Меню

Методы полевых геодезических измерений



Геодезические измерения

Геодезия и маркшейдерия относятся к таким областям техники, где измерения являются необходимым элементом производственной деятельности. И не только необходимым, но таким массовым в своем исполнении, что и вообразить себе невозможно. Достаточно сказать, например, что для съёмки местности площадью всего в 1 га в масштабе 1:500 (для сравнительно средней сложности местности) понадобится около 200 точек, для каждой из которых определяются три координаты: две плановые (х, у) и высота (Н).

Измерения в геодезии являются количественной и качественной основой для изучения Земли, отдельных ее фрагментов, для получения исходной информации при решении всех инженерно-геодезических задач и выполнения топографических работ. Любое измерение выражается количественной характеристикой (величиной угла, длиной линии, превышением, площадью участка местности и т.п.) и имеет качественную сторону, которая характеризует точность полученного результата.

Величины, которые получают в процессе производства геодезических работ, можно классифицировать на измеренные и вычисленные. В первом случае величину получают обычно непосредственно, путем сравнения её с единицей средства измерения, или косвенно, как функцию двух или нескольких непосредственно измеренных величин. Например, площадь прямоугольника может быть получена как произведение его сторон, измеренных непосредственно.

Результаты геодезических измерений

Под результатом геодезического измерения подразумевается конечный результат, который получается в процессе всех произведённых измерений и вычислений. Например, конечным результатом может быть высота точки, её плановые координаты, площадь участка и т.п.

Равноточные и неравноточные измерения

Результаты геодезических измерений в своей группе могут быть равноточными и неравноточными.

Если измерения выполнены прибором одного и того же класса точности, по одной и той же методике (программе), в одинаковых внешних условиях, одним и тем же наблюдателем (либо наблюдателями одной квалификации), то такие измерения относят к равноточным. При несоблюдении хотя бы одного из перечисленных выше условий результаты измерений классифицируют как неравноточные.

Примером равноточных измерений могут являться результаты измерений длины одной и той же линии либо линий, примерно равных друг другу, полученные при неизменных условиях внешней среды, одним и тем же измерительным средством (прибором), одними и теми же исполнителями работ, по общей для всех результатов измерений программе.

Если в процессе измерений длины линии, например, светодальномером, изменится температура окружающего воздуха, влажность, давление, то это может привести к получению части неравноточных результатов в общей группе результатов измерений, поскольку при изменении внешних условий может произойти и изменение характеристик измерительного прибора, характеристик прохождения светового луча в атмосфере.

Необходимые и избыточные числа измеренных величин и измерений

Число измеренных величин и число измерений может быть необходимым и избыточным.

При измерении, например, углов в треугольнике число необходимых измеренных величин равно двум, в семиугольнике – шести. Значение третьего (седьмого) угла можно вычислить по сумме двух (шести) измеренных углов. Если необходимо решить плоский треугольник, то дополнительно к измеренным двум углам обязательным является знание длины хотя бы одной из его сторон, в связи с чем число необходимых измеренных величин должно быть равно трём (одно измерение – линейное, два – угловые). Та же задача решается и при выполнении двух линейных измерений и одного угла, заключённого между измеренными сторонами треугольника.

Таким образом, числом необходимых измеренных величин является минимально необходимое их число, при котором обеспечивается решение поставленной задачи. Число же измеренных величин, превышающих число необходимых, называется числом избыточных величин. В геодезии, в маркшейдерии принято, но и не только принято, а является обязательным, получать и избыточные величины, что обеспечивает обнаружение грубых погрешностей и промахов, позволяет повысить точность результатов измерений. Поэтому в треугольнике, например, обязательно измеряют все три угла и сравнивают полученную сумму углов с теоретической.

Если сформулировать задачу с точки обеспечения заданной точности измерений, то необходимое число измерений должно обеспечивать заданную точность измерения одной величины или самого результата измерений. Так, в том же треугольнике, каждый из его углов может быть измерен несколько раз. Все избыточные измерения повышают надёжность результатов, а также их точность, но в то же время и увеличивают объём работ, и часто прирост увеличения точности становится экономически нецелесообразным из-за большого числа измерений. Иногда говорят, что числом необходимых измерений, например, горизонтального угла, является одно измерение, остальные – избыточные. Это не всегда так, поскольку, одно измерение не позволяет производить оценку точности и может содержать неконтролируемую грубую погрешность (промах).

Виды геодезических измерений

При геодезических работах основной объём информации получают с помощью геодезических измерений, которые классифици­руются следующим образом:

  • по назначению;
  • по точности;
  • по объёму;
  • по характеру получаемой информации;
  • по инструментальной природе получаемой информации;
  • по взаимозависимости результатов измерений.

Классификация по назначению

По своему назначению геодезические измерения бывают:

  • угловые;
  • линейные;
  • нивелирные (измеряются высоты или превышения);
  • координатные (измеряются координаты или их приращения);
  • гравиметрические (измеряют ускорения силы тяжести).

В связи с этим сформировались следующие технологические процессы топографо-геодезических работ:

  • топографическая съёмка
  • разбивочные работы
  • определение деформаций зданий, сооружений, земной коры
  • триангуляция
  • трилатерация
  • полигонометрия
  • спутниковые измерения
  • астрономические определения
  • гравиметрические работы
  • створные измерения

В зависимости от типов используемых средств геодезические измерения делят на три группы:

  • высокоточные
  • точные (средней точности)
  • технические (малой точности)

Процесс измерения в геодезии осуществляется при наличии пяти составляющих (факторов):

  1. объект — что измеряется
  2. субъект — кто измеряет
  3. средство — чем измеряется
  4. метод — как измеряется
  5. внешняя среда — в каких условиях и где измеряется.

Конкретное содержание и состояние факторов геодезического измерения определяются условиями, которые могут быть классифицированы по следующим признакам:

Читайте также:  Как измерить спайн стрелы

По физическому исполнению:

  • прямые измерения, в которых значение измеряемой величины получают непосредственным сравнением с однородной физической величиной (эталоном). Примером прямого измерения служит измерение длины линии рулеткой или мерной лентой;
  • косвенные измерения, в которых значение определяемой величины получают из вычислений, в которых в качестве исходных используют результаты измерений величин, связанных с определяемой. Например: измерение длины линии светодальномером. В этом случае измеряется непосредственно время прохождения светового сигнала от дальномера до отражателя и обратно, а затем вычисляется длина линии.

По роду:

  • однородные (измерения однородных физических величин)
  • разнородные (все прочие по отношению к однородным)

По количеству:

  • необходимые измерения дают только по одному значению каждой измеряемой величины
  • дополнительные или избыточные измерения производятся для получения нескольких значений измеряемой величины в целях контроля, исключения грубых погрешностей или повышения качества результатов измерений

По точности:

  • равноточные, которые выполняются в одинаковых условиях, т. е. объекты одного и того же рода измеряют исполнители одинаковой квалификации, приборами одного класса, по единой методике, в достаточно схожих по характеру условиях внешней среды
  • неравноточными считаются измерения, выполняемые в случаях, когда по крайней мере одна из составляющих процесса измерения существенно отличается от аналогичной составляющей других измерений

По физической природе носителей информации:

  • визуальная фиксация результатов измерения, когда передача информации в системе «прибор — цель» осуществляется с участием наблюдателя (оператора);
  • невизуальные измерения в основе своей полностью или частично исключают участие наблюдателя. В этом случае используют средства радиоэлектроники, микропроцессорной техники и др.

По взаимозависимоcти:

  • независимые
  • зависимые
  • коррелированные

При составлении данной статьи использовались материалы из книг «Геодезия в маркшейдерском деле» (автор Чекалин С.И.), «Геодезия» (автор Юнусов А.Г.).

Источник

Современные методы геодезических измерений местности

Современные методы геодезических измерений местности

Современные методы геодезических измерений местности наряду с традиционными основаны на технологиях топографических съёмок. При помощи геодезических приборов определяют границы и площади земельных участков, составляют планы и карты. Геодезические измерения необходимы для землеустройства, строительства, маркшейдерского дела, археологических работ, картографии.

Разрастаются города, все больше строится уникальных сооружений – кардинальным образом меняется рельеф местности, границы населенных пунктов. В сейсмических районах наблюдаются незначительные движения земной коры, повышается или понижается уровень воды в природных источниках. Все это требует оперативного реагирования. При сборе новых данных необходимо учитывать сотые доли миллиметра.

В геодезии есть традиционные и инновационные методы геодезических измерений:

  • линейные;
  • угловые;
  • высотные или нивелирование;
  • тахеометрические, или координатные;
  • фотограмметрические;
  • спутниковые: GPS, VLBI, альтиметрия.

Линейные измерения

Горизонтальные углы, расстояния, зенитные углы и перепады высот измеряются на поверхности земли. Эти измерения определяют относительные пространственные положения точек поверхности.

Линейным методом геодезических измерений определяют длины сторон, расстояния между точками. Используемые приборы: традиционные и лазерные рулетки, оптические и световые дальномеры, теодолиты.

Угловые измерения

Горизонтальный угол определяется как угол, измеренный в горизонтальной плоскости между двумя вертикальными плоскостями. Он формируется за счет разницы в направлениях к целевым точкам, которые определяют вертикальные плоскости.

Теодолит может быть использован для измерения направлений.

Электронные теодолиты имеют телескопы и градуированные круги, похожие на оптические теодолиты. Микроскопы оснащены оптико-электронными сканирующими системами. Микропроцессор контролирует и оценивает работу прибора.

В сочетании с электронным блоком измерения расстояния электронный теодолит может быть использован и в тахеометрической съёмке. Зенитный угол измеряется с помощью вертикального круга теодолита. Наблюдаемый зенитный угол относится к локальному направлению отвесной линии и изогнутого луча света. Этот метод геодезических измерений расстояния устанавливает масштаб топографических сетей.

Угловым способом измеряют горизонтальные и вертикальные углы. Используемые приборы: теодолиты, тахеометры.

Нивелирование (измерение превышений)

При геометрическом нивелировании различия в высоте определяются с использованием горизонтальных линий визирования между точками в непосредственной близости друг от друга.

Выравнивание проводится с помощью уровня и выравнивающих стержней. Линия визирования выводится в горизонтальное положение при помощи пузырька в сочетании с наклонным винтом или автоматически при помощи компенсатора.

Компенсатор – это оптико-механическая часть с гравитационным маятником. Для нивелирования высочайшей точности используются точные уровни. Используемые измерительные стержни представляют собой 3-метровые инвариантные стержни с двумя противоположными и ступенчатыми градуировками.

Методом геодезического измерения превышений определяют разность высот точек поверхности. Используемые приборы: нивелиры.

Фотограмметрия с использованием беспилотников

Наряду как с классическими методами геодезических измерений, так и современными приборами и технологиями, применяемыми для съёмки местности, все чаще используют беспилотники, квадрокоптеры.

К дронам крепят цифровые фотокамеры и получают с их помощью:

  • цифровые 3D-модели местности и рельефа;
  • фотосхемы и фотопланы при аэрофотосъемке;
  • ортофотопланы, топографические планы.

Беспилотники и квадрокоптеры для геодезических измерений оснащены встроенными или выносными геодезическими платами-приёмниками. Для картографирования местности маршрут съёмки планируют между специальными опорными точками.

Среди преимуществ беспилотников и квадрокоперов как инструментов фотограмметрического метода геодезических измерений:

  • система точного позиционирования;
  • автоматизация маршрута съёмки;
  • возможности крепления полезной нагрузки;
  • работа в неблагоприятных погодных условиях;
  • возможность использования при низких температурах;
  • умное распределение энергии;
  • длительность пребывания в воздухе;
  • наличие автопилота;
  • компактность.

Таким способом определяют координаты объектов, создают фотографии местности. При помощи цифровой камеры и GPS-приёмника определяются все данные для построения топографии местности. Используемые приборы: беспилотники, цифровые камеры, GPS-приёмники, геодезические платы, опорные точки.

Спутниковые измерения

Практически во всех астрономических и спутниковых методах геодезических измерений электромагнитные волны служат носителями сигнала. По мере того, как они распространяются в атмосфере, они меняют скорость и кривизну пути (преломление).

Читайте также:  Измерения при помощи электронного осциллографа

В этой группе измерений используются точки и датчики, которые не расположены на поверхности Земли. Искусственные спутники Земли имеют наибольшее значение в этом отношении.

Источник

Геодезическая основа кадастра. Использование геодезического метода и метода спутниковых геодезических измерений

Автор: Дехканова Н.Н., к.э.н., начальник отдела геодезии и картографии Управления Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Кировской области.

Сегодня мы будем говорить о геодезической основе кадастра и рассмотрим два из пяти методов, использование которых законодательно установлено при определении координат характерных точек границ земельного участка, а также контура здания, сооружения или объекта незавершённого строительства на земельном участке. Это геодезический метод и метод спутниковых геодезических измерений (определений). Разговор коснётся заполнения реквизитов:

  • «2» и «3» раздела «Исходные данные» в части указания сведений о геодезической основе кадастра, использованной при подготовке плана и сведений о средствах измерений
  • «1« и «2» раздела «Сведения о выполненных измерениях и расчётах» в части указания рассматриваемых методов определения координат, которые могут применяться при геодезических работах для целей государственного кадастра недвижимости (далее будем называть сокращённо кадастр), а также формул для расчёта средней квадратической погрешности положения характерных точек при использовании данных методов;
  • раздела «Схема геодезических построений» межевого/технического плана.

Законодательную основу сегодняшней темы составляют положения 15 документов:

  1. Федерального закона от 24.07.2007 №221-ФЗ (ред. от 30.12.2015) «О государственном кадастре недвижимости» (далее – Закон о кадастре);
  2. Приказа Минэкономразвития России от 24.11.2008 №412 (ред. от 12.11.2015) «Об утверждении формы межевого плана и требований к его подготовке, примерной формы извещения о проведении собрания о согласовании местоположения границ земельных участков» (далее – Приказ №412);
  3. Приказа Минэкономразвития России от 01.09.2010 №403 «Об утверждении формы технического плана здания и требований к его подготовке»;
  4. Приказа Минэкономразвития России от 23.11.2011 №693 «Об утверждении формы технического плана сооружения и требований к его подготовке»;
  5. Приказа Минэкономразвития России от 10.02.2012 №52 «Об утверждении формы технического плана объекта незавершенного строительства и требований к его подготовке»;
  6. Приказа Минэкономразвития России от 17.08.2012 №518 «О требованиях к точности и методам определения координат характерных точек границ земельного участка, а также контура здания, сооружения или объекта незавершенного строительства на земельном участке» (далее – Приказ №518);
  7. Инструкции по развитию съёмочного обоснования и съёмке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS (ГКИНП (ОНТА)-02-262-02) (далее – Инструкция по развитию съёмочного обоснования);
  8. Инструкции по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 (ГКИНП-02-033-82) (утв. ГУГК СССР 05.10.1979);
  9. Основных положений по созданию топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 (ГКИНП-02-118);
  10. Основных положений по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000 (ГКИНП-05-029-84);
  11. Условных знаков для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 (ГКИНП-02-049-86) (Утверждены ГУГК 25.11.86. М.: Недра, 1989);
  12. Инструкции об охране геодезических пунктов (ГКИНП-ГНТА-07-011-97);
  13. Основных положений о государственной геодезической сети Российской Федерации (ГКИНП (ГНТА)-01-006-03) (утв. Приказом Роскартографии от 17.06.2003 №101-пр);
  14. Правил закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей (утв. Приказом ГУГК СССР от 14.01.1991 №6п);
  15. Инструкции по межеванию земель (утв. Роскомземом 08.04.1996).

Геодезический метод и метод спутниковых геодезических измерений при определении координат точек – это два метода, которые требуют наличия определённых знаний, связанных с непосредственными измерениями на местности с использованием соответствующих средств измерения.

Хочется вернуться к выступлению от 03.02.2016, где мной было подчёркнуто следующее:

«Особенно важно понять, что при оформления межевых/технических планов кадастровые инженеры должны хотя бы в общем представлять технологию производства геодезических измерений на конкретном объекте, если они не являются непосредственными исполнителями геодезических работ. В противном случае факт внесения некачественных, а порой и недостоверных или даже противоречивых сведений неизбежен. Следовательно, для внесения необходимых сведений исполнитель геодезических измерений обязан представить кадастровому инженеру такой пакет документов, который будет достаточным для внесения обязательной информации в межевой/технический план.

Обратимся к статье 6 Закона о кадастре.

В соответствии с частью 1 статьи 6 геодезической основой кадастра являются государственная геодезическая сеть и опорные межевые сети.

В соответствии с частью 3 статьи 6 сведения о геодезической основе кадастра вносятся в кадастр на основании подготовленных в результате выполнения указанных работ документов.

Требования по внесению сведений о геодезической основе кадастра установлены:

  • в пункте 34 Приказа №412 [1] ;
  • в пункте 25 Приказа №403 [2] ;
  • в пункте 22 Приказа №693 [3] ;
  • в пункте 21 Приказа №52 [4] .

При выполнении геодезических работ для целей постановки на учёт земельных участков, зданий, сооружений, объектов незавершённого строительства геодезические измерения осуществляются на основе одних и тех же требований действующего законодательства, поэтому снова рассмотрим применение соответствующих требований законодательства на примере оформления межевого плана, как наиболее сложного.

Пункт 34 Приказа №412 устанавливает обязанность внесения в реквизите «2» раздела «Исходные данные»:

  • сведений о государственной геодезической сети или опорной межевой сети, которые применялись при выполнении кадастровых работ:
  1. система координат;
  2. название пункта и тип знака геодезической сети;
  3. класс геодезической сети;
  4. координаты пунктов;
  5. сведения о состоянии наружного знака пункта, центра пункта и его марки.
  • в графах «6», «7», «8» – сведений о состоянии (сохранности) соответственно наружного знака пункта, центра пункта, марки на дату выполненного при проведении геодезических работ обследования и слова «сохранился», «не обнаружен» или «утрачен» в зависимости от их состояния.
  • сведений не менее чем о трёх пунктах государственной геодезической сети, использованных при выполнении кадастровых работ.
Читайте также:  Как правильно измерить комбинезон детский

Государственная геодезическая сеть, опорная межевая сеть. В чём их отличие? Что они собой представляют? Для кого-то ответы на эти вопросы не вызывают затруднений, однако не для всех кадастровых инженеров, да и порой самих исполнителей геодезических работ.

Опорным пунктом называется закреплённая на местности точка, координаты которой известны из геодезических измерений с достаточной точностью.

Совокупность опорных пунктов, равномерно расположенных по всей территории и служащих основой для съёмок, называется опорной сетью.

Геодезическая сеть, используемая для обеспечения топосъёмок, называется съёмочным обоснованием. Это съёмочные сети и сети более высокого порядка, расположенные на участке съёмки.

Геодезическая опорная сеть представляет собой совокупность закреплённых на земной поверхности пунктов, положение которых определено в единой системе координат. Положение опорных пунктов на местности может определяться астрономическим, геодезическим, спутниковым (космическим) и другими способами.

Согласно принципу перехода «от общего к частному» вся опорная сеть подразделяется на классы, и построение её осуществляется несколькими ступенями: от сетей более высокого класса к сетям низшего, от крупных и точных геометрических построений к более мелким и менее точным. Пункты высших классов располагаются на больших (до нескольких десятков километров) расстояниях друг от друга и затем последовательно сгущаются путём развития между ними сетей более низких классов.

Геодезические сети принято подразделять на следующие виды:

  • Государственная геодезическая сеть.
  • Геодезические сети сгущения.
  • Съёмочные геодезические сети.

Густота геодезических сетей и необходимая точность нахождения планового положения пункта определяются характером инженерно-технических задач, решаемых на этой основе.

Различают плановые геодезические сети, в которых для каждого пункта определяют прямоугольные координаты (х и у) в общегосударственной системе, и высотные, в которых высоты пунктов определяют в Балтийской системе высот.

Что же такое Государственная геодезическая сеть (далее сокращённо будем называть ГГС)? Чем она отличается от опорной межевой сети (далее – сокращённо ОМС)?

ГГС страны является главной геодезической основой топографических съёмок всех масштабов.

В соответствии с пунктом 2.2.1 «Основных положений о государственной геодезической сети» (далее – Основные положения о ГГС): ГГС, созданная по состоянию на 1995 год, объединяет в одно целое:

  • астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети;
  • доплеровскую геодезическую сеть;
  • астрономо-геодезическую сеть 1 и 2 классов;
  • геодезические сети сгущения 3 и 4 классов.

Пункты ГГС имеют между собой надёжные геодезические связи.

В соответствии с пунктом 3.1.3. Основных положений о ГГС:

Государственная геодезическая сеть структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности:

  • фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС),
  • высокоточную геодезическую сеть (ВГС),
  • спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1).

В указанную систему построений вписываются также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1. 4 классов.

На основе новых высокоточных пунктов спутниковой сети создаются постоянно действующие дифференциальные станции с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме, близком к реальному времени.

Важно! Пунктом 3.1.4. Основных положений о ГГС предусмотрено:

По мере развития сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 выполняется уравнивание ГГС и уточняются параметры взаимного ориентирования геоцентрической системы координат и системы геодезических координат СК-95.

На сегодняшний день для нас с вами представляют наибольший интерес астрономо-геодезическая сеть и геодезические сети сгущения.

В соответствии с Основными положениями о ГГС:

2.2.4. Астрономо-геодезическая сеть состоит из 164306 пунктов и включает в себя ряды триангуляции 1 класса, сети триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов.

2.2.4.1. Астрономо-геодезическая сеть 1 и 2 классов содержит 3,6 тысячи геодезических азимутов, определенных из астрономических наблюдений, и 2,8 тысячи базисных сторон, расположенных через 170. 200 км.

2.2.5. Геодезические сети сгущения 3 и 4 классов включают в себя около 300 тысяч пунктов. Эти сети созданы методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации

2.2.6. Плотность пунктов ГГС 1, 2, 3 и 4 классов, как правило, составляет не менее одного пункта на 50 кв. км.

2.2.7. На пунктах геодезических сетей 1, 2, 3 и 4 классов определены по два ориентирных пункта с подземными центрами.

Плановые геодезические сети создают методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии и их сочетаниями.

Триангуляция заключается в построении на местности систем треугольников, в которых измеряются все углы и длины некоторых базисных сторон (рис. 1). Длины других сторон рассчитываются по известным формулам тригонометрии.

Рисунок 1. Триангуляция

Триангуляция 1-го класса создаётся в виде астрономо-геодезической сети и призвана обеспечить решение основных научных задач, связанных с определением формы и размеров Земли. Она является главной основой развития сетей последующих классов и служит для распространения единой системы координат на всю территорию страны. Её построение осуществляют с наивысшей точностью, которую могут обеспечить современные приборы при тщательно продуманной методике измерений.

Сети триангуляции 1-го класса представляют собой ряды треугольников, близких к равносторонним, располагаемых вдоль меридианов и параллелей и отстоящих друг от друга на 200км. Пересекаясь между собой, ряды треугольников образуют замкнутые полигоны периметром 800 – 1000км (рис. 1).

Триангуляция 2-го класса – сплошные сети треугольников, заполняющих полигоны триангуляции 1-го класса. Она является опорной сетью, служащей для развития сетей последующего сгущения и геодезического обоснования всех топографических съёмок.

Триангуляция 3-го и 4-го классов является дальнейшим сгущением ГГС, служит для обоснования топографических съёмок крупного масштаба и представляет собой вставки жёстких систем или отдельных пунктов в сети старших классов.

Основные характеристики триангуляционной сети 1 – 4 классов

Длины сторон, км

Допустимая средняя квадратическая погрешность измерения углов

Источник