Опорные инженерно-геодезические сети

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

 

 

Факультет дистанционных  форм

обучения

 

 

 

 

 

Р Е Ф Е  Р А Т

 

По дисциплине: Прикладная геодезия

На тему: «Опорные инженерно-геодезические  сети»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 4 курса ФЗФО                               Юрченко И.В.

 

 

 

Проверил:__________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Москва

2012

 

СОДЕРЖАНИЕ:

 

 

1. Классификация и технические характеристики плановых геодезических сетей.
2. Методы построения плановых опорных геодезических сетей.
3. Спутниковые методы построения опорных сетей.
4. Сгущение спутниковой сети полигонометрическими ходами.
5. Высотные опорные геодезические сети.
6. Геодезическая техника в прикладной геодезии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация и технические характеристики плановых геодезических сетей.

      Инженерно-геодезические плановые и высотные сети создаются на территориях городов, крупных промышленных, энергетических, горнодобывающих объектов и служат геодезической основой для выполнения комплекса проектно-изыскательских и строительных работ. Плановые инженерно-геодезические сети формируются в виде триангуляционных, полигонометрических, линейно-угловых, трилатерационных построений и геодезических строительных сеток. Требования к точности, плотности, стабильности плановых инженерно-геодезических сетей чрезвычайно

разнообразны. Это обусловливается разнообразием тех задач, которые решаются при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Как правило, инженерно- геодезические сети проектируются с учетом возможности их последующего сгущения и развития для обеспечения основных разбивочных работ и топографической съемки в масштабе 1:500. Однако в зависимости от назначения и размеров сооружения, физико-географических условий района работ сфера использования этих сетей может существенно расширяться. При построении инженерно-геодезических сетей используются государственные опорные сети.

     Все геодезические сети по назначению и точности построения подразделяются на три большие группы:

- государственные геодезические  сети (ГГС),

- геодезические сети  сгущения (ГСС),

- геодезические съемочные  сети.

   Геодезические сети представляют собой систему точек, определенным образом, размещенных и закрепленных на местности. Положение этих точек в результате выполнения геодезических измерений и вычислений должно быть найдено в единой системе координат и высот. Геодезические измерения могут производиться не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной.

Нельзя точно сказать, какой тип изысканий является наиболее востребованным, так как  геодезия активно используется и  для исследования нетронутых цивилизацией просторов и для измерений сложных инженерно-технических конструкций. В зависимости от положения пунктов сетей они подразделяются на три группы: плановые сети - представляют собой совокупность пунктов, которые имеют исключительно горизонтальные координаты. Выполняются на плоскости, не требующей дополнительного нивелирования контрольных точек. Используются для составления кадастрового плана земельного участка и межевания территории. Высотные сети - используются для геодезической съемки фасадов зданий, а также любых рукотворных и нерукотворных объектов, имеющих множество контрольных точек с разной высотой. Планово-высотные сети - комбинируют оба способа измерений и потому представляются наиболее сложными и трудоемкими. Построение планово-высотных сетей востребовано в промышленности.

    Вне зависимости от пространственного положения пунктов той или иной сети они объединяются вместе тремя способами – триангуляцией, трилатерацией или полигонометрией. Каждый из них может применяться для измерения любых объектов, так как основой всех расчетов является расстояние между контрольными точками (пунктами) и углы, образуемые вымышленными линиями, проложенными между ними.

    Плановые геодезические сети подразделяются на три категории: государственные геодезические сети (ГГС), сети сгущения (СС) и сети съёмочного обоснования (ССО).

   В зависимости от роли в общей системе создания геодезической основы на данной территории, точности, назначения и густоты геодезической сети в соответствии с современной классификацией делят на государственные геодезические, сгущения, специальные и съёмочные.

     Государственная геодезическая сеть представляет собой общегосударственную главную геодезическую основу. В тех местах, где плотность пунктов главной геодезической основы недостаточна для выполнения тех или иных геодезических работ, сети сгущения. Специальные геодезические сети развивают в связи со строительством инженерных сооружений или проведением каких-либо других работ, предъявляющих к геодезическому обеспечению особые требования. Съёмочные геодезические сети представляют собой систему пунктов, непосредственно с которых выполняют съёмку местности, перенесения в натуру проекта сооружения, различные контрольные измерения и т.п. По этой причине съёмочные сети называют рабочей геодезической основой.

    Государственная плановая геодезическая сеть является главной геодезической основой для выполнения геодезических работ при изысканиях, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при производстве топографических съёмок, решении научных проблем, а также при обеспечении военных действий. Государственная плановая геодезическая сеть строится в соответствии с принципом перехода от общего к частному и делится на 1, 2, 3, 4 классы, отличающиеся друг от друга по точности измерения углов и линий, размерам сторон и способу закрепления точек на местности.

   Государственная сеть 1-го класса служит геодезической основой для построения всех остальных плановых сетей. С помощью этой сети на территории страны вводится единая система координат. Результаты измерения в сетях 1-го класса используются для решения научных геодезических задач.

   Государственная геодезическая сеть 1 класса имеет полигональное строение и равномерно покрывает всю территорию страны. Отдельные полигоны 1 класса состоят из звеньев триангуляции 1 класса или траверсов полигонометрии 1 класса (см. рис.1).

Рис.1.  Полигоны государственной геодезической сети 1 класса

   Государственная геодезическая сеть 1-го класса создаётся в виде триангуляционных рядов, прокладываемых вдоль параллелей и меридианов на расстоянии примерно200 км друг от друга. Ряды, идущие вдоль параллелей и меридианов, пересекаясь друг с другом, образуют полигоны периметром 800-1000 км. Каждая из четырёх сторон этого полигона, называемая звеном, состоит из треугольников, близких к равносторонним, с расстоянием между вершинами не менее 20 км. На концах звеньев, т.е. в вершинах полигонов, измеряют длину одной из сторон с относительной погрешностью не более 1:400 000. в пунктах лежащих на концах таких сторон, выполняют астрономические измерения широты, долготы и азимута. Горизонтальные углы в треугольниках 1-го класса измеряют высокоточными теодолитами со средней квадратической погрешностью 0.7``. в тех районах, где по условиям местности построение триангуляции сопряжено со значительными трудностями, её заменяют ходами полигонометрии 1-го класса.

   Государственная сеть 2-го класса представляет собой сплошную сеть триангуляции или полигонометрии, заполняющую полигоны 1 класса (см. рис.2).

Рис.2.   Заполняющая сеть 2 класса

. Треугольники имеют  стороны длиной 7-20 км. Горизонтальные углы в треугольниках сети измеряют со средней квадратической погрешностью 1.0``, а стороны – с относительной ошибкой не более 1:300 000. измеряемые стороны располагают равномерно по всей сети, но не реже, чем через 25 треугольников. Допускается замена триангуляции полигонометрическими ходами 2-го класса. Государственные геодезические сети 1 и 2 класса образуют астрономо-геодезическую сеть (АГС) Российской Федерации. Она включает в себя 164 306 пунктов, 3 600 геодезических азимутов и 2 800 базисных сторон и характеризуется точностью взаимного расположения пунктов не более 2 — 4 см или 25 — 80 см при расстояниях между пунктами от 500 до 9 000 км.

   Государственные сети 3-го и 4-го классов предназначены для сгущения сети пунктов 1 и 2 классов. Пункты сетей 3 и 4 класса созданы в виде вставок отдельных пунктов в геометрические фигуры сетей высших классов (см. рис.3).

Рис.3.  Типовые фигуры ГГС 3 и 4 классов

Длины сторон треугольников  сети 3-го и 4-го классов составляют соответственно 5-8 км и 2-5 км при относительной погрешности  измеряемых сторон не более 1:200 000. углы измеряют со средней квадратической погрешностью 1.5 и 2. вместо триангуляции разрешается применять полигонометрические ходы 3 и 4 классов.

   Закрепление на местности пунктов государственной геодезической плановой сети выполняется специальными устойчивыми и долговременными центрами. В зависимости от характера грунта и других физико-географических условий местности применяют различные конструкции центров. Важнейшей частью любого центра является чугунная марка с небольшим, расположенным посередине, отверстием, которое обозначает закрепляемую точку геодезической сети. Каждый центр имеет несколько дублирующих друг друга чугунных марок, расположенных на разной глубине, но на одной отвесной линии. В настоящее время применяются 7 типов различных центров для закрепления пунктов ГГС.

   Так для южной зоны сезонного промерзания грунтов применяется тип 1, представляющий собой железобетонный монолит с якорем, закладываемый в грунт на 0,5 м ниже границы промерзания грунта

    Для труднодоступных районов с глубоким промерзанием грунтов применяется тип 6, представляющий собой металлическую трубу с бетонным

якорем, закладываемую в грунт  на Для скальных грунтов применяется  тип 10, представляющий собой обычную  марку, закладываемую непосредственно  в коренные породы, выходящие на поверхность земли0,5 м ниже границы  промерзания грунта Рядом с центром пункта ГГС обязательно устанавливается опознавательный столб, предназначенный для быстрого отыскания центра на местности.

   Поскольку в государственных геодезических сетях расстояния между пунктами составляют от двух до двадцати и более километров, то обеспечить видимость между такими пунктами с земли невозможно. Кроме того, атмосфера в непосредственной близости от земли существенно влияет на погрешности результатов измерений. По этим причинам на пунктах государственных плановых геодезических сетей строят специальные сооружения, геодезические сигналы или пирамиды.

   С помощью геодезических сигналов теодолит при измерении углов устанавливается высоко над землёй. Для геодезиста на уровне, удобном для работы с теодолитом, сооружается специальная площадка с ограждением, лестницей и крышей. На крыше устанавливается визирный барабан для наведения на данную точку со смежных пунктов сети. По конструкции сигналы делятся на простые и сложные. Простые сигналы имеют высоту до 15 м, сложные – 40 м и более. Геодезические пирамиды устроены более просто. Их высота, как правило, не превышает 10 м. материалом для изготовления сигналов и пирамид обычно служит дерево и металл.

   Каталоги координат пунктов плановых геодезических сетей являются основным итоговым документом работ по созданию главной геодезической основы. Они составляются в соответствии с установленными требованиями и содержат сведения о названии пунктов, их классе и местоположении, типе центра и знака, даты их постройки. Координаты пункта приводятся в каталоге с указанием системы координат, в которой они получены. Кроме того, в каталог вписывают длины и дирекционные углы сторон сети. Каталоги хранятся в подразделениях ГУГК СССР, Госкартфонде и Госгеонадзоре. По специальным запросам организаций, выполняющих те или иные геодезические работы, делаются выписки из каталогов на указанную в запросе территорию.

 

    

      2.  Методы построения плановых опорных геодезических сетей.

Вычисление координат  пунктов плановых геодезических  сетей, каким бы способом эти сети не создавались, так или иначе связано с решением прямой и обратной геодезических задач.

Прямая геодезическая  задача.

В геодезии часто приходится передавать координаты с одной точки на другую. Например, зная исходные координаты точки А, горизонтальное расстояние S_AB от неё до точки В и направление линии, соединяющей обе точки (дирекционный угол α_AB или румб r_AB), можно определить координаты точки В. В такой постановке передача координат называется прямой геодезической задачей.

Даны координаты некоторой точки А, а также длина и дирекционный угол линии АВ, соединяющий точку А с точкой В. Требуется вычислить координаты точки В.

 

Обозначим

; , (1)

тогда

; .

Величины  и называют приращениями координат по оси абсцисс и оси координат соответственно. Индекс «АВ» показывает, что приращения координат получены по стороне АВ. В геометрическом смысле приращение является ортогональной проекцией стороны АВ на ось абсцисс, так же как представляет собой ортогональную проекцию этой же линии на ось ординат.

Из  получим:

; . (2)

Если для вычисления приращений используют румб , то ; .

Подставив в формулу (1) значения приращений согласно (2), получим:

; .

Вычисления приращений координат  выполняют на микрокалькуляторе  или с помощью специальных  таблиц.

Зависимость между дирекционными  углами сторон и горизонтальным углом  между ними.

В ряде геодезических построений дирекционный угол , необходимый для

решения прямой геодезической задачи по стороне АВ, бывает неизвестен и  его приходится вычислять по дирекционному  углу стороны АС, составляющей с АВ горизонтальный угол .  , (3)

где и - горизонтальные углы между линиями АС и АВ, соответственно, с левой и правой стороны по отношению к САВ.

Если вместо задан обратный по отношению к нему дирекционный угол , то определив , подставим его в формулы (3)получим: