Использование спутниковых технологии в инженерной геодезии.

 

Согласно общепринятому определению, Геодезические спутники искусственные спутники Земли, запускаемые в качестве объектов наблюдения для решения задач спутниковой геодезии. Материалами для решения таких задач служат измеренные в результате наблюдений направления на тот или иной спутник (позиционные наблюдения) и расстояния до него. Геодезические связи между пунктами Земли, удалёнными друг от друга до нескольких тыс. км (например при межконтинентальной космической триангуляции) устанавливаются путём позиционных фотографических наблюдений спутника движущегося на высоте 4-6 тыс. км одновременно из двух или более пунктов. Для обеспечения таких наблюдений спутниковыми фотокамерами средних размеров запускаются надувные Г. с. - баллоны диаметром до 30-40 м из алюминированной пластмассовой плёнки. В динамической спутниковой геодезии используют более массивные спутники движение которых в меньшей мере зависит от неоднородностей атмосферы, а определяется в основном особенностями гравитационного поля Земли; такие Г. с. запускают на высоты до 3 тыс. км. Для повышения точности одновременных позиционных наблюдений и измерения расстояний до спутников на Г. с. устанавливается специальное оборудование. Мощные импульсные источники света, работа которых контролируется бортовыми кварцевыми часами и управляется с Земли, облегчают позиционные наблюдения и позволяют синхронизовать их с высокой точностью при одновременном участии в работе нескольких станций. Приёмо-передатчики, ретранслирующие радиосигналы, посылаемые на Г. с. наземными станциями, позволяют путём измерения сдвига фазы принятого на станции сигнала относительно посланного определять расстояния до спутника. Расстояния до Г. с. определяются также на основе анализа изменений частоты сигналов установленных на Г с. радиопередатчиков вследствие Доплера эффекта. Для измерения расстояний спутниковыми лазерными дальномерами на Г. с. устанавливаются уголковые отражатели.
Наилучшее решение задачи достигается, когда используются наблюдения или данные о движении спутников с орбитами разных наклонов и высот, а также данные наземной гравиметрической съёмки. Для исследования или исключения таких возмущений, как, например, сопротивление атмосферы Земли, используют т. н. геодезические спутники, орбиты которых выбирают для этой цели особо. В настоящее время в решении динамических задач С. г. всё большую роль играет применение радиотехнических и лазерных методов наблюдений движения спутников и далёких космических объектов.

Геодезические сети

Для составления карт и планов, решения геодезических задач, в том числе геодезического обеспечения строительства, на поверхности Земли располагают ряд точек, связанных между собой единой системой координат. Эти точки маркируют на поверхности Земли или в зданиях и сооружениях центрами (знаками). Совокупность закрепляемых на местности или зданиях точек (пунктов), положение которых определено в единой системе координат, называют геодезическими сетями.

Геодезические сети подразделяют на плановые и высотные: первые служат для определения координат X и Y геодезических центров, вторые - для определения их высот H.

Для вычисления плановых координат вершин закрепленных на местности точек необходимо знать элементы геометрических фигур и дирекционный угол стороны одной из фигур и координаты одной из вершин. Для определения высот пунктов (реперов) строят в основном сети геометрического нивелирования. Используют также метод тригонометрического нивелирования.

Сети строят по принципу перехода от общего к частному, т. е. от сетей с большими расстояниями между пунктами и высокоточными измерениями к сетям с меньшими расстояниями и менее точным.

Геодезические сети подразделяют на четыре вида: государственные, сгущения, съемочные и специальные.

Государственные геодезические сети служат исходными для построения всех других видов сетей.

Плановые геодезические сети.

 

При изысканиях строительных площадок местность снимают в масштабах 1:5000-1:500. Геодезическое обоснование строят в виде сетей триангуляции, полигонометрии, нивелирования. Предварительные изыскания трасс линейных сооружений производят по топографическим картам и материалам аэросъёмки. Окончательные изыскания выполняют полевым трассированием. Оптимальные варианты трасс и площадок выбирают с помощью электронно-вычислительных машин по цифровой модели местности. Инженерно-геодезическое проектирование состоит в подготовке топографической основы проекта (планов, профилей) и аналитических данных (координат и отметок точек, длин и азимутов линий), а также в вертикальной планировке площадок, аналитической подготовке проекта и др. Для перенесения проекта на местность создают разбивочную сеть опорных геодезических пунктов в виде триангуляции (туннельной, гидротехнической, мостовой), строительной сетки (на промышленных площадках), сетей полигонометрии (в городах), точной трилатерации (для высотных и уникальных сооружений). От разбивочной сети переносят в натуру главные оси сооружений и детально разбивают все строительные оси и поперечники. На законченных сооружениях выполняют контрольную исполнительную съёмку. Установка в проектное положение конструкций и оборудования включает выверку осей в плане, по высоте и по вертикали. Для плановой выверки применяют струнно-оптические и оптические методы. Конструкции по высоте устанавливают геометрическим и гидростатическим нивелированием или микронивелированием. Вертикальность осей проверяют точными теодолитами (наклонным визированием) или особыми зенит-приборами. При наблюдениях за деформациями сооружений определяют осадки и плановые закрепленных точек (марок). Осадки измеряют высокоточным нивелированием, которое прокладывается периодически (циклами) по строго установленной программе. Применяют также электронно-гидростатические системы с автоматической записью их показаний. Плановые щения прямолинейных сооружений определяют створным методом, криволинейных - триангуляцией или полигонометрией. Пространственные деформации целесообразно измерять методом наземной стереофотограмметрической съёмки. В этих работах особое внимание обращается на устойчивость (незыблемость) плановой и высотной геодезической основы.

Началом единого отсчета плановых координат в РФ служит центр круглого зала Пулковской обсерватории в Санкт-Петербурге.

Государственные плановые геодезические сети разделяют на четыре класса. Современная схема построения государственных плановых геодезических сетей методом триангуляции приведена на рис. 9.

В настоящее время для построения государственных сетей используют спутниковые методы измерений.

С этой целью принята концепция построения трех уровней государственной геодезической спутниковой сети. Эта концепция предусматривает построение:

· - фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС);

· - высокоточной астрономо-геодезической сети (ВАГС);

· - спутниковой геодезической сети I класса (СГС-1).

Фундаментальная АТС реализуется в виде системы закрепленных на всей территории России 50 - 70 пунктов со средними расстояниями между ними 700 - 800 км. Часть этих пунктов (10 - 15) должны стать постоянно действующими астрономическими обсерваториями, оснащенными радиотелескопами для наблюдений удаленных источников радиоизлучения (квазаров) и спутниковыми приемниками GPC-ГЛОНАС. Взаимное положение этих пунктов будет определяться с погрешностью в 1 - 2 см.

Высокоточная астрономо-геодезическая сеть (ВАГС) должна заменить звенья триангуляции I класса и представлять собой однородные по точности пространственные построения с расстоянием между смежными пунктами 150 - 300 м. Общее число пунктов (ВАГС) должно составлять 500 - 700, при этом часть пунктов будет совмещена с пунктами (ФАГС). Взаимное положение таких пунктов будет определяться спутниковыми методами с относительной погрешностью 5·10^-8 или 2 - 3 см.

Спутниковая геодезическая сеть I класса (СГС) должна заменить триангуляции I - II класса со средними расстояниями между пунктами 30 - 35 км, общим числом 10 - 15 тысяч и средней квадратической ошибкой взаимного положения 1 - 2 см. Построение такой сети предполагается осуществить в течение десяти ближайших лет.

Сети сгущения строят для дальнейшего увеличения плотности (числа пунктов, приходящихся на единицу площади) государственных сетей.

 

Рис. 9. Схема построения государственных плановых геодезических сетей 1, 2, 3 и 4-го классов методом триангуляции

Плановые сети сгущения подразделяют на 1-й и 2-й разряды.

Съемочные сети - это тоже сети сгущения, но с еще большей плотностью. С точек съемочных сетей производят непосредственно съемку предметов местности и рельефа для составления карт и планов различных масштабов.

Специальные геодезические сети создают для геодезического обеспечения строительства сооружений. Плотность пунктов, схема построения и точность этих сетей зависят от специфических особенностей строительства.

 

Высотные геодезические сети.

 

Геодезическая сеть, система точек земной поверхности, взаимное положение которых определено в некоторой единой системе координат и высот над уровнем моря на основании геодезических измерений. Координаты геодезических пунктов Г. с. определяются преимущественно методом триангуляции или полигонометрии. Для определения координат пунктов Г. с. используют также результаты наблюдений искусственных спутников Земли, которые рассматриваются как подвижный носитель координат или как промежуточная точка, служащая для передачи координат на большие расстояния. Высоты пунктов Г. с. определяют методами нивелирования. Пункты Г. с. закрепляются на местности геодезическими знаками и являются исходной основой и опорными пунктами при картографировании земной поверхности и геодезических измерениях на местности в связи с различными инженерными изысканиями и хозяйственными мероприятиями.

Геодезические разбивочные работы - являются одним из основных видов геодезических работ. Выполняются по рабочим чертежам проекта для закрепления на местности планового и высотного положения характерных точек сооружения.
При выполнении разбивочных работ углы, расстояния и превышения не измеряют (как при съемке) а откладывают на местности, в этом и заключается основная особенность разбивочных работ.
Практически разбивочные работы можно разделить на три этапа:
1) Вынос и закрепление главных и основных осей сооружения
2) Вынос и закрепление осей отдельных строительных элементов сооружения (детальная разбивка)
3) Разбивка осей для технологического оборудования

Для проведения разбивочных работ применяют следующие способы: полярных и прямоугольных координат, линейный, угловой и створной засечек, створно-линейный и т.д. Применение конкретного способа разбивки зависит от многих факторов, таких как: геометрия сооружения, расположение пунктов геодезической сети наличие измерительных средств.
Наиболее распространенный способ разбивки, при наличии на площадке строительных осей - способ прямоугольных координат. При этом способе координаты точек здания определяют от ближайших пунктов строительной сетки по вычесленным приращениям абцисс и ординат. Главные и основные оси служат для последущей детальной разбивки. Детальную разбивку выполняют как правило створно-линейным способом, находя пересечения промежуточных осей с основными. На выполнению работу по разбивке составляют специальный акт, к которому прилагается исполнительная схема разбивки.

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.

Рис. 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 высокого класса или узловые точки.