Создание проекта сгущения плановой инженерно-геодезической сети

ЗАДАНИЕ 

Исходные  данные и материалы:

1. Топографическая карта М 1: 25 000
2. Участок работ, ограниченный линиями
3. Методические указания

В проекте необходимо разработать:

1. Проект сгущения инженерно-геодезической сети методом триангуляции.
2. Проект сгущения инженерно-геодезической сети методом полигонометрии.
3. Выполнить предрасчет точности проекта сети триангуляции.
4. Выполнить предрасчет точности проекта сети полигонометрии.
5. Определить наличие видимости между пунктами триангуляции.

Изготовить  графическую часть проекта:

1. Схема сгущения инженерно- геодезической сети методом триангуляции.
2. Схема сгущения инженерно-геодезической сети методом полигонометрии.
3. Профиль для определения видимость между пунктами триангуляции.

Расчетно-пояснительную  записку составить в следующей  программе:

1. Физико-географическая характеристика и топографо-геодезическая изученность.
2. Проект сгущения инженерно-геодезической сети.
3. Инженерно-геодезический расчет проекта сети.
4. Расчет требуемой точности измерения углов и линий запроектированной сети.
5. Составление пояснительной записки к проекту.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

     Целью курсовой работы является – создание проекта сгущения плановой инженерно-геодезической сети. Сети сгущения строят на основе государственных геодезических сетей. Плановые сети сгущения создаются, в основном теми же методами, что и государственная сеть, т. е. методами триангуляции, полигонометрии и трилатерации или их сочетаниями. Иногда строят линейно-угловые сети.

     Необходимыми условиями проектирования и исполнения геодезических работ является:

     - обеспечение надежного контроля  геодезических измерений;

     - возможность оценки точности  фактически выполненных измерений  и установления соответствия  точности полученных результатов  измерений заданным требованиям. 

     Целью данного курсового проекта является освоение методов проектирования сгущения плановой инженерно-геодезической  сети, которые в последствии используются для проведения топографо-геодезических  работ и для решения различных  задач земельного кадастра

     В данном проекте необходимо разработать:

1. Проект сгущения инженерно-геодезической сети методом триангуляции.
2. Проект сгущения инженерно-геодезической сети методом полигонометрии;
3. Выполнить предрасчет точности проекта сети триангуляции;
4. Выполнить предрасчет точности проекта сети полигонометрии;
5. Определить наличие видимости между пунктами триангуляции.

     Для изучения местности, на которой проектируется инженерно-геодезические сети составить физико-географическое описание местности. 

     1 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СЕТИ

     Государственная геодезическая сеть (ГГС) – система закрепленных на местности пунктов, положение которых определено в единой системе координат и высот.

     ГГС предназначена для решения следующих  основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:

     – установление и распространение  единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований; 

     – геодезическое обеспечение картографирования  территории Казахстана;

     – геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и  освоения природных ресурсов; 

     – обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской  и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной  сред; 

     – изучение поверхности и гравитационного  поля Земли и их изменений во времени; 

     – изучение геодинамических явлений; 

     – метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения  местоположения и ориентирования.

Все геодезические  сети можно разделить по следующим  признакам: 
По территориальному признаку: 
1) глобальная; 
2) национальные (ГГС); 
3) сети специального назначения (ГССН); 
4) съемочные сети; 
По геометрической сущности: 
1) плановые; 
2) высотные; 
3) пространственные;

     Глобальные  сети создаются на всю поверхность Земли спутниковыми методами, являясь пространственными с началом координат в центре масс Земли и определяемые в системе координат ПЗ-90. (Государственная система координат «Параметры Земли 1990 года»)

     Национальные  сети. Геодезические сети специального назначения (ГССН) создаются в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов ГГС экономически нецелесообразно или когда требуется особо высокая точность геодезической сети. В зависимости от назначения эти сети могут быть плановыми, высотными, планово-высотными и даже пространственными и создаваться в любой системе координат. Съемочные сети являются обоснованием для выполнения топосъемок и создаются обычно планово-высотными.

     Система геодезических координат 1995 года (СК-95) Единая государственная система геодезических координат 1995 года (СК-95) получена в результате совместного уравнивания трех самостоятельных, но связанных между собой, геодезических построений различных классов точности: КГС, ДГС, АГС по их состоянию на период 1991-93 годов.

     Космическая геодезическая сеть предназначена для задания геоцентрической системы координат, доплеровская геодезическая сеть – для распространения геоцентрической системы координат, астрономо-геодезическая сеть – для задания системы геодезических координат и доведения системы координат до потребителей.

     Система координат 1995Система координат 1995 года установлена так, что ее оси параллельны  осям геоцентрической системы координат. Положение начала СК-95 задано таким  образом, что значения координат  пункта ГГС Пулково в системах СК-95 и СК-42 совпадают.

     Между единой государственной системой геодезических  координат 1995 года (СК-95) и единой государственной  геоцентрической системой координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90) установлена связь, определяемая параметрами взаимного перехода (элементами ориентирования). Направления координатных осей Z Y X, используемой геоцентрической системы координат определены координатами пунктов КГС; начало координат этой системы установлено под условием совмещения с центром масс Земли.

     ГГС, созданная по состоянию на 1995 год, объединяет в одно целое: 

     - астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (АГП КГС);

     -доплеровскую геодезическую сеть (ДГС);

     -астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 классов;

     -геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов; 
Пункты указанных построений совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи.

     ГГС структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и  включает в себя геодезические построения различных классов точности:

     - фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС)

     - высокоточную геодезическую сеть (ВГС),

     - спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1)

     В указанную систему построений вписываются  также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1-4 классов. На основе новых высокоточных пунктов спутниковой  сети создаются постоянно действующие  дифференциальные станции с целью  обеспечения возможностей определения  координат потребителями в режиме близком к реальному времени.

     По  мере развития сетей ФАГС, ВГС и  СГС-1 выполняется уравнивание ГГС  и уточняются параметры взаимного  ориентирования геоцентрической системы  координат и системы геодезических  координат СК-95. 

1.1 Триангуляция

     Триангуляция (от лат. triangulum – треугольник) – один из методов создания опорной геодезической сети.

      Состоит в построении рядов или  сетей примыкающих друг к другу  треугольников и в определении  положения их вершин в избранной  системе координат. В каждом треугольнике измеряют все три угла, а одну из его сторон определяют из вычислений путём последовательного решения  предыдущих треугольников, начиная  от того из них, в котором одна из его сторон получена из измерений. Если сторона треугольника получена из непосредственных измерений, то она называется базисной стороной триангуляции. В рядах или сетях триагуляции для контроля и повышения их точности измеряют большее число базисов или базисных сторон, чем это минимально необходимо. 
 

     Для построения триангуляции в государственной геодезической сети (ГГС) исходят из принципа перехода от общего к частному, от крупных треугольников к более мелким. В связи с этим триангуляция подразделяется на классы, отличающиеся точностью измерений и последовательностью их построения. В малых по территории странах триангуляция высшего класса строят в виде сплошных сетей треугольников. В государствах с большой территорией (Россия, Китай, Индия, США, Канада и др.) триангуляцию строят по некоторой схеме и программе.

     Государственная триангуляция делится на 4 класса.

     Государственная триангуляция 1-го класса строится в  виде рядов треугольников со сторонами 20–25 км, расположенных примерно вдоль  меридианов и параллелей и образующих полигоны с периметром 800–1000 км. Углы треугольников в этих рядах измеряют высокоточными теодолитами, с погрешностью не более ± 0,7". В местах пересечения  рядов триангуляции 1-го класса измеряют базисы при помощи мерных проволок, причём погрешность измерения базиса не превышает 1 : 1000000 доли его длины, а выходные стороны базисных сетей  определяются с погрешностью около 1 : 300 000. После изобретения высокоточных электрооптическихдальномеров стали измерять непосредственно базисные стороны с погрешностью не более 1 : 400 000.

     Пространства  внутри полигонов триангуляции 1-го класса покрывают сплошными сетями треугольников 2-го класса со сторонами  около 10–20 км, причём углы в них измеряют с той же точностью, как и в 1-ом классе. В сплошной сети триангуляции 2-го класса внутри полигона 1-го класса измеряется также базисная сторона с указанной выше точностью. На основе рядов и сетей триангуляции 1-го и 2-го классов определяют пункты триангуляции 3-го и 4-го классов, причём их густота зависит от масштаба топографической съёмки. В практике допускается вместо триангуляции применять метод полигонометрии. При этом ставится условие, чтобы при построении опорной геодезической сети тем и др. методом достигалась одинаковая точность определения положения пунктов земной поверхности.

     Вершины треугольников триангуляции. обозначаются на местности деревянными или  металлическими вышками высотой  от 6 до 55 м в зависимости от условий  местности. Пункты триангуляции в целях  долговременной их сохранности на местности  закрепляются закладкой в грунт  особых устройств в виде металлических  труб или бетонных монолитов с  вделанными в них металлическими марками, фиксирующими положение точек, для которых даются координаты в  соответствующих каталогах.

     Координаты  пунктов триангуляции определяют из математической обработки рядов  или сетей. Построение триангуляции и её математическая обработка приводят к созданию на всей территории страны единой системы координат, позволяющей ставить топографо-геодезические работы в разных частях страны одновременно и независимо друг от друга. При этом обеспечивается соединение этих работ в одно целое и создание единой общегосударственной топографической карты страны в установленном масштабе. 

1.2 Трилатерация

  Метод трилатерации применяют для построения инженерно-геодезических сетей 3 и 4 классов, а также сетей сгущения 1 и 2 разрядов различного назначения. Приведем наиболее распространенные требования к сетям (таблица 2)

  Сети  трилатерации, создаваемые для решения  инженерно-геодезических задач, часто  строят в виде свободных сетей, состоящих  из отдельных типовых фигур: геодезических  четырехугольников, центральных систем или их комбинаций с треугольниками.

  Типовой фигурой трилатерации является треугольник  с измеренными сторонами а, b и с (рисунок 2). 

     Для линейно протяженных объектов сеть трилатерации создают из цепочки  треугольников (рисунок 3). Одним из основных недостатков вытянутого ряда цепочки треугольников с измеренными сторонами является то, что в таких сетях поперечный сдвиг ряда т_и существенно превышает продольный m_t.

Еще одним  недостатком трилатерационных сетей  из треугольников является  
 
 
 

отсутствие  полевого контроля качества измерений  для каждой фигуры, так как сумма  вычисленных углов треугольника всегда равна 180° при любых ошибках  измерений длин сторон, даже при  грубых промахах. В связи с этим на практике часто используют сети из геодезических четырехугольников.

Рисунок 3 - сеть трилатерации из цепочки треугольников

  В каждом геодезическом четырехугольнике измерено шесть сторон, причем одна из них (любая) является избыточной и  может быть вычислена, используя  результаты измерений других сторон. Это может служить полевым  контролем качества измерений длин линий. Кроме того, геодезический  четырехугольник является более  жесткой фигурой и ряд, составленный из таких фигур, обладает более высокой  точностью.

  Широкое распространение в практике инженерно-геодезических  работ сети трилатерации получили при  строительстве высокоэтажных зданий, дымовых труб, градирен, атомных  электростанций, а также при монтаже  сложного технологического оборудования. В таких сетях высокую точность измерения длин сторон (до десятых  долей миллиметра) обеспечивают, используя  высокоточные светодальномеры, инварные проволоки, а в некоторых случаях  и жезлы специальной конструкции. Сети трилатерации с короткими сторонами принято называть сетями микротрилатерации. Иногда сети микротрилатерации являются единственно возможным методом создания геодезического обоснования для производства разбивочных работ. 

1.3 Полигонометрия

     Полигонометрия (от греч. polýgonos – многоугольный) – один из методов определения взаимного положения точек земной поверхности для построения опорной геодезической сети служащей основой топографических съёмок, планировки и строительства городов, перенесения проектов инженерных сооружений в натуру и т.п.

     Положения пунктов в принятой системе координат  определяют методом полигонометрии путём измерения на местности  длин линий, последовательно соединяющих  эти пункты и образующих полигонометрический  ход, и горизонтальных углов между  ними. Так, выбрав на местности точки 1, 2, 3, …, n, n + 1 измеряют длины s₁, s₂,..., s_n. линий между ними и углы b₂, b₃,..., b_n между этими линиями (см. рисунок 4). 

     Как правило, начальную точку 1 полигонометрического хода совмещают с опорным пунктом Р_н, который уже имеет известные координаты х_н, у_н и в котором известен также исходный дирекционный угол a_н направления на какую-нибудь смежную точку Р'_н. В начальной точке полигонометрического хода, т. е. в пункте Р_н, измеряют также примычный угол b₁ между первой стороной хода и исходным направлением Р_нР’_н. 

     Для контроля и оценки точности измерений  в полигонометрическом ходе его  конечную точку n + 1 совмещают с опорным же пунктом P_k, координаты x_k, y_k которого известны и в котором известен также дирекционный угол a_k направления на смежную точку P'_k. Это даёт возможность вычислить т. н. угловую и координатные невязки в полигонометрическом ходе, зависящие от погрешностей измерения длин линий и углов и выражающиеся формулами:

f_a = a_n+1 - a_k,

f_x = x_n+1 - x_k,

f_y = y_n+1 - y_k.

     Эти невязки устраняют путём исправления  измеренных углов и длин сторон поправками, которые определяют из уравнивания по методу наименьших квадратов.

     При значительных размерах территории, на которой должна быть создана опорная  геодезическая сеть, прокладываются взаимно пересекающиеся полигонометрические  ходы, образующие полигонометрическую  сеть (рисунок 5).

      Пункты полигонометрии закрепляются на местности закладкой подземных  бетонных монолитов или металлических  труб с якорями и установкой наземных знаков в виде деревянных или металлических пирамид.

     Углы  в полигометрии измеряют теодолитами  и электронными тахеометрами, причём объектами визирования, как правило, служат специальные марки (или отражатели), устанавливаемые на наблюдаемых  пунктах. В случае использования  теодолита длины сторон полигонометрических  ходов и сетей измеряют стальными  или инварными мерными лентами, а также светодальномерами.Результаты измерений длин и углов в полигонометрии путём введения в них соответствующих поправок приводят в ту систему координат, в которой должны быть определены положения полигонометрических пунктов.  
 
 
 
 

     В тех случаях, когда условия местности  неблагоприятны для непосредственного  измерения линий, длины сторон полигонометрических  ходов и сетей определяют косвенно параллактическим методом (т. н. параллактическая полигонометрия.

     В зависимости от условий местности  применяют и другие схемы косвенного измерения сторон полигонометрических  ходов.

     В зависимости от точности и очерёдности  построения ходы и сети полигонометрии делятся на классы, которые должны соответствовать классам триангуляции. Различные классы государственные полигонометрические сети характеризуются следующими показателями точности: