1. Основные принципы организации геодезических измерений.
В теоретических исследованиях и практике геодезических работ особое внимание уделяется определению взаимного положения точек, как в плановом отношении, так и по высоте. Многолетний опыт выполнения такого рода работ позволил выработать основные принципиальные положения, которые следует неукоснительно соблюдать при организации геодезических измерений. Это позволяет свести к минимуму неизбежные ошибки, не допустить накопления погрешностей при переходе от точки к точке, полностью избавиться от грубых промахов. Такими принципами являются:
переход «от общего к частному»;
систематический контроль всех видов работ.
Принцип перехода от общего к частному позволяет существенно уменьшить накопление погрешностей измерений. В соответствии с этим принципом геодезические построения не должны быть однородными, а наоборот, должны создаваться в несколько этапов. Пусть, например, требуется определить взаимное плановое положение множества точек 1, 2, 3… Сначала выберем несколько точек, взаимное положение которых определим с самой высокой точностью. Следует иметь ввиду, что высокоточные геодезические работы очень дороги, поэтому охватить ими сразу все точки было бы нерационально. Затем построим геодезическую сеть, включающую в себя пункты 1, 2, 3, 4, 5, … , 12. эта сеть будет иметь в качестве исходных данных координаты точек 1-4, которые, образуя своеобразный жесткий каркас, не позволят новой сети деформироваться под влиянием погрешностей измерений. На следующем этапе дальнейшее сгущение сети, добавив точки 13, 14, … , 25. построение, состоящее из точек 1-25, будет опираться на пункты 1-12, полученные на первых двух этапах. Можно представить себе четвёртый, пятый и т.д. этапы сгущения сети, проводимые до тех пор, пока расстояния между точками не достигнут величины, необходимой для производства съёмок местности, разбивок сооружений и т.д. Построение геодезической сети по рассмотренной выше схеме в соответствии с принципом перехода от общего к частному требует, чтобы точность каждого предыдущего этапа была бы выше точности последующего ровно на столько, насколько это необходимо для того, чтобы погрешностями исходных данных можно было бы пренебречь.
Принцип систематического контроля требует так организовать геодезические работы, чтобы на всех их стадиях и этапах каждый результат измерений, вычислений и построений был бы надежно и неоднократно проконтролирован.
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 сети, для точек которых получены только координаты X, Y или только высоты Н, называют плановыми или высотными. Если пункты, закрепленные на местности, имеют все три координаты X, Y, H, то образующие их геодезические сети называют планово-высотными. 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.
Кроме перечисленных выше способов классификации, геодезические сети подразделяются в зависимости от способа их построения.
2. Методы построения планов 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.
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
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:
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 .
или , (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:
(4)
или
. (5)
Если считать, что мы движемся от линии СА к линии АВ, то дирекционный угол последующей стороны (в данном случае АВ ) будет равен дирекционному углу предыдущей стороны ( в данном случае СА ), измененному на 180, плюс левый или минус правый горизонтальный угол между этими сторонами по отношению к принятому направлению движения.
Обратная геодезическая задача.
Обратная геодезическая задача заключается в том, что по координатам двух точек находят длину и дирекционный угол, соединяющий их линии. Пусть даны координаты точки А и точки В. Прежде всего найдём приращение координат ; .
Затем по теореме Пифагора вычислим длину стороны :
После этого получим величину румба направления АВ:
контроль:
Возможен другой путь решения задачи, когда, вычислив приращения координат, прежде всего находят румб и дирекционный угол , а уже затем длину стороны :
В основу наиболее распространенных способов положен единый принцип, в соответствии с которым на местности строят те или иные геометрические фигуры, позволяющие установить геометрическую связь между точками развиваемых геодезических сетей. Для реализации такой связи в упомянутых фигурах измеряют с необходимой точностью углы и стороны. В зависимости от типа и размеров фигур, используемых для построения сетей, а также от того, какие элементы и с какой точностью в этих фигурах измеряются, различают несколько способов определения координат точек местности.
Триангуляция - один из методов создания плановых геодезических сетей на основе построения и решения треугольников по измеренным углам. Триангуляция представляет собой систему примыкающих или перекрывающих друг друга треугольников, которые могут образовывать триангуляционный ряд или триангуляционную сеть. Сторону одного из треугольников измеряют непосредственно или получают косвенным путем, построив так называемую базисную сеть, состоящую, как правило, из ромбов с разными по длине диагоналями. Остальные стороны триангуляционного ряда или сети находят путём последовательного решения треугольников по углам и стороне, используя терему синусов.
Известно, что для решения треугольника достаточно измерить в нём, кроме стороны, два угла. Однако при построении триангуляции в каждом треугольнике измеряют все три угла. Это позволяет проконтролировать результаты угловых измерений и, кроме того, в итоге специальных уравнительных вычислений несколько повысить точность конечного результата. С этой же целью измеряют длину не одной стороны ряда или сети, а двух и более. В случае необходимости в схеме триангуляции предусматривают перекрытие треугольников, что также улучшает качество построения.
После того, как будут вычислены длины стороны треугольников, находят координаты их вершин. Для этого в качестве исходных данных необходимо иметь координаты одной из точек и дирекционный угол ( азимут ) одной из сторон сети. Затем по этим сторонам последовательно решают прямые геодезические задачи и таким образом определяют плановое положение вершин сети.
Трилатерация - как и триангуляция, представляет собой построение, состоящее из треугольников. Однако в этих треугольниках измеряют не углы, а длины сторон. Триангуляцию и трилатерацию применяют в тех случаях, когда существует видимость на большие расстояния.
Полигонометрия - метод, в основу которого положено поыберем несколько точек, взаимное положение которых определим с самой высокой точностью.борот, должны создаваться в несколько этстроение на местности сомкнутых или разомкнутых многоугольников ( ходов ), в которых измеряют горизонтальные углы между соседними сторонами и длины сторон . Метод полигонометрии применяют обычно в закрытой местности, где трудно обеспечить видимость на большие расстояния.
Геодезические засечки применяют, как правило, для определения координат отдельных точек. В качестве исходных данных используют пункты существующих геодезических сетей, а в качестве измеряемых величин - горизонтальные углы и расстояния.
Плановое положение точки определяется двумя её координатами X, Y, поэтому для реализации любой засечки необходимо измерить, как минимум, две независимые величины ( углы, расстояния ), каким-либо образом связывающие определяемую точку с исходными пунктами.