Применение современных геодезических технологий для создания крупномасштабных топографических планов. 2

 Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет                 Горно-нефтяной

Специальность         Прикладная геодезия

Кафедра                     Маркшейдерское дело, геодезия и геоинформационные системы

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему:  «Применение современных геодезических технологий для создания       крупномасштабных топографических планов»

Выполнил: студент гр. ПГ – 08

Трефилова Е.Н.

Проверил:

Шишунов А.Ю.

Пермь, 2010 г.

Содержание

 Введение…………………………………………………………………………………...3

1. Анализ требований, предъявляемых к содержанию и точности          топографических планов масштаба 1:2000………………………………………………4
2. Обоснование технологии выполнения полевых и камеральных работ с кратким описанием основных процессов…………………………………………..........................9

2.1. Обоснование оптимальной технологии ведения полевых работ с целью                    сгущения планово-высотного обоснования…………………………………………. ….9

2.2. Обоснование оптимальной технологии ведения полевых работ с  целью съёмки элементов ситуации и рельефа………………………………………………………….14

2.3. Краткий обзор современного программного обеспечения, которое может быть использовано для составления топографических планов, с обоснованием использования оптимального варианта…………………………………………………17

3.  Технология обработки данных и составления фрагмента топографического плана застроенной территории…………………………………………………………………22

4. Краткое описание конструкции и основных характеристик приборов, которые планируется используются для съёмки местности и камеральной обработки данных……………………………………………………………………………………24

Заключение………………………………………………………………………………45           Список литературы………………………………………………………………………46     

Приложение 1. Каталог  координат и высот точек съёмочного обоснования………..47 

Приложение 2. Фрагмент топографического плана……………………………………48

Введение

   Целью нашей работы является составление топографического плана в масштабе

1:2000. Чтобы его выполнить по всем предъявляемым требованиям, необходимо ознакомиться с инструкцией по топографической съемке в масштабе 1:2000, с обоснованием технологии выполнения полевых и камеральных работ, также необходимо рассмотреть новейшие технологии и программное обеспечение, с помощью которых мы реализуем свою цель.

1. Анализ требований, предъявляемых к содержанию и точности

 топографических  планов масштаба 1:2000

 Топографические планы масштаба 1:2000 предназначаются:

• для  разработки  генеральных  планов  малых  городов,  поселков городского типа и сельских населенных пунктов;
• для   составления  проектов  детальной  планировки  и   эскизов  застройки;
• проектов  планировки  городских  промышленных  районов,  проектов  наиболее  сложных  транспортных  развязок  в  городах  на  стадии разработки генерального плана;
• для   составления   исполнительных   планов   горнопромышленных  предприятий (рудников, шахт, карьеров, разрезов);
• для детальных разведок III группы месторождений металлических и неметаллических полезных ископаемых;
• для  составления  технических  проектов  и  генеральных  планов  морских  портов, судоремонтных заводов и отдельных гидротехнических  сооружений;
• для   составления  технического  проекта  принятого   основного варианта тепловых  электростанций,  водоразбора,  гидротехнических  сооружений и заграждающих дамб;
• для    составления   технических   проектов:    орошения    при  поверхностном поливе площади мелиорируемых объектов  15  кв.  км  и  более   (типовые  участки  занимают  10  -  12%  от  всей  площади,  подлежащей   мелиорации);  
• для типовых   участков   под  вертикальную  планировку (нивелирование по квадратам со сторонами 20 x  20  м  по подготовленной поверхности);
• строительства плотин длиной свыше  300 м,  дюкеров,  шлюзов  и т.п., прокладки трасс  каналов  и  напорных  трубопроводов,   проходящих   в  стесненных   участках   и   горной  местности; 
• строительства водохранилищ с площадью зеркала  воды  до  0,5  кв. км, для участков русел рек, намечаемых к использованию под  канал;
• для  составления рабочих чертежей: осушения закрытым  дренажем, площадок  под  гидротехнические  сооружения,    подсобно-производственные                                        здания и жилищное  строительство;    
• для строительства "канала-полосы"; местности  вдоль  оси  канала  от  100  до  400 м на участках с особо  сложными  условиями  рельефа   или   геологического  строения  (косогор,   мелкосопочный  рельеф,  район  оползней) и на участках, где канал проектируется  в виде   трубопровода,   укладываемого  на   анкерных   опорах; 
• для  регулирования  водоприемников  на  извилистых  реках  с   небольшой  величиной изгиба (100 - 150 м) или при сложном рельефе поймы;
• для  проектирования железных и автомобильных  дорог  на  стадии  технического  проекта  в горных районах и для  рабочих  чертежей  в  равнинных и холмистых районах;
• для разработки генеральной схемы реконструкции железнодорожного  узла;
• для  составления  рабочих чертежей трубопроводных,  насосных  и компрессорных станций, линейных пунктов и ремонтных баз,  переходов  через   крупные  реки,  сложных  подходов  к  подстанциям,  сложных  пересечений и сближений транспортных и других магистралей в  местах  индивидуального   проекта   земляного   полотна   (для    линейного  строительства).

   В соответствии с п. п. 2.4 и 2.5 настоящей Инструкции  на топографических  планах 1:2000 масштаба достоверно  и  с  необходимой степенью  точности  и  подробности   плана изображаются:

• пункты  триангуляции
• полигонометрии
• трилатерации
• грунтовые реперы 
• пункты съемочного обоснования, закрепленные на местности (наносятся по  координатам)

  На   планах 1:2000 масштаба показываются:

    - подземные трубопроводы  и прокладки (если  имеется исполнительная  съемка  соответствующего масштаба  или  специальное задание на съемку подземных коммуникаций); 

    - железные,  шоссейные и грунтовые дороги  всех видов;

   - сооружения - мосты, туннели, переезды, переправы, путепроводы, виадуки и т.п.;

    - линии связи и технических средств управления, мачты, столбы и т.д.;

  - гидрография - реки, озера, водохранилища,  площади  разливов, приливно-отливные  полосы  и  т.д. (береговые  линии  наносятся  по фактическому состоянию на момент съемки или на межень);

   - объекты гидротехнические и водного транспорта - каналы, канавы, водоводы  и  водораспределительные устройства,  плотины,  пристани, причалы, молы, шлюзы, маяки, навигационные знаки и др.;

  - объекты   водоснабжения   -   колодцы,   колонки,   резервуары, отстойники, естественные источники и др.;

  - рельеф  местности с применением горизонталей, отметок  высот  и условных  знаков обрывов, скал, воронок, осыпей, оврагов, оползней, ледников  и  др.  (формы микрорельефа изображаются полугоризонталями или вспомогательными горизонталями с отметками высот местности);

  - растительность  древесная, кустарниковая, травяная,  культурная растительность  (леса,  сады,  плантации,  луга  и  др.),  отдельно стоящие  деревья  и кусты;

  - грунты  и  микроформы  земной  поверхности:  пески,  галечники, такыры,  глинистые, щебеночные, монолитные, полигональные и  другие поверхности, болота и солончаки; 

  - границы: политико-административные,   землепользований   и заповедников,  различные ограждения (границы  районов  и  городских  земель   наносятся по  координатам имеющихся поворотных  пунктов границ или по имеющимся ведомственным картографическим материалам);

    На   топографических  планах  помещаются  собственные  названия населенных   пунктов,  улиц,  железнодорожных  станций,  пристаней, лесов,   песков,  солончаков,  вершин,  перевалов,  долин,   балок, оврагов и других географических объектов.

   Полнота и подробность содержания планов в отношении отображения топографических объектов зависит от назначения и масштаба планов и должна соответствовать требованиям действующих Условных знаков.

 На топографических  планах применяются указанные  в табл. 1 высоты сечения рельефа.

Таблица 1

Характеристика  рельефа участков съемки 

Масштаб съемки

1:2000 

Сечение рельефа, м

1. Равнинный с углами наклона до 2° 

0,5 

2. Всхолмленный с углами наклона до 4° 

0,5 

3. Пересеченный с углами наклона до 6° 

1,0 

4. Горный и предгорный 

2,0 

   Высота сечения рельефа через 0,25 м допускается при съемках асфальтированных территорий, спланированных площадок и нивелировании площадей. Необходимость такого сечения должна быть обоснована в техническом проекте (программе) работ.

   Для изображения характерных деталей рельефа, не выражающихся горизонталями основного сечения, следует применять дополнительные горизонтали (полугоризонтали) и вспомогательные горизонтали.

   Средние ошибки в положении на плане предметов и контуров местности с четкими очертаниями относительно ближайших точек съемочного обоснования не должны превышать 0,5 мм, а в горных районах - 0,7 мм. На территориях с капитальной и многоэтажной застройкой ошибки во взаимном положении на плане точек близлежащих важных контуров (капитальных сооружений, зданий и т.п.) не должны превышать 0,4 мм

   Средние ошибки съемки рельефа относительно ближайших точек геодезического обоснования не должны превышать по высоте:

        - 1/4 принятой высоты сечения рельефа при углах наклона до 2°;

        - 1/3 - при углах наклона от 2 до 6° для планов масштабов 1:5000, 1:2000 и до 10° для планов масштабов 1:1000 и 1:500;

        - 1/3 - при сечении рельефа через 0,5 м на планах масштабов 1:5000 и 1:2000.

    На лесных участках местности эти допуски увеличиваются в 1,5 раза. В районах с углами наклона свыше 6° для планов масштабов 1:5000 и 1:2000 и свыше 10° для планов масштабов 1:1000 и 1:500 число горизонталей должно соответствовать разности высот, определенных на перегибах скатов, а средние ошибки высот, определенных на характерных точках рельефа, не должны превышать 1/3 принятой высоты сечения рельефа.

   Точность планов оценивается по расхождениям положения контуров, высот точек, рассчитанных по горизонталям, с данными контрольных измерений.

2. Обоснование технологии выполнения полевых и камеральных работ с кратким описанием основных процессов

   Для того, чтобы составить топографический план, необходимо проделать несколько этапов, состоящие из:

• создания планово-высотного съемочного обоснования;
• съёмки ситуации и рельефа;
• обработки полученных измерений с помощью различных программ.

   При создании съёмочного обоснования с применением спутниковой технологии геодезические сети сгущения, как правило, вновь не создают, а используют имеющиеся государственные геодезические сети. При съёмке ситуации и рельефа с применением спутниковой технологии геодезические сети сгущения и съёмочное обоснование, как правило, вновь не создают, а используют имеющиеся государственные геодезические сети.

   Координаты и высоты пунктов съёмочного обоснования вычисляют в принятой в Российской Федерации государственной геодезической системе координат и в Балтийской системе высот 1977 года.

   Плотность геодезических сетей должна соответствовать масштабу съёмки, высоте сечения рельефа, а также требованиям обеспечения точности геодезических, маркшейдерских, мелиоративных, землеустроительных и других работ как для целей изысканий и строительства, так и при дальнейшей эксплуатации сооружений, коммуникаций и т.д.

2.1. Обоснование оптимальной технологии ведения полевых работ с целью                    сгущения планово-высотного обоснования

  Геодезической основой крупномасштабных съемок служат:

       а) государственные геодезические  сети:

• триангуляция и полигонометрия 1, 2, 3 и 4 классов;
• нивелирование I, II, III, IV классов;

       б) геодезические сети сгущения:

• триангуляция 1 и 2 разрядов, полигонометрия 1 и 2 разрядов;
• техническое нивелирование;

       в) съемочная геодезическая сеть:

• плановые,  высотные  и  планово-высотные  съемочные  сети   или

   отдельные   пункты  (точки),  а  также   точки  фотограмметрического

   сгущения.

В настоящее  время существуют системы, обеспечивающие легко и быстро создать съемочное обоснование. Одна из них это GPS.

    GPS (англ.  Global Positioning System) — обеспечивающие измерение времени и расстояния навигационные спутники; глобальная система позиционирования — спутниковая система навигации, часто именуемая GPS. Позволяет в любом месте Земли (включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

   Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS всё чаще используются в гражданских целях. GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК и онбордеры. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.

   Геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков

   Картография: GPS используется в гражданской и военной картографии

   Навигация: с применением GPS осуществляется как морская так и дорожная навигация

  Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением

   Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта - Эра-глонасс.

   Тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит

   Геотегинг: информация, например фотографии "привязываются" к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

   Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами — спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. Таким образом, для определения координат и высоты приёмника, используются сигналы как минимум с четырёх спутников

      Наибольшее распространение при кадастровом картографировании получило комплексное использование GPS- приемников и электронных тахеометров. При этом производят синхронные GPS- наблюдения на нескольких пунктах с известными координатами (опорных пунктах) и на определяемых пунктах, причем эти пункты могут как совпадать, так и не совпадать с поворотными точками границ земельных участков. В последнем случае пункты играют роль связующих, т.е. они обеспечивают привязку измерений координат границ земельного участка, полученных с помощью электронных тахеометров, к выбранной системе координат. Тахеометрические измерения выполняются полярным методом со съемочных станций, координаты которых, в свою очередь, определяются методом свободной станции.

    GPS- измерения чаще всего производятся статическими методами, хотя иногда можно применять и кинематические. Это зависит от требуемой точности определения координат, ресурсов времени, типа приемника, наличия транспортных средств и путей их перемещения между определяемыми точками и т.д.

    Чем более открыта местность, на которой производятся полевые измерения, тем больше возможностей применения GPS- технологий для определения координат точек границ земельных участков. Если местность достаточно свободна от препятствий и по ней возможно передвижение на автомобиле или вездеходе, то GPS-приемник может быть установлен на мобильном транспортном средстве и включен в один из кинематических режимов. Во время движения координаты точек по траектории могут измеряться с интервалом в одну секунду с сантиметровой точностью. Это в значительной степени повышает эффективность выполнения полевых кадастровых работ.

   Ведущие производители GPS-приемников учитывают тенденцию на интеграцию различных технологий выполнения полевых геодезических работ при выпуске новых образцов оборудования. Например, в середине октября 1998 года фирма Trimble Navigation, известный в мире производитель GPS-приемников, представила на рынок свой первый электронный тахеометр TTS 500.

Точность

  Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 10-12 метров при хорошей видимости спутников (такая же как и у ГЛОНАСС ). На территории США и Канады имеются станции WAAS, передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1-2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов, точность определения координат можно довести до 10 см. К сожалению точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.

Недостатки

   Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также от магнитных бурь.

   GPS это американская система, но Россия не отстает, она разработала  ГЛОНАСС (российский аналог GPS)

   ГЛОба́льная НАвигацио́нная Спу́тниковая Систе́ма (ГЛОНА́СС) — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российские космические системы».

   Компания «ГЛОНАСС-Навигатор» вошла в круг операторов, оказывающих услугу мониторинга (трекинга) транспортных средств (ТС) и других мобильных объектов. Это относительно новая для России услуга, и она с каждым днем становится все более востребованной. Подключившись к ней, менеджмент автотранспортных и логистических предприятий, таксомоторных парков, речных и морских судоходств и проч. может вывести на более высокий качественный уровень свои бизнес-процессы.

   В рамках услуги заказчик получает в электронном визуальном и текстово-табличном виде детальную телематическую информацию о ТС своего парка со спутников ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США): где именно и в течение какого времени находятся ТС. Данные сведения отражаются на электронных картах местности, маршруты в которых разбиты на участки с контрольными точками. К каждой из точек дается подробный комментарий о протяженности отрезка пути, периоде нахождения транспортного средства в его границах, скорости движения ТС и т.д. Сопоставление данной информации с иными учетами, например маршрутными листами, дает возможность проанализировать, где, как, когда и по какому назначению использовались ТС.

   Оборудование системы «ГЛОНАСС-Навигатор» отличается от аналогов своей индивидуальностью, вариативностью комплектации, компактностью терминала и исполнительных устройств, низкими токами потребления (6 – 14 мА), что позволяет аккумуляторной батарее не разрядиться в течение ТРЕХ месяцев. При разработке и тестировании своего оборудования, формировании пакета услуг, включая мониторинговую, мы учли особые российские условия эксплуатации и готовы в любой момент корректировать функциональные возможности системы под любого клиента. Гибкий потенциал системы «ГЛОНАСС-Навигатор» позволяет дополнить функцию мониторинга опцией охраны ТС.

2.2.  Обоснование оптимальной технологии  ведения полевых работ с  целью съёмки элементов ситуации и рельефа

Топографические съемки выполняются следующими методами:

• стереотопографическим;
• комбинированным аэрофототопографическим;
• мензульным;
• наземным фототопографическим (фототеодолитная съемка);
• тахеометрическим или теодолитным.

   Наземная    фототопографическая    съемка    применяется    как самостоятельная   в   горных  районах,  так   и   в   сочетании   с  аэрофототопографической - в горных районах и городах.

  В  отдельных случаях (отсутствие материалов аэрофотосъемки  или наземной  фотосъемки  местности, экономическая нецелесообразность, небольшие участки и т.п.) применяются мензульная, тахеометрическая или теодолитная съемки.

  В нашем случае  используем тахеометрическую съемку.

   Тахеометрическая съемка производится, как правило, тахеометрами и, как исключение, теодолитами.

   При коэффициенте дальномера, не равном 100, изготовляются специальные рейки с учетом постоянной дальномера. При съемке тахеометрами применяются специальные рейки.

   До начала тахеометрических работ геодезическая основа, включая пункты сетей съемочного обоснования, должна быть доведена до плотности, обеспечивающей возможность проложения тахеометрических ходов с соблюдением технических требований, приведенных в табл. 1.

   Таблица 1.

    Плотность тахеометрических ходов должна обеспечивать проведение съемки при условии соблюдения допусков, указанных в табл. 2.

    Таблица 2.

   Измеренные на станции расстояния до пикетных точек, горизонтальные и вертикальные углы (или превышения на пикетные точки) записывают в пикетный журнал.

    Параллельно с пикетным журналом на каждой станции ведутся кроки (абрис). Кроки ведут условными знаками (с пояснительными подписями), примерно выдерживая масштаб съемки, на отдельных для каждой станции листах, ориентированных по ходу, на которых указывают направление ориентирования лимба. В кроки зарисовывают все пикетные точки. При этом показывают характерные линии рельефа (тальвеги, водоразделы, перегибы скатов и др.) и схематично рельеф горизонталями.

    Реечные точки должны без пропусков и равномерно покрывать территорию съемки. Для обеспечения этого требования производят детальный осмотр местности, подлежащей съемке с данной станции, и сопоставляют данные осмотра с абрисами и кроки соседних станций.

   Выполнение полевых работ при тахеометрической съемке необходимо сочетать с незамедлительной полной камеральной обработкой материалов съемки, при этом должно быть выполнено следующее:

       а. Проверка полевых журналов и составление подробной схемы съемочного обоснования.

       б. Вычисление координат и высот точек (до 0,01 м) тахеометрических (теодолитных) ходов.

       в. Вычисление в полевых журналах отметок всех пикетов на станции.

       г. Накладка точек съемочного обоснования, тахеометрических (теодолитных) ходов, пикетных точек; проведение горизонталей и нанесение ситуации.

В результате производства тахеометрической съемки представляются:

• абрисы к соответствующим планшетам;
• журналы тахеометрической съемки;
• план тахеометрической съемки;
• схема съемочного обоснования;
• формуляр плана;
• ведомости вычисления координат и высот точек съемочного обоснования;
• акты контроля и приемки работ.

3. Краткий обзор современного программного обеспечения, которое может быть использовано для составления топографических планов, с обоснованием использования оптимального варианта

   После полевых  работ наступает завершающий этап  - это камеральные работы или обработка полученных данных. В наше время существует множество  программ, с помощью которых составляют топографические планы.