Геодезическая съемка

 

 

2.3 Тахеометрическая съемка местности

 

 

2.3.1 Тахеометрическая съемка электронным тахеометром

 

 

 Тахеометрическая съёмка представляет собой топографическую, т.е. контурно-высотную съёмку, в результате которой получают план местности с изображением ситуации и рельефа.

Тахеометрическая съемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок, применяемых при инженерных изысканиях объектов строительства. 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 автоматически определяется измерением полярных координат: горизонтальный угол между направлениями на одну из соседних точек съемочного обоснования и снимаемую точку, расстояние до точки лазерным дальномером электронного тахеометра, высотное положение снимаемых точек. 

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 поверхностного водоотвода, планировки территорий, проектировании транспортных развязок движения в разных уровнях, пересечений и примыканий дорог в одном уровне, соответственно средних и больших мостовых переходов, сложных участков проектирования (овраги, оползни, осыпи, карсты и т.д.), месторождений дорожно-строительных материалов, а также для решения вопросов камерального трассирования линейных объектов. Важным достоинством тахеометрической съемки является то, что при высокой производительности полевых работ, существенную долю объема работ по подготовке топографических планов местности и ЦММ удается перенести в камеральные условия, где есть возможность широкого применения средств автоматизации и вычислительной техники. 

При использовании систем спутниковой  навигации «GPS» тахеометрическую съемку следует называть топографической  наземно-космической, поскольку тахеометры и другие мерные приборы, как таковые, здесь уже не применяются, однако основные правила съемки подробностей ситуации и рельефа местности сохраняются те же, что и для тахеометрических 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. 

 

 

2.3.2  Технология выполнения GPS-съёмок

 

 

Основным режимом сбора данных для всех GPS съемок является наблюдение базовых линий (векторов). В простейшем случае один из приемников помещается на точку с известными координатами, а другой помещается на точку, пространственное положение которой необходимо определить. В течение определенного периода времени, зависящего от конкретного вида съемки, производится наблюдение базовой линии, после чего приемник перемещается на следующую точку. 

Одним из наибольших отличий GPS съемок по сравнению с традиционными  видами геодезических съемок заключается  в том, что приращения координат  между станциями вычисляются  на математическом эллипсоиде WGS - 84 (World Geodetic System), а не в принятой плановой системе координат. При этом вычисляется относительное положение определяемых станций относительно базовых, которые затем трансформируются на используемую модель эллипсоида в принятой картографической проекции, например на эллипсоид Красовского в прямоугольной проекции Гаусса. Существует несколько способов трансформации координат с эллипсоида WGS - 84 в пользовательские системы координат. Среди них наиболее распространенными являются способ "3 параметра" (Молоденского), способ "7 параметров", способ пространственного вращения сети и полиномиальная регрессия. 

Все вычисления в GPS производятся в  геоцентрической системе координат  с использованием параметров математического  эллипсоида WGS - 84, центр которого совпадает с центром тяжести Земли. 

В отличие от применяемых в традиционной геодезии линий по земной поверхности (задачи землеустройства) и проекции линии на поверхность эллипсоида (геодезическая линия), вектор, также  называемый базовой линией (BaseLine), есть результат обработки GPS данных, представляющий собой линию между базовой и определяемой станциями относительно центра Земли в математическом эллипсоиде WGS - 84. Несколько векторов в совокупности представляют собой геодезическую GPS сеть, натянутую на поверхность математического эллипсоида. При помощи соответствующих программ обработки данных, сеть строго уравнивается, причем в некоторых программах обработки предусмотрена возможность совместного уравнивания GPS измерений и геодезических измерений, выполненных с использованием традиционных технологий, координаты определяемых пунктов трансформируются на эллипсоид Красовского в принятой картографической проекции. 

Существуют несколько технологий, используемых для наблюдения векторов в геодезической GPS сети. Эти методы сбора данных со спутников различны по точности определения координат пунктов, времени наблюдений и производительности. Однако существует несколько условий, соблюдение которых необходимо для успешного выполнения любого вида GPS съемки:  
        1 Для выполнения геодезических GPS наблюдений векторов необходимо обеспечить одновременную работу как минимум двух GPS приемников, с последующим объединением накопленных ими данных. 

        2 Одновременный прием спутникового радиосигнала как минимум от четырех спутников, что бывает иногда затруднительно обеспечить в застроенных и залесенных районах. 

        3 Отсутствие в районе выполнение GPS измерений мощных работающих теле- и радиотрансляционных устройств, особенно с перископической схемой усиления радиосигнала, которые могут заглушать или искажать принимаемый со спутников радиосигнал. 

    Основные технологии GPS съемок приведены ниже, в таблице,  в порядке возрастания точности  определения координат.

 

Таблица 4

Основные технологии GPS съемок

Название технологии, время измерения	Точность, м	Область применения
1	2	3
Навигационный режим, непрерывное  слежение	10 - 15	Поиск точки по заранее известным координатам, поиск потерянных объектов по известным координатам, рекогносцировка местности

Продолжение таблицы 4

1	2	3
Кинематика  "real-time", 20 - 30 секунд на точку	0,1 – 0,3	Локальные топографические съемки и разбивочные работы с небольшими препятствиями прохождения спутникового радиосигнала. Координаты вычисляются прямо  в поле. Необходимо наличие радиомодема
Кинематика "continuous", непрерывное слежение	0,05 – 0,2	Локальные топографические съемки линейных и площадных объектов в  условиях очень хорошего приема спутникового радиосигнала
Кинематика "stop-and-go", 20 - 30 секунд на точку	0,01 – 0,03	Локальные топографические съемки с небольшими препятствиями прохождения  спутникового радиосигнала, создание съемочного обоснования
Быстрая статика, 20 -30 минут на точку	(1 - 3) 10-3	Высокоточные геодезические работы, создание опорного обоснования, наблюдения за деформациями земной поверхности, с длинами векторов до 10 км.
Статика, 40 – 60 минут на точку и более	(1 - 3)10-3	Высокоточные геодезические работы, создание опорного обоснования, наблюдения за деформациями земной поверхности, с длинами векторов до 2000 км.

 

 

1 Навигационный режим, как правило, имеют все GPS приемники. При использовании этого режима на дисплее приемника или его контроллера непрерывно отображаются данные о пространственном положении приемника, скорости его перемещения и азимуте движения. Как правило, имеется также возможность ввести координаты точки назначения, в этом случае приемник будет показывать расстояние до этой точки, направление на нее и время прибытия на эту точку, если приемник будет продолжать двигаться с постоянной скоростью. Оператор приемника может также пометить точку стояния как особенную, и приемник запишет ее координаты во внутреннюю память. Хотя этот способ съемки имеет самую низкую точность, он широко используется для поиска по известным координатам таких малоприметных объектов как центры пунктов геодезической сети с уничтоженными наружными знаками, колодцев подземных коммуникаций и других объектов. 

2 Кинематическая "real-time" съемка используется в тех случаях, когда необходимо получать координаты прямо в поле. Они могут быть использованы для выноса проектных решений на местность, топографических съемок с вычерчиванием плана в поле и других работ. Необходимым условием для выполнения данного вида съемки является возможность получения ионосферных поправок либо с помощью радиомодема по выделенному радиоканалу, либо от специальных радиомаяков, к сожалению пока практически отсутствующих на территории России. Отличительной особенностью любого вида кинематической съемки является то, что перед ее началом необходимо выполнить специальную операцию инициализации приемника продолжительностью 5 - 20 минут. Другой особенностью кинематической съемки является требование постоянного слежения как минимум четырех спутников, а в случае нарушения этого условия требуется повторно выполнить операцию инициализации.  
         3 Кинематика "continuous" применяется для непрерывного точного определения пространственных координат движущегося приемника. Этот метод очень часто используется для топографического картирования на открытой местности с хорошими условиями для передвижения и наблюдения спутников. При использовании этого вида съемки приемник может быть установлен на специальную вешку фиксированной высоты или крышу автомобиля. В этом случае расчет вектора производится в каждую эпоху приема радиосигнала от спутника с интервалом 1 - 60 секунд. Это позволяет получить непрерывную цепочку координат точек передвижения приемника. Этот вид съемки обеспечивает высочайшую производительность при съемке больших площадных объектов, автодорог и других объектов с выдачей результата съемки в электронном виде во всех популярных обменных форматах данных.

   4 Кинематика "stop-and-go" является эквивалентом традиционной тахеометрической съемки. В этом виде съемки оператор с приемником либо стоит на определяемой точке в течение 20 - 30 секунд (stop) либо перемещается между определяемыми точками (go). Во время остановки происходит запись принимаемого от спутника радиосигнала во внутреннюю память приемника, а также записывается высота антенны и идентификационный номер точки стояния, по которому можно определить вид отснятого объекта. Во время перемещения между точками запись данных в память не производится, но приемник продолжает непрерывно отслеживать спутники.  
           5 Статическая и быстростатическая съемки являются традиционными и самыми распространенными видами GPS съемок. Эти методы требуют чтобы как минимум два GPS приемника, расположенные на двух концах базовой линии, одновременно принимали спутниковый радиосигнал в течение 20 - 60 минут, в зависимости от длины базовой линии, числа спутников, их взаимного расположения в пространстве и других факторов. Большое количество данных, накапливаемых за время съемки, позволяет решить некоторые технические проблемы, которые не могут быть решены при более коротком периоде наблюдений. Эти виды съемок обеспечивают очень высокую точность определения координат.

 

 

2.3.3 Планово-высотное  обоснование тахеометрических съемок

 

 

 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.  
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 инструмента на карандаш, вставляемый взамен вынутой шпильки, и с визированием не на веху, а на шпильку.  
          Трассу линейного сооружения в качестве съемочного обоснования 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 строительства, занимающих большие площади. 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. 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, 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. 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. Закрепление точек съемочного обоснования первоначально осуществляют сторожками и точками, при этом в центр точки вбивают гвоздь, над которым центрируют инструмент 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.