Проект создания цифрового плана масштаба 1:2000 на город Санкт-Петербург

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

 

ПРОЕКТ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОГО ПЛАНА МАСШТАБА 1:2000 НА ГОРОД САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Содержание                                                                                              № Стр.

	Введение…………………………………………………………………4-5
Глава 1	Состояние и анализ исходной информации, возможные    технологические схемы реализации процесса съёмки……………….…5
1.1	Требования руководящих  документов к содержанию и                 точности картографирования планов 1:2000……………………………5-7
1.2	Состояние топографо-геодезического обеспечения……………………7-15
1.3   1.4	Физико-географические и  экономические условия                      территории города Санкт-Петербург……………………………...…16-21 Технологические схемы реализации процесса                  картографирования съёмки масштаба 1:2000………………………22-25 Вывод по главе……………………………………………………….…..25
Глава 2	Технический проект создания цифрового плана                              масштаба 1:2000 на город Санкт-Петербург………………………...…26
2.1	Проект производства аэрофотосъемки………………………………26-34
2.2	Проект планово-высотной подготовки аэроснимков                                    и полевого дешифрирования……………………………………...….35-43
2.3	Проект создания пространственной сети фототриангуляции……...43-47
2.4	Проект камерального дешифрирования, векторизации и                 создания цифровой модели рельефа и ортофотоплана…………..…47-53
2.5	Проект создания цифровой модели инженерных              коммуникаций…………………………………………………………53-67
	Вывод по главе…………………………..…………………………….…67
Глава 3	Состав и возможности  технических средств по                         выполнению топографо-геодезических работ…………………………68
3.1	Применение спутниковой  геодезической аппаратуры                               при планово-высотной подготовке аэроснимков……………...……68-71
3.2	Применение электронных  тахеометров при планово-высотной подготовке аэроснимков………………………………………………71-73
3.3	Применение аэрофотосъемочного оборудования……………………73-78
3.4   3.5	Применение цифровых фотограмметрических  станций                          при создании цифровых моделей рельефа и ортофотопланов………78-80 ЦФС  Photomod 3.8…………………………………………………80-83
	Вывод  по главе…………………………………………………………83
Глава 4	Автоматизация топографо-геодезических  работ при                        создании цифрового плана масштаба 1:2000…………………………83
4.1	Комплекс программ AutoCad…………………………………………83-90
4.2   4.3   4.2.1   4.2.2     4.2.3   4.2.4	Комплекс программ Photomod 3.8………………………………..…....90 Комплекс программ Панорама ………………………………………...90 Общие сведения о ГИС Карта 2003 «Панорама»…………………...…90-93 Описание технологической  схемы создания                                 электронных планов………………………………………………..…94-98 Управление редактором векторной  карты…………………………...98-99 Нанесение на карту нового объекта…………………………………100-107 Заключение……………………………………………………………….108 Список литературы………………………………………………………109
	Приложение А……………………………………………………………….
	Приложение Б……………………………………………………………….
	Приложение В……………………………………………………………..
	Приложение Г……………………………………………………………..

Список сокращений

АСП – аналитический стереоплоттер

АФС – аэрофотосъёмка

ВКР – выпускная квалификационная работа

ГСУ – гиростабилизирующая установка

КСИ – компенсатор сдвига изображения

ЦФС – цифровая фотограмметрическая станция

эво – элементы внутреннего ориентирования снимка  f, x_o,y_o, мм

ЭВО – элементы внешнего ориентирования снимка X_S,Y_S,Z_S, α,ω,κ

ЛЭВО – линейные элементы внешнего ориентирования снимка X_S,Y_S,Z_S, м

УЭВО - угловые элементы внешнего ориентирования снимка α,ω,κ,радиан

УФП – универсальный фотограмметрический  прибор

LG – швейцарская фирма Лейка Геосистемс

f -  фокусное расстояние снимка, мм

x_o,y_o -  координаты главной точки снимка, мм

x_i,y_i -  координаты текущей й точки снимка, мм

p,q – продольный и поперечный параллаксы на точке стереопары

Р -  продольное перекрытие снимков маршрута

Q -  поперечное перекрытие снимков между маршрутами

H- высота фотографирования

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Моя выпускная квалификационная работа имеет целью разработать и обосновать проект создания цифрового плана масштаба 1:2000 на город Санкт Петербург в частности посёлок Шушары под строительство автомобильного комплекса фирмы Тойота с использованием новейших технологий и программных продуктов.

Для достижения поставленной цели изучены и проанализированы возможные технологические схемы  и методы составления планов масштаба 1:2000, включая стереофототопографический метод с использованием новейших программных продуктов.

На начальном этапе  проектирования изучены требования руководящих документов к содержанию и точности картографирования, состояние топографо-геодезического обеспечения, физико-географические и экономические условия территории города Санкт-Петербурга с тем, чтобы выбрать наиболее подходящие технические и программные средства для выполнения топографо-геодезических работ, определить оптимальные сроки выполнения работ и обосновать экономическую целесообразность выбираемой технологии.

На последующих этапах выполнен анализ исходной геодезической основы и ранее созданных картографических материалов с целью целесообразности их использования на разных этапах технологической реализации процесса съёмки.

На заключительном этапе  исполнен проект съёмки масштаба 1:2000 с  указанием всех технологических  процессов и необходимыми технико-экономическими расчётами.

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ И АНАЛИЗ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ, ВОЗМОЖНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА СЪЁМКИ

1. Требования руководящих документов к содержанию и точности картографирования

 

                Топографические планы масштаба 1:2000 предназначаются:

• для разработки генпланов посёлков и составления проектов детальной планировки отдельных районов города (поселка);
• для составления технических проектов и генеральных планов крупных промышленных предприятий, отдельных гидротехнических сооружений, тепловых электростанций и т.д.;
• для составления технических проектов и рабочих чертежей трубопроводных, насосных и компрессорных станций, и многих других объектов промышленного и гражданского строительства.

На топографических планах масштаба 1:2000 изображаются все объекты и контуры местности, элементы рельефа, предусмотренные действующими условными знаками [12] и электронными классификаторами объектов.

Точность математической основы и положения объектов в  плане и по высоте определены Инструкцией [13], требования которой значительно устарели и требуют творческого подхода при применении новейших технологий. Приведём эти требования.

Предельные погрешности планового положения точек съёмочного обоснования относительно пунктов государственной геодезической сети, полученных методом триангуляции, прокладкой теодолитных и мензульных ходов, засечками, не должно превышать 0,2 мм в масштабе плана (на открытой местности и застроенной территории) и  0,3 мм в масштабе плана (на местности, закрытой древесной и кустарниковой растительностью), что составляет 0.4м и 0,6м соответственно на местности.

Средние погрешности в  положении на плане предметов  и контуров местности с четкими  очертаниями относительно ближайших  точек съемочного обоснования не должны превышать 0,2 мм, а в залесённых районах – 0,3 мм в масштабе плана, что для 1:2000 масштаба составляет 0,4м и 0,6 м соответственно.

Средние погрешности съемки рельефа относительно ближайших  точек геодезического обоснования, выраженные в долях принятой высоты сечения рельефа, не должны превышать  ¼ сечения при съемке в масштабе 1:2000 на всхолмленной местности, что составляет 0,25 м. На залесённых участках местности допуски увеличиваются в 1,5 раза.

Предельные расхождения  погрешностей планового и высотного положения точек не должны превышать удвоенных значений допустимых средних погрешностей, и количество их не должно быть более 10% от общего числа контрольных измерений. Отдельные результаты контрольных измерений могут превышать удвоенную среднюю погрешность, при этом количество их не должно быть более 5% от общего числа контрольных измерений. Эти результаты включаются при подсчете средней погрешности.

 Геодезической основой съемки служат пункты триангуляции 2 и 3 классов, нивелирования III, IV классов, а также точки фотограмметрического сгущения.

Средние ошибки определения  высот точек съемочной сети и опознаков относительно ближайших знаков государственной нивелирной сети или пунктов ГГС не должно превышать 1/10 высоты сечения рельефа или 0,1 м в масштабе 1:2000. Ошибка определения положения точек фотограмметрического сгущения относительно геодезических пунктов в плане, точек плановой съемочной сети или плановых опознаков не должна превышать 0,2 мм (1,0м в 1:2000). Высота сечения рельефа 1,0 м.

Средние ошибки в определении  высот точек фотограмметрического сгущения относительно ближайших геодезических  пунктов, высот точек высотной съемочной  сети или опознаков не должны превышать 0,3 м.

На топографических планах масштаба 1:2000 достоверно и с необходимой  степенью точности и подробности  изображаются:

- пункты триангуляции, полигонометрии, трилатерации, грунтовые реперы и пункты съёмочного обоснования, закрепленные на местности;

- здания и постройки жилые и нежилые с указанием их названия, материала и этажности, архитектурные выступы и уступы зданий и сооружений отображаются, если их величина на плане 0,2 мм и более (2,0 м в масштабе 1:2000);

- промышленные объекты, из подземных трубопроводов по особому указанию определению и изображению подлежат магистральные нефте-, газо-, водопроводы, теплосеть, канализация (бытовая, ливневая, напорная), кабели высокого напряжения, телефон, в обычных условиях на планы наносятся только выходы подземных коммуникаций на поверхности земли;

- дороги всех видов и сооружения при них;

- гидрография: береговые линии наносятся по фактическому положению на момент съемки или на межень;

- объекты гидротехнического и водного транспорта;

- рельеф местности с применением горизонталей с сечением (1-0,5) м.;

-растительность древесная, кустарниковая, травяная, культурная растительность, отдельно стоящие деревья и кусты;

-границы – политико-административные, землепользований и заповедников, различные ограждения.

Указанные выше требования необходимо учитывать при выборе съемочного оборудования и параметров съемки.

Вывод: из анализа нормативных положений видно, что требования к созданию цифрового плана масштаба 1:2000 достаточно высоки и требуют специальных (совокупных) технологий, методик и средств для производства данного вида работ.

 

 

 

 

1.2 Состояние топографо-геодезического обеспечения

Санкт-Петербург в частности ближний пригородный посёлок Шушары, где строится комплекс автомобилестроения фирмы Тойота, это хорошо освоенные в промышленном отношении территории. Здесь неоднократно проводились работы с целью построения плановых и высотных геодезических сетей с целью картографирования территории для различных хозяйственных целей.

Исходная  сеть геодезических пунктов района плотная. Здесь  расположены: пункт государственной плановой геодезической сети 2 класса – г. Томилова; два пункта 3 класса – Тесово и Малиновка;  десять пунктов 4 класса; довольно большое число пунктов сетей сгущения 1 разряда (рис. 1).  Фрагиент материалов последнего полевого обследования приведены в таблице 1. Обследование выполнено УП «Белаэрокосмогеодезия» в 2006г.

 

Таблица 1 Пример фрагмента списка обследованных пунктов триангуляции, пунктов полигонометрии, и нивелирных знаков.

№	Тип (вид) знака, номер название пункта, тип центра	Класс	Кем и когда заложен, Каталог (его нив. номер) из которого выписан, номер по каталогу	Исправленное описание местоположения пункта	сохранность
1	2	3	4	5	6
1	п.п. 1283	4 кл.	Трест ГРИИ	Бол. Быково, в 1, 0 км к востоку  от устья реки	+
	тип 158		1993-1994 г.
			техн. отчет по
			геодезическим
			работам на объекте
				Продолжение табл. 1
			05(82)02.09.1963Д
			1993-1994 г.
			инв 1181
2	п.п. 6389	4 кл.	--------"--------	в 2 км к югу, в 600 м к  северо-востоку от устья реки	+
	тип 158
3	п.п. 6453		--------"--------	1,0 км на север от  поселка Шушары	+
	тип 158	4 кл.		1-й, дорога Бол. Слива  – Погост 1-й
				км. стб. 4.

 

 

Координаты  пунктов государственной геодезической  сети определены в СК 1942 года (имеется каталог координат в СК-95), а сети сгущения в местной системе координат 1964 года. Высоты пунктов определены в Балтийской системе высот 1977 года.

Пункты 2 и 3 классов закреплены на местности  грунтовыми центрами и имеют внешнее  оформление: Рогатка - простой сигнал высотой 7м, Шушары и Московка – трехгранной пирамидой, высотой 4 м.

Одним из методов сгущения плановой сети 2 и 3 класса была выбрана полигонометрия 4 класса в виде двух ходов, расположенных  по исходным направлениям Рогатка – Шушары и Московка - Рогатка. Их характеристики представлены в таблице 2.

Хода  были уравнены параметрическим способом.

Пункты  закреплены центрами типа 158 г.р., с приваренными столиками на высоте около 1.6 м с  механизмами для принудительной центрировки. Внешнее оформление –  пирамиды, высотой до 5 метров с малофазными цилиндрами.

Сводка  основных характеристик сети полигонометрии приведена в таблице 2, характеристик триангуляции – в таблице 3.

 

 

 

Таблица 2 Основные характеристики сети полигонометрии 4 класса

Тип сети	Полигонометрия 4 класса
	1 ход	2 ход
Тип хода	Разомкнутый, вытянутый	Разомкнутый, вытянутый
Длина хода, км	8,20	8,20
Количество пунктов	5	4
Длина стороны: средняя км	1,37	1,64
минимальная	0,98	1,13
максимальная	1,94	1,81
СКО измерения углов, сек	2,0	2,0
СКО измерения расстояний, мм	20	20

 

Горизонтальные  углы измерялись 6 приемами теодолитом типа Т2 способом отдельного угла, там, где число направлений равнялось двум. Расстояния измерялись в прямом и обратном направлениях светодальномером 2СМ2, с СКП (10+2мм Dкм) мм. Измерялись также и вертикальные углы в прямом и обратном направлениях для приведения сторон хода к горизонту.

Координаты  пунктов сети 1 разряда определялись методом  полигонометрии.

Рис. 1 Схема  существующей опорной сети

 

 

 

 

Таблица 3 Основные характеристики сети триангуляции 1 разряда

Тип сети	Триангуляция 1 разряда
Количество пунктов	7
Количество треугольников	10
Длины сторон: средняя км	1,8
минимальная		1,1
максимальная		2,1
Углы в треугольниках: максимальный, градусы		99
минимальный		32
Исходная сторона		Рогатка - Шушары
СКО измерения углов, сек		2,0

 

Пункты  закреплены центрами типа 6 г.р., с приваренными столиками на высоте около 1,6 м с  механизмами для принудительной центрировки. Внешнее оформление – металлические пирамиды, высотой до 5 метров с малофазными цилиндрами.

Для дальнейшего  сгущения сети в основном прокладывались ходы полигонометрии 1 разряда. Характеристика созданной сети полигонометрии представлена в таблице 4.

Горизонтальные  углы измерялись 2 приемами теодолитом типа Т2 способом отдельного угла, там, где число направлений равнялось двум. На точках, где количество направлений больше двух, углы измерялись способом круговых приемов с перестановкой лимба. Расстояния измерялись в прямом и обратном направлениях светодальномером 2СМ2 с СКП (10+2мм Dкм) мм. Измерялись также и вертикальные углы в прямом и обратном направлениях для приведения сторон хода к горизонту.

Сеть  полигонометрии уравнена параметрическим способом.

 

Таблица 4 Характеристика полигонометрии 1 разряда                

Тип сети	Полигонометрия 1 разряда
	1	2	3
Тип хода	Система из 7 узловых точек	Система из 2 узловых точек	Разомкн., вытянутый
Количество пунктов	16	6	2
Длина хода, км	12,0	5,9	2,1
Длины сторон: средняя км	0,5	0,6	0,7
минимальная	0,43	0,38	0,53
максимальная	0,74	0,78	1,00
СКО измерения углов, сек	2,0	2,0	2,0
СКО измерения расстояний, мм	20	20	20

Данная  территория неоднократно картографировалась, в наличии имеются карты масштабов 1:100 000 – 1:25 000 и планы 1:10 000 – 1:2 000, составленные центром «Севзапгеоинформ» на основе стереофототопографической съемки. Планы масштаба 1:10 000 – 1:2000 постоянно обновлялись методами наземной топографической съемки. В результате применения растровой технологии обновления ошибки планового положения контурной части планов накапливались и точность съёмки с каждым разом ухудшалась.

Вывод: имеющиеся картографические материалы устарели. Требуется создание новых планов, равноточных по всей площади съёмки.

 

1.3 Физико-географические и экономические условия территории города Санкт-Петербурга

         Санкт-Петербург (рис. 2) является самым северным из городов мира с населением свыше миллиона человек. Его географические координаты — В=59°57′ с. ш. L=30°19′ в. д.. Он расположен на северо-западе Российской Федерации, в пределах Приневской низменности, на прилегающем к устью реки Невы побережье Невской губы, Финского залива и на многочисленных островах Невской дельты. Средняя высота города над уровнем моря: для центральных районов — 1—5 м, периферийных районов (север) — 5—30 м, периферийных районов (юг и юго-запад) — 5—22 м. Самое высокое место в черте города — район Красного Села (70—110 м) с Вороньей горой (176 м).

                                                Климат

Климат  Петербурга умеренный, переходный от умеренно-континентального к умеренно-морскому. Для Петербурга характерно тёплое, дождливое лето и относительно мягкая зима. Всё это объясняется сильным влиянием Гольфстрима, действующего на материк. На протяжении большей части года преобладают дни с облачной, пасмурной погодой, рассеянным освещением. Суммарный приток солнечной радиации здесь в 1,5 раза меньше, чем на юге Украины, и вдвое меньше, чем в Средней Азии. За год в Санкт-Петербурге бывает в среднем 62 солнечных дня. Средняя температура июля составляет +18,1 °C, января −6,1 °C. Как правило, температура в центральных районах города выше, чем на окраинах и в пригородах, разница температур может достигать до 10 °C. Погода в основном пасмурная с частыми дождями.

Годовое количество осадков может достигать 800 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Географическое положение города Санкт-Петербург

 

 

 

Зима

Характер  зимней погоды определяется в основном влиянием Атлантического океана и Балтийского  моря. Зима в Петербурге умеренно холодная, с частыми оттепелями, которые  могут составлять до половины сезона. Обычно с устойчивым снежным покровом (но бывают годы, когда снежный покров устанавливается только в середине января). Осадки выпадают преимущественно  в виде снега, но возможен дождь, что  часто и наблюдалось в последние  годы. Период со среднесуточной температурой ниже 0 °C (то есть климатическая зима) длится более 120 дней, начинаясь в  середине ноября и заканчиваясь во второй половине марта.

Одни  из самых тёплых зим в Петербурге за всю историю метеонаблюдений  наблюдались в начале XXI столетия. В период погодных аномалий конца 2006 — начала 2007 годов были установлены  новые абсолютные рекорды температуры. Так, 6 декабря 2006 года температура воздуха  поднялась до +10,9 °C, что стало  абсолютным максимумом температур в  зимний период.

В связи  с северным расположением города в дни, близкие к зимнему солнцестоянию, Солнце едва поднимается над горизонтом выше 5 градусов (минимальный угол близ высшей кульминации — 7 градусов 37 минут  в день зимнего солнцестояния), а  уличное освещение в Петербурге в это время года горит 18 часов  в сутки. К тому же в городе почти  не бывает солнечных дней в этот период. Именно поэтому зима в городе очень тёмная.

Весна

Весна в  Петербурге обычно наступает в конце  марта, когда среднесуточная температура  становится устойчиво положительной  и сходит снежный покров, но возможны отклонения от этого срока, когда  снежный покров окончательно сходит ещё в начале марта или в  первую декаду апреля. Часто бывают возвраты холода, когда после периода  тепла в апреле (15—20 °C), температура  может упасть до 5—10 °C в начале мая, сопровождаясь осадками в виде мокрого снега, возможно даже установление снежного покрова.

Лето

Лето  начинается обычно неустойчивой, иногда прохладной погодой, с частыми дождями, возможен град. Со второй половины июня до конца августа температура  днём, как правило, превышает 20 °C, возможны и периоды жаркой погоды с температурой выше 30 °C, из-за высокой влажности  жара ощущается сильнее. Самая высокая  летняя температура была зафиксирована  в июне 1998 года и составила почти +35 °C.

Осень

Осенью  часты большие колебания температуры, возвраты тепла (15—20 °C) в конце сентября и начале октября. Дожди становятся более продолжительными, но менее  интенсивными, чем летом. Постепенно пасмурная и сырая погода становится преобладающей. Первые заморозки случаются  в конце октября, установление снежного покрова происходит обычно к концу  ноября.

Транспорт

Санкт-Петербург  — крупнейший транспортный узел северо-запада России и второй в стране после Москвы. В городе сходятся ряд важных железнодорожных и автомобильных магистралей, имеются 6 железнодорожных вокзалов, крупные морской и речной порты; аэропорт Пулково.

Автомобильный транспорт

Санкт-Петербург  — важнейший центр автомобильных  перевозок, находящийся на пересечении  транспортных путей, соединяющих Скандинавию  и Европу, центральные районы России и страны Балтии. Автомобильные магистрали связывают Петербург с МосквойР (федеральная трасса трасса М10)| (Е105)"Россия" и финской границей (трасса М10 (Е18) «Скандинавия»), с эстонской границей (трасса М11 (Е20) «Нарва»), с Мурманском (трасса М18 (Е105) «Кола»), с Псковом и белорусской границей (трасса М20 (Е95)) и др.

Серьёзную проблему для горожан представляют автомобильные пробки. Для снижения загруженности городских автомагистралей  транзитным транспортом завершается строительство Петербургской кольцевой автодороги (КАД). Активно продолжается строительство Западного скоростного диаметра, проектируется новая переправа под Невой — Орловский тоннель, планируются и другие внутригородские скоростные дороги, тоннели и мосты.

Водный транспорт

ФГУП  «Администрация морского порта Санкт-Петербург» занимается организацией судоходства  на территории целого ряда портов, находящихся  на территории Санкт-Петербурга в восточной  части Финского залива Балтийского  моря:

Большой порт Санкт-Петербург включает 5 бассейнов: Восточный, Барочный, Пассажирский, рейд Лесного мола и Угольную Гавань; Василеостровский грузовой порт, Кронштадтский порт, Ломоносовский порт.

Порт  Санкт-Петербург соединён с морем  Морским каналом протяжённостью 27 миль и открыт для захода судов  круглый год. На западной оконечности  Васильевского острова расположен пассажирский Морской вокзал.

Существенная  доля перевозок водным транспортом  приходится на речные перевозки по Неве, связывающей город с Ладожским  озером и являющейся конечным отрезком Волго-Балтийского водного пути. Развито малое судоходство по рекам и каналам Петербурга.

Воздушный транспорт

Пассажирские  воздушные перевозки из Санкт-Петербурга осуществляются через аэропорт Пулково, расположенный на южной окраине  города. Работают два пассажирских терминала — Пулково-1 (перевозки  в пределах стран СНГ) и Пулково-2 (международные перевозки). В конце 2008 года в связи с кризисом и  планируемым сокращением пассажирских перевозок власти приняли решение  прекратить какие-либо работы (в том  числе и проектные) по строительству  нового пассажирского терминала. За 2010 год пассажирообмен аэропорта Пулково (двух аэровокзальных комплексов) составил чуть более 9 млн пассажиров, что на 15,2 % больше показателей 2009 года.

Аэропорт  имеет лишь автомобильное сообщение  с городом, что при наличии пробок делает его трудно достигаемым в часы пик.

Железнодорожный транспорт

В городе пять действующих пассажирских железнодорожных  вокзалов:

Балтийский вокзал обслуживает исключительно пригородный пассажиропоток на Сосновый Бор, Гатчину, Гдов, Лугу.

Витебский вокзал поезда дальнего следования юго-западного направления, в том числе на Киев, Варшаву, Берлин; пригородные перевозки на Оредеж, Великий Новгород.

Ладожский вокзал  поезда дальнего следования северного и восточного направлений, в том числе на Мурманск, Вологду, Петрозаводск, Архангельск; пригородные перевозки на Будогощь, Волховстрой, Невдубстрой, Лодейное Поле, Тихвин).