территории страны, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станцией загрузки данных на борт спутников. С пунктов слежения дважды в сутки лазерным дальномером измеряются расстояния до каждого из спутников. Собранную информацию о положении спутников на орбитах (эфемеридах) передают на бортовой компьютер каждого спутника. Спутники непрерывно излучают для пользователей измерительные радиосигналы, данные о системном времени, свои координаты и другие сведения.

Сегмент приемных устройств включает спутниковый приемник, антенну, управляющий орган-контроллер, источник питания и другие вспомогательные средства.

Определение координат точек земной поверхности с помощью спутников основано на радиодальномерных измерениях дальностей от спутников до приемника, установленного на определяемой точке. Если измерить дальности R_}, R₂ и R₃ до трех спутников (рис. 127), координаты которых на данный момент времени известны, то методом линейной пространственной засечки можно определить координаты точки стояния приемника Р. Из-за несинхронности хода часов на спутнике и в приемнике определенные до спутников расстояния будут отличаться от истинных. Такие ошибочные расстояния получили название «псевдодальностей» . Для исключения этих погрешностей определение координат точек с достаточной точностью возможно при одновременном наблюдении не менее 4 спутников.

Системы спутникового позиционирования работают в гринвичской пространственной прямоугольной системе координат с началом, совпадающим с центром масс Земли.

ИзмерительнаяИзмерительная

станциястанция

Рис. 17 Принципиальная схема спутниковой системы позиционирования



При этом система GPS использует координаты мировой геодезической системы WGS-84 (World Geodetic System, 1984 г.), а ГЛОНАСС -- систему координат ПЗ-90 (Параметры Земли, 1990 г.). Обе координатные системы установлены независимо друг от друга по результатам высокоточных геодезических и астрономических наблюдений. Поскольку эти координатные системы основаны на разных эллипсоидах и ориентированы на разные территории, геодезические и прямоугольные координаты одних и тех же точек земной поверхности в этих системах не совпадают. Большинство современных приемников работают со спутниками GPS, поэтому координаты измеренных точек получают чаще всего в системе WGS-84. Для перехода к государственной или местной системе координат используют предусмотренную программами обработки функцию трансформирования.

Топографическая съемка с использованием геодезических спутниковых приемников выполняется в три этапа: подготовительные работы, создание геодезического съемочного обоснования, собственно съемка.

В ходе подготовительных работ выбирают места для закрепления точек съемочного обоснования с таким расчетом, чтобы не было помех от расположенных вблизи сооружений, крон высоких деревьев, источников мощного радиоизлучения. Все эти факторы могут существенно снизить качество выполняемых спутниковых измерений. Кроме того, особое внимание уделяется планированию наблюдений, для чего используют специальный модуль в программном обеспечении спутникового приемника. Этот модуль позволяет получить характеристику процесса позиционирования на любой момент времени и, таким образом, выбрать наиболее благоприятный период для выполнения измерений.

Определение координат пунктов геодезического съемочного обоснования производится методом статических спутниковых наблюдений. Статический метод является наиболее надежным и точным методом, позволяющим получить разность координат смежных пунктов с миллиметровой точностью. Один из приемников, называемый базовым, устанавливают на штативе над исходной точкой с известными координатами (пункт государственной геодезической сети, геодезической сети сгущения), а второй, называемый мобильным, -- поочередно на пункты съемочной сети. При этом должно быть обеспечено условие синхронных измерений базовым и мобильным приемниками. Время наблюдений выбирается в зависимости от длин базовых линий, количества одновременно наблюдаемых спутников, класса используемой спутниковой аппаратуры и условий наблюдений. С учетом всех перечисленных факторов время измерения каждой базовой линии может составлять от 15 -- 20 минут до 2,5 -- 3 часов. Работа с каждым приемником на станции включает: центрирование приемника над пунктом с помощью нитяного или оптического отвеса, измерение высоты антенны с помощью секционной рейки, включение приемника. При измерении в статическом режиме во время работы не требуется производить каких-либо действий. Приемник автоматически тестируется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, производит GPS-измерения и заносит в память всю информацию. По истечении необходимого времени наблюдений мобильный приемник переносят на следующую определяемую точку. После окончания измерений производят обработку полученных результатов, которая включает вычисление длин базовых линий и координат пунктов обоснования в системе координат WGS-84, строгое уравнивание сети по методу наименьших квадратов, трансформирование уравненных координат в государственную или местную (условную) систему координат. Точность определения планового местоположения точек статическим способом достигает (5--10 мм) + 1--2 мм/км, высотного -- в 2 -- 3 раза ниже.

Топографическая съемка местности выполняется посредством проведения кинематических спутниковых измерений, позволяющих получать координаты и высоты точек за короткие промежутки времени. Для этого базовый приемник на штативе устанавливается на пункте съемочного обоснования, а мобильный -- поочередно на снимаемые точки, причем приемник вместе с источником питания располагаются в специальном рюкзаке, а приемная антенна и контроллер, с помощью которого осуществляется управление процессом съемки, крепятся на вехе. Вначале выполняется инициализация -- привязка мобильной станции к базовой, для чего измерения на первой точке проводят несколько дольше (20 -- 30 с), чем на последующих точках. Установив веху с антенной на точку и задав в контроллере все необходимые параметры (высоту установки антенны на вехе, номер пикета, его признак, например: угол забора, смотровой колодец и т.п.),

Завершают съемку участка наблюдениями на первой точке либо на пункте с известными координатами. После завершения съемки производят обработку результатов так же, как и в случае статических измерений. Точность способа кинематических измерений составляет 2 -- 3 см в плане и 6 -- 8 см по высоте. Результаты измерений могут быть представлены как в цифровом виде, так и в графической форме.

4.1.1 Геодезическое GPS-оборудование

Геодезические GPS (Global Positioning System - глобальная система место определения.) системы позволяют в кротчайшие сроки, с меньшими усилиями и с высокой степенью надёжности получить координаты и высоты объектов.

Космической составляющей любой спутниковой навигационной системы будь это «GPS» или «ГЛОНАСС» (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) является орбитальная группировка спутников, которые постоянно излучают навигационные сигналы для наземного GPS и (ГЛОНАСС) оборудования. Наземный сегмент системы состоит из контролирующих станций и станции управления, которые в конечном итоге обеспечивают надежную работу GPS оборудования. Ведение геодезических работ с помощью GPS увеличивает производительность вашего труда. Вы можете достигнуть сантиметрового уровня точности определения координат гораздо быстрее, чем при использовании традиционных геодезических инструментов. GPS позволяет вести геодезические работы круглосуточно, в любую погоду, а также, при отсутствии прямой видимости между точками.

В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится 24 спутника (SVs) NAVSTAR. Период обращения спутников составляет двенадцать часов, а большая полуось приблизительно равна 20200 км. Спутники сгруппированы на шести орбитах, с наклонениями в 55 градусов к экватору.

Каждый спутник передает радиосигналы, которые имеют уникальные идентификационные коды. Высокоточные атомные часы на борту спутников управляют генерацией этих сигналов и кодов.

Каждый спутник передает два уникальных кода. Первый и более простой код называется C/А (грубым) кодом. Второй код называется P (точным) кодом. Этими кодами модулируются две несущих волны L1 и L2. L1 несет C/А и Р-код, а L2 несёт только Р - код.

GPS приёмники подразделяются на одночастотные и двухчастотные. Одночастотные приёмники принимают только несущую L1, а двухчастотные и L1 и L2.

Координаты вычисляются методом трилатерации после определения дальности до каждого видимого спутника. Дальности определяются по коду или фазе несущей.

Между генерацией кода в спутнике и приёмом его GPS антенной проходит определённый период времени. Кодовые измерения позволяют определить этот промежуток времени и умножив его на скорость света, мы получим дальность до спутника.

GPS приёмники геодезического класса измеряют фазу в пределах цикла несущей. Длины волн L1 и L2 известны, поэтому дальности до спутников можно определить, добавив фазовый домер к общему числу длин волн между спутником и антенной.

Определение полного числа циклов несущей (длин волн) между антенной и спутником называется разрешением неоднозначности - поиском целого значения числа длин волн. Для измерений в режиме с постобработкой (РР), который используется для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется во время обработки на компьютере. Для измерений в реальном времени, которые используются для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется в течение процесса называемого инициализацией.

Для геодезических GPS измерений необходимо одновременное наблюдение одних и тех же четырёх (или более) спутников, по крайней мере, двумя GPS приёмниками. Хотя вы можете использовать и более двух приёмников, в этом руководстве мы ограничимся обсуждением использования лишь двух: базовый приёмник и приёмник - ровер.

Базовый приёмник в течение всего процесса измерений располагается на пункте геодезической основы с известными координатами. Ровер перемещается по определяемым точкам или участвует в процессе выноса точек в натуру. Результатом объединения данных, полученных этими двумя приёмниками, является пространственный вектор между базой и ровером. Этот вектор называется базовой линией.

Для определения положения ровера относительно базы вы можете использовать различные методы измерений. Эти методы отличаются длительностью выполнения измерений:

Для измерений в реальном времени используется радиомодем, который передаёт данные базы роверу. Результаты получаются непосредственно в поле.

Методы измерений с постобработкой, требуют записи данных в поле и последующей их совместной обработки на офисном компьютере.

В основном выбор метода зависит от таких факторов, как конфигурация приёмника, требуемая точность, ограничения по времени и необходимости получения результатов в реальном времени.

Геодезисты используют GPS для развития опорных сетей, топографических съёмок и разбивочных работ.

Топографическая съёмка служит для определения координат большого объёма точек в районе работ. По этим измерениям обычно создают топографические планы.

Лучше всего для этого подходят кинематические методы (в реальном времени или с постобработкой) из-за короткого времени стояния на точках.

Огромным импульсом развития геодезического GPS оборудования послужило отключение особого режима ограниченного доступа (SA - Selective Availability) в передаваемых навигационных данных со спутника, что позволило определять местоположение объекта с высокой точностью и на всей территории земной поверхности. На российском рынке геодезических техники представлено современное оборудование в сфере GPS систем основных мировых производителей (Topcon, Trimble, Sokkia, Leica, Magellan). GPS приемники геодезические бывают следующих модификаций: одночастотные, двухчастотные и многочастотные, в зависимости от сложности, объёма выполняемых работ и финансовых возможностей у потребителя есть возможность приобрести оборудование любой нужной конфигурации.

Одно из требований, предъявляемое временем к GPS оборудованию - это возможность использования различных навигационных систем, которые действуют сейчас: GPS, ГЛОНАСС и перспективные Galilleo. Современный GPS приемник геодезический - прибор многочастотный, использующий несколько каналов GNSS как правило с радиомодем и возможностью использования режима RTK. Передовые методики приема сигналов со спутников позволят принимать усовершенствованные GPS сигналы L2C и L5 и сигналы ГЛОНАСС. Усовершенствованные сигналы L2C и L5 будут оперативнее отслеживаться и приниматься, что соответственно улучшит получение качественных результатов в условиях ограниченного приема сигналов GNSS (Global Navigation Satellites System - Глобальные Навигационные Спутниковые Системы). Выше перечисленные параметры гарантируют пользователям высокую производительность и что немаловажно точность выполняемых работ, позволяют получать координаты с точностью от метра до нескольких миллиметров.

Все методы получения точных пространственных координат связаны с технологией закрепления и определения на местности базовой станции, а «роверные» GPS приемники предназначены для определения координат неизвестных точек. В зависимости от заданной точности, сроков работ, программного обеспечения применяются методы: режим статики, режим кинематики, режим кинематики в реальном времени «RTK».

В мире очень широко применяются постоянно действующие базовые станции (ПДБС), т. е. стационарно установленные спутниковая антенна и постоянно устанавливающий свои координаты геодезический GPS приемник. А сеть ПДБС позволяет значительно упростить задачи решаемые геодезистами.

Особую роль в получении необходимых результатов полевых работ играет программное обеспечение. Программа для «скачки» снабжает всем необходимым для определения, импорта и экспорта данных измерений, полученных ГЛОНАСС. Обработка и последующий анализ данных исполняется, как правило, другой программой, при этом возможность объединения различных геодезических измерений и их совместная последующая обработка значительно расширяют границы возможного при выполнении геодезических работ.

Подводя итоги можно с уверенностью отметить, что современные геодезические GPS/ГЛОНАСС приемники при выполнении широкого круга задач, могут заменить собой тахеометр, нивелир, теодолит и другие геодезические приборы. И при этом данное оборудование может использоваться на штативе, металлической вехе, а сам прибор имеет малый вес, компактный и всепогодный.



4.1.2 Полевой контролер

Полевой контроллер - относится к сравнительно новому геодезическому оборудованию, существенно повышающему эффективность выполнения топографо-геодезических работ.

В последнее время приводятся различные толкования этого прибора, например: полевой контроллер - представляет собой съемную панель управления;

GPS контроллер -- это современный компьютер с широкими возможностями и другие, что при своей определенной правоте не в полной мере раскрывает предназначение данного прибора и вводит в заблуждение неопытных пользователей.

Программируемый контроллер - специальное компьютеризированное техническое устройство, которое используется для управления и автоматизации технологических процессов. В отличие от бытовых компьютеров общего назначения, контроллеры оснащены развитыми устройствами ввода-вывода сигналов с датчиков и команд исполнительным механизмам, предназначены для длительной работы без сервисного обслуживания, а также для работы в неблагоприятных погодных условиях. То есть, если заменить слово "программируемый" на слово "полевой" получим формулировку для полевого контроллера. Впервые контроллеры начали использовать на станках с числовым программным управлением, это были достаточно большие и энергоёмкие устройства, которые вряд ли кто захотел бы взять с собой в поле. Но с течением времени и развитием вычислительных технологий контроллеры стали более подходить под требования к полевым приборам и в настоящее время активно внедряются в практическую деятельность.

Полевой контроллер - это устройство для автоматизации топографо-геодезических процессов, управления отдельными функциями геодезического оборудования и хранения полученных результатов, а так же для оценки качества наблюдений. Современные полевые контроллеры в принципе позволяют выполнить достаточно полную обработку наблюдений, но в этом случае нарушается один из главных принципов геодезии, что вычисления должны быть проверены во вторую руку. Не заменимы эти приборы при работе с приемниками GNSS, когда в ходе производства наблюдений пользователь может оценить качественные параметры наблюдений и в соответствии с этим скорректировать время работы на данной точке. Еще более важность полевых контроллеров проявляется при работе на современных геодезических системах, объединяющих несколько разнотипных приборов, например - тахеометр и приемник GNSS или полевой сканер и приемник GNSS, в этом случае объемы получаемой информации настолько велики, что без современного полевого контроллера их не возможно оценить и произвести постобработку, а геодезические системы не так уж дешевы, чтобы второй раз их везти на одно и то же место для повторных наблюдений. В данном случае снимать систему с точки наблюдения целесообразно в том случае если есть уверенность, что наблюдения произведены правильно.

...