Государственные геодезические сети

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………… 2

2.    Государственные геодезические сети……………... 3

2.1. Государственная плановая геодезическая сеть………………….. 4

2.2. Государственная высотная (нивелирная)

       геодезическая сеть…………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Государственной геодезической сетью называют геодезическую сеть, обеспечивающую распространение координат и высот на территории государства и являющуюся исходной для построения других геодезических сетей.

Государственная геодезическая сеть России является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворять требованиям народного хозяйства и обороны страны при решении соответствующих научных и инженерных задач. Для этого геодезические сети должны покрывать всю территорию страны сплошь с необходимой густотой и точностью определения положения пунктов.

Построение и поддержание в надлежащем состоянии геодезических сетей у нас в стране – задача государственной топографо-геодезической службы. Это работа сложная и организационно, и технически, к тому же дорогостоящая. Поэтому принимаются все меры для сохранения на местности сети геодезических пунктов.

Государственные геодезические сети делятся на плановые и высотные.

 

2.1. Государственная плановая геодезическая  сеть

 

Работы по созданию государственной плановой сети на всей территории страны были в основном закончены к 1989 году.

Государственная плановая сеть подразделяется на сети 1, 2, 3 и 4-го классов, различающиеся между собой точностью угловых и линейных измерений и длиной сторон или плотностью пунктов.

Государственная геодезическая сеть 1-го класса строится в виде полигонов периметром 800–1000 км, образуемых триангуляционными, полигонометрическими или трилатерационными звеньями длиной порядка 200 км, расположенными по возможности вдоль меридианов и параллелей (рис. 5). Звено триангуляции (трилатерации) состоит из треугольников, близких к равносторонним, или из комбинаций треугольников, геодезических четырехугольников и центральных систем.

На концах звеньев триангуляции 1-го класса измеряют базисные стороны, которые опираются на так называемые пункты Лапласа (см. рис. 5). Пункты Лапласа − это пункты, долгота и широта которых найдены из астрономических наблюдений. Азимут базисной стороны также определяется в результате астрономических наблюдений. Это необходимо для переноса сети на поверхность референц-эллипсоида. Геодезическую сеть, имеющую пункты с определенными на них астрономическим путем координатами и азимутами, называют астрономо-геодезической сетью. Проект государственной астрономо-геодезической сети был предложен и разработан профессором Ф.Н. Красовским.

В сетях триангуляции 1-го класса стороны треугольников составляют от 20 до 25 км. Допустимая погрешность в определении углов треугольника 0,7′′. Ошибки в определении длин сторон треугольников допускаются в пределах 7–10 см, т.е. не более 1/400 000. Общая погрешность в звене триангуляции длиной 200 км не превышает 0,6 м.

 

Рис. 5. Схема построения геодезической сети

методом триангуляции 1, 2 и 3-го классов

 

Относительная ошибка положения пунктов триангуляции задается настолько малой, что при дальнейшем развитии сети пункты 1-го класса можно считать определенными безошибочно.

Государственная геодезическая сеть 2-го класса строится внутри полигонов 1-го класса в виде сплошной триангуляционной сети (см. рис. 5) или в виде пересекающихся ходов полигонометрии.

Внутри полигонов 1-го класса на нескольких пунктах 2-го класса производятся астрономические определения широты, долготы и азимута, т.е. устанавливаются пункты Лапласа.

Сеть 2-го класса, в свою очередь, заполняется сетями триангуляции 3-го и 4-го классов.

Стороны треугольников 2-го класса имеют в длину от 7 до 20 км, в среднем 13 км. Длины сторон треугольников 3-го класса составляют 5–8 км, а 4-го класса − 2–5 км.

Углы треугольников 2-го класса измеряются со средней квадратической ошибкой, не превышающей 1′′, на пунктах 3-го класса ошибка не должна быть более 1,5′′, а 4-го класса − 2′′.

Наряду с методом триангуляции государственная геодезическая сеть может строиться методами полигонометрии или трилатерации.

Полигонометрия 1-го класса строится в виде замкнутых полигонов. Полигонометрия 2-го класса строится внутри полигонов триангуляции или полигонометрии 1-го класса в виде сети замкнутых полигонов.

Пункты полигонометрии 3-го и 4-го классов определяются относительно пунктов полигонометрии или триангуляции высших классов проложением одиночных ходов или систем ходов, образующих узловые пункты.

Основные характеристики полигонометрии различных классов приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Основные характеристики полигонометрии различных классов Наименование элемента полигонометрии	1-й класс	2-й класс	3-й класс	4-й класс
Периметр полигона, км	700–800	150–180
Длина диагонали полигонометрического хода не более, км	200	60	30	11–15
Длина стороны хода (звена), км	8–30	5–18	3–10	Не менее 0,25
Число сторон в ходе (звене) не более	12	6	6	20
Средняя квадратическая ошибка измерения угла, с	0,4	1,0	1,5	2,0
Средняя квадратическая ошибка измерения длины стороны	1:400 000	1:200 000	1:100 000	1:40 000

 

Каждый пункт государственной плановой геодезической сети любого класса закрепляют на местности центром.  Он создается с целью сохранения пункта геодезической сети на возможно длительное время. Конструкции центров в зависимости от физико-географической характеристики района могут быть различными.

На рис. 6,а показан центр пункта, закладываемый в районе с неглубоким промерзанием грунта (до 1,5 м). Для большей сохранности центр состоит из нескольких ярусов бетонных блоков. В каждом ярусе ось центра отмечается специальной маркой (рис. 6,б). Все марки должны располагаться на одной отвесной линии.

 

 

 

Рис. 6. Центр плановой геодезической сети:

а − центр:

1 − монолит; 2 − якорь; 3 − пилон; 4 − чугунная марка; 5 − опознавательный столб;

б − чугунная марка:

1 − разрез; 2 − вид торца

 

С целью обеспечения видимости между смежными пунктами над центрами сооружаются геодезические знаки. В зависимости от характеристик местности они могут быть различной высоты и имеют визирный цилиндр, столик для установки прибора и площадку для наблюдателя. Применяют знаки следующих типов: тур, простая пирамида, простой и сложный сигналы (рис. 7).

Туры и пирамиды сооружают в пунктах, с которых видимость на соседние пункты открывается с земли. Простые сигналы строят в тех случаях, когда для наблюдений необходим подъем прибора над землей на 10 м, а сложные − более 10 м. Пирамиды и сигналы могут быть четырехгранными и трехгранными.

 

 

 

 

 

Рис. 7. Геодезические знаки:

а − тур; б − простая пирамида; в − простой сигнал; г − сложный сигнал:

1 − центр; 2 − столик для установки теодолита; 3 − площадка для наблюдателя;

4 − визирный цилиндр для наблюдения со смежного пункта

 

Вблизи каждого пункта государственной сети устанавливают по два ориентирных пункта для удобства привязки в последующем сетей сгущения. Ориентирные пункты устанавливаются на расстоянии 0,5–1,0 км от пункта государственной сети (в лесу расстояния сокращаются до 0,25 км). Каждый ориентирный пункт отмечается на местности центром (рис. 8).

Углы между основными сторонами сети и направлениями на ориентирные пункты измеряются на данном пункте с погрешностью не более ±2,5′′.

Необходимо отметить, что если сеть пунктов 1-го и 2-го классов по возможности сплошь покрывает территорию страны, то сети 3-го и особенно 4-го классов развиваются по мере надобности, например, для обеспечения топографических съемок.

 

 

Рис. 8. Ориентирный пункт:

1 − монолит; 2 − чугунная марка; 3 − опознавательный столб

 

Создание электронных дальномеров, при помощи которых стали возможными измерения длин линий с высокой точностью, позволило применять их для развития геодезических сетей методом трилатерации и в ряде случаев взамен рядов треугольников прокладывать полигонометрические ходы, равноценные по точности триангуляции.

2.2. Государственная высотная (нивелирная)                       геодезическая сеть

 

Государственная высотная сеть устанавливает единую систему высот (отметок) на территории страны и является основой для исследовательских и поисковых работ в геологии, экологии, при топографических съемках и проектировании сооружений. Кроме того, точное определение высот необходимо для наблюдений за движениями земной коры, колебаниями уровня воды в морях, реках и озерах.                                         

Высоты пунктов государственной нивелирной сети определяются геометрическим нивелированием. По точности и назначению государственная нивелирная сеть делится на нивелирные сети I, II, III и IV классов. Нивелирные сети состоят из ходов или полигонов. Технические допуски нивелирных сетей приведены в табл. 2.

Таблица 2

Технические допуски нивелирных сетей Наименование допуска	Единица измерений	Класс нивелирования				Техническое нивелирова ние (ТН)
		I	II	III	IV
Длина хода или полигона	км	3000–4000	500–600	150–200	_	2–16
Расстояние от прибора до реек	м	50	65	75	100	150
Неравенство расстояний от нивелира до реек на отдельных стадиях	м	0,5	1,0	2,0	5,0	10,0
Высота визирного луча над почвой не менее	м	0,8	0,5	0,3	0,2	0,2
Допустимые расхождения в превышениях на станции	мм	0,5	0,7	3	5	5

Продолжение таблицы 2

Допустимые расхождения в превышениях хода	мм	3L	5L	10L	20L	50L
То же, но при числе станций более 15 для I – IV классов и 25 для ТН на 1 км	мм	4L	6L	2,6L	5L	10L

 

Примечание: L − длина хода, км; n − число станций в ходе.

 

Нивелирные сети I и II классов обеспечивают единую систему высот на всей территории страны. Они служат основой для решения научных задач по изучению вертикальных движений земной коры и сейсмических явлений, изучения физической поверхности Земли и определения разностей уровней морей и океанов. Нивелирные сети III и IV классов обеспечивают топографические съемки и решение инженерно-геодезических задач.

Основной системой отсчета высот государственной нивелирной сети является нормальная система высот. Она позволяет получить точные значения высот точек земной поверхности относительно референц-эллипсоида.

Государственная нивелирная сеть I класса прокладывается по специально разработанной схеме, предусматривающей:

а) обеспечение территории страны исходными высотными пунктами для развития нивелировок II класса и ниже по единой системе;

б) связь с водомерными постами морей и океанов, расположенными внутри и по границам страны;

в) использование наиболее благоприятных для нивелирования трасс (железных и шоссейных дорог);

г) образование по возможности замкнутых полигонов;

д) учет научных и практических требований, вытекающих из задачи изучения динамических процессов, связанных с жизнью Земли как планеты, ее поверхности и недр.

Нивелирные линии I класса прокладываются и повторяются каждые 25 лет по заранее избранным направлениям, пересекающим территорию страны.      Кроме того, в целях изучения движения земной коры и прогноза землетрясений сетью нивелировок I класса покрыты некоторые избранные участки − полигоны.

Нивелирование I класса характеризуется невязкой хода, которая не должна превышать

                               Lh3±=Δ мм,                                                 (3)

 

где L − длина хода, км.

Линии нивелирования II класса прокладываются между пунктами нивелирования I класса. Они начинаются и заканчиваются на пунктах нивелирования I класса и образуют замкнутые полигоны с периметром 500–600 км (рис. 9). Нивелирные ходы II класса прокладывают главным образом вдоль железных и шоссейных дорог, а также вдоль больших рек.

Нивелирование II класса характеризуется невязкой хода, которая не должна превышать

                                Lh5±=Δ мм.                                                (4)

Линии нивелирования III класса прокладываются внутри полигонов I и II классов в виде как отдельных, так и систем пересекающихся ходов с таким расчетом, чтобы полигон II класса был разбит на 6–9 полигонов с периметром 150–200 км каждый. На севере и северо-востоке страны периметр достигает 300 км.

   

Нивелирование III класса производят с невязкой в ходе не более

                                 Lh10±=Δ мм.                                               (5)

 

 

 

Рис. 9. Схема построения государственной нивелирной сети

 

Нивелирование IV класса является сгущением нивелирной сети III класса. Линии нивелирования IV класса опираются на пункты нивелирной сети высшего класса; они могут прокладываться в виде одиночных ходов, пересекающихся в узловых точках.

Невязка в ходах IV класса не должна превышать

                                 Lh20±=Δ мм.                                                (6)

Нивелирование IV класса выполняется для топографических съемок и проектируется в комплексе со всеми съемочными работами. Расположение и густота линий нивелирования IV класса устанавливаются исходя из условий задания − масштаба предстоящей топографической съемки, обеспечения предстоящего строительства высотной основой и т.п. Нивелирование IV класса − один из массовых видов геодезических работ при строительстве.

Нивелирные сети I и II классов − главная высотная основа топографических съемок и инженерно-геодезических работ; нивелирные сети III и IV классов являются по отношению к ним сетями сгущения.

Государственная нивелирная сеть любого класса для сохранения ее на длительное время закрепляется на местности постоянными знаками, называемыми реперами и марками. На линиях нивелирования различных классов закладывают реперы следующих типов: вековые, фундаментальные, рядовые и временные.

Каждый репер должен иметь свой индивидуальный номер, не повторяющийся на данной линии, а по возможности и на ближайших линиях нивелирования.

На всех нивелирных ходах, независимо от класса, через 5–7 км               (в труднодоступных районах через 10–15 км) закладываются рядовые реперы. Кроме того, при нивелировании I и II классов через 50–80 км закладываются фундаментальные реперы после предварительного исследования грунта бурением на глубину до 20 м. При нивелировании               I класса закладываются вековые реперы, являющиеся наиболее устойчивыми. При закладке репера в грунт его называют грунтовым, в скалу − скальным, а в стену здания − стенным.

Вековые реперы обеспечивают сохранность главной высотной основы на продолжительное время, позволяют изучать происходящие в настоящее время вертикальные движения земной коры, колебания уровней морей и океанов.

Вековыми реперами закрепляют места пересечений линий нивелирования I класса. В пределах бывшего Советского Союза эти реперы заложены:

в районе городов Ашхабад, Барановичи, Барнаул, Взморье, Витим, Волгоград, Дудинка, Душанбе, Енисейск, Иркутск, Вятка, Самара, Москва, Нахичевань, Нижневартовск, Нукус, Пржевальск, Екатеринбург, Ставрополь, Сургут, Тбилиси, Тура, Тында, Ужгород, Хабаровск, Харьков, Целиноград, Чита, Чудово, Якутск и бухты Провидения;

вблизи уровенных постов, ведущих наблюдения за вековой изменчивостью моря Анадырь, Аральск, Балтийск, Ванкарем, Владивосток, Диксон, Кронштадт, Махачкала, бухта Нагаево, Певск, Петропавловск-Камчатский, Полярный, Севастополь, Сосновец, Таганрог, Тикси.

Фундаментальные реперы обеспечивают сохранность высотной основы на значительные сроки. Их закладывают на линиях нивелирования I и II классов не реже чем через 60 км, а также на узловых пунктах, вблизи морских, основных речных и озерных уровенных постов. В сейсмоактивных районах фундаментальные реперы закладывают не реже чем через 40 км. На расстоянии 50–150 м от фундаментального репера закладывают репер-спутник.

Временные реперы обеспечивают сохранность высотной опоры в течение нескольких лет и служат высотной основой при топографических съемках. Временные реперы включают в ходовые линии нивелирования II, III и IV классов.

 координаты  реперов определяются с точностью 0,25′. На каждый репер составляют  абрис и дают описание его  местоположения. Кроме того, расположение  реперов показывают на карте  масштаба 1:100 000, которую прилагают  к материалам нивелирования.

Нивелирные сети в городах, населенных пунктах и на промышленных площадках должны обеспечивать все потребности городского хозяйства и строительства. Превышения между наиболее удаленными друг от друга реперами нивелирной сети города должны быть известны с ошибкой не более 30 мм.

Требования к методике нивелирования, нивелирам и рейкам те же, что и при создании сетей государственного нивелирования соответствующего класса. Отличие состоит в допустимых длинах ходов и частоте закреплений нивелирных линий реперами.

В городах, территория которых более 500 км, создают нивелирную сеть I класса. Схемы построений нивелирных сетей I класса в городах различаются – это или система полигонов, или система пересекающихся линий. Вид сети и расположение линий зависят от очертаний городской территории. Дальнейшее сгущение сети выполняют нивелированием II, III и IV классов.

В городах и поселках, расположенных в области сезонного промерзания грунта, реперы закладывают в стены кирпичных, каменных, бетонных и железобетонных зданий и сооружений.

Стенные реперы закладываются вблизи перекрестков улиц, а также в середине кварталов. Они должны располагаться на высоте 30–60 см от поверхности земли так, чтобы выступы стен не мешали установке реек. Здание, в котором заложен стенной репер, фотографируют. Кроме того, фотографируют сам репер так, чтобы в кадре был виден его номер.

Разнообразные физико-географические условия страны обусловливают использование различных типов реперов, которые соответствуют определенным районам.

Конструкция векового репера зависит от глубины залегания геологически устойчивых, несжимаемых пород. Вековые реперы могут быть скальными и грунтовыми. В зависимости от глубины залегания скалы закладываются разные типы вековых реперов. Сохранность векового репера обеспечивается качеством закладки, добротностью материалов, из которых он изготовлен, а также местом расположения и внешним оформлением. Стабильность векового репера обусловливается заглублением его основания в несжимаемые породы не менее чем на 120 см для трубчатых реперов и 20 см – для скально-бетонных.

Если скала находится на глубине до 120 см, то закладывают группу из четырех скальных реперов типа 173 (рис. 10,а), расположенных на расстоянии 25–50 м друг от друга.

Высоты смежных реперов должны отличаться друг от друга не менее чем на 15 см. Репер состоит из марки (нержавеющая сталь или бронза) и бетонного колодца с крышкой. Размеры колодца зависят от глубины залегания скалы. При выходе скалы на дневную поверхность внешние размеры колодца 50×50 см. Если глубина залегания скалы 50 см и более – это колодец диаметром до 100 см.

При залегании скалы на глубине до 500 см закладывают вековой репер типа 174 (рис. 10,б), который состоит из пилона (гранит или высококачественный бетон) формы параллелепипеда с поперечным сечением 35×35 см, бетонной плиты (якоря) размерами 150×150×40 см и колодца диаметром более 160 см. В верхнюю часть пилона на расстоянии 20 см цементируют две марки (горизонтальную и вертикальную). Верхний конец пилона располагают на глубине 100 см от поверхности земли. Бетонную плиту изготавливают на месте установки репера и цементируют в нее третью марку. До установки колодца и засыпки котлована грунтом измеряют превышения между всеми марками с точностью до 1 мм. Репер в колодце засыпают гравием, а на расстоянии 100–150 м от него устанавливают фундаментальный репер со спутником.

 

 

 

 

Рис. 10. Вековые реперы для скальных грунтов:

а – тип 173; б – тип 174

 

Вековой трубчатый репер типа 175 (рис. 11) закладывают при залегании несжимаемых пород на глубине более 500 см. Репер устанавливают в скважину диаметром 25 см. Он состоит из металлической трубы диаметра 8–15 см с толщиной стенок не менее 1 см. На верхнем конце трубы на расстоянии 20 см друг от друга укрепляют две марки (горизонтальную и вертикальную), а на нижнем конце крепят диск с диаметром на 2–3 см меньше диаметра скважины. В скважину опускают трубу и при помощи бетона скрепляют с несжимаемыми породами, в которые она должна войти не менее чем на 120 см. Верхний конец репера располагают на глубине 100 см от поверхности земли. Рядом с вековым репером на расстоянии 100–150 м закладывают фундаментальный репер со спутником.

Рис. 11. Вековой трубчатый репер. Тип 175

 

Фундаментальные реперы в зависимости от условий закладки подразделяются на грунтовые (железобетонные, асбоцементные, трубчатые металлические) и скальные.

Устройство грунтового фундаментального репера для области с сезонным промерзанием грунтов показано на рис. 12,а. Конструкции грунтовых реперов различаются в зависимости от климатических условий района и характеристик грунта закладки (сезонное промерзание, вечная мерзлота, сыпучие пески, скалистый грунт, труднодоступные районы).

Рядовые грунтовые реперы в области сезонного промерзания грунтов, как правило, закладывают в пробуренные скважины диаметром 50–60 см (рис. 12,б).

Если нивелирный ход проходит рядом с капитальным зданием или сооружением (водонапорная башня, каменный устой моста и т.п.), то в стены закладывают либо марки (отметка отнесена к центру отверстия знака), либо реперы (отметка отнесена к выступающей полочке знака). Общий вид таких знаков показан на рис. 13.

 

Рис. 12. Нивелирные знаки, закладываемые в грунт:

а − фундаментальный репер:

1 − якорь репера; 2 − марка; 3 − граница промерзания грунта; 4 − пилон репера; 5 − опознавательная плита; 6 − опознавательный столб с охранной плитой; 7 − якорь опознавательного столба;

б − рядовой репер:

1 − якорь репера; 2 − граница промерзания грунта; 3 − столб-пилон репера; 4 − марка; 5 − опознавательный столб; 6 − охранная плита; 7 − якорь опознавательного столба

 

Каждый репер имеет соответствующее наружное оформление. Наружное оформление векового репера состоит из железобетонного колодца с защитной крышкой и запором; кургана, сложенного из камней; указательного монолита и ограждения из четырех отрезков рельс или железобетонных столбов сечением 20×20 см с якорями, закладываемыми на глубину 140 см и выступающими над поверхностью земли на 110 см (рис. 14). Допускается применять и другое внешнее оформление, обеспечивающее сохранность векового репера.

Рис.13. Марка и репер, закладываемые в стены:

а − разрез и вид на стене марки; б − разрез и вид на стене репера

 

 

 

Рис. 14. Внешнее оформление вековых реперов

 

Оформление фундаментального репера в области сезонного промерзания грунта состоит из канавы прямоугольной формы (рис. 15) и железобетонного или металлического опознавательного столба (рис. 16) с охранной пластиной (рис. 17) толщиной не менее 0,8 мм. Пластина должна быть обращена в сторону репера. Над репером делают курган высотой 30 см и диаметром 150 см. Выступающую над землей часть опознавательного столба окрашивают масляной краской ярких цветов. Сечение канавы по нижнему основанию 20 см, по верхнему – 120 см, глубина 70 см. Черной краской пишут на опознавательном столбе название организации и номер репера (например, ГУГК, 1274).

 

Рис. 15. Внешнее оформление фундаментальных реперов

в области сезонного промерзания грунта

 

Наружным оформлением рядового грунтового репера являются канава и опознавательный столб в виде железобетонного пилона с плитой (якорем), устанавливаемого вблизи репера. В лесистых районах разрешается устанавливать деревянные опознавательные столбы. Размер нижнего основания канавы 20 см, верхнего – 120 см, глубина 50 см, длина 1280 см. Над репером насыпают курган высотой 30 см и диаметром 100 см.

 

Рис. 16. Опознавательные столбы для                 Рис. 17. Охранная пластина сезонного промерзания грунтов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Инженерная геодезия. Геодезические сети: Учеб.пособие/В.С. Ермаков, Е.Б. Михаленко, Н.Н. Загрядская, Н.Д. Беляев, Ф.Н. Духовской. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003.

2. Стороженко А. Ф., Некрасов О. К. «Инженерная геодезия» - Москва 

    «Недра», 1993.

3. Захаров А. И. «Геодезические приборы» - Москва «Недра», 1989.

4. Скогорев В. П. « Лазеры в геодезии» - Москва «Недра», 1987.

5. Пискунов М. Е., Крылов М. Н. «Геодезия  при строительстве газовых, водопроводных и канализационных сетей и сооружений» - Москва «Стройиздат», 1989.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования