Загальні поняття про державну геодезичну мережу

Військова топографіяСкачать «Військова топографія» бесплатно, а также скачать много других карт можно в нашем архиве карт

Державна геодезична мережа (ДГМ) являє собою сукупність геодезичних пунктів з відомими координатами і висотами, які закріплені на місцевості спеціальними центрами, що забезпечують їхню збереженість і стійкість у плані та за висотою протягом тривалого часу. Ці пункти рівномірно розташовані на території України і визначені в єдиній системі координат.

ДГМ України є геодезичною основою для топографічних знімань всіх масштабів і повинна задовольняти вимоги народного господарства, безпеки та оборони країни. Вона є носієм геодезичної системи координат та висот України і задає на всю територію країни референцну систему координат 1942 р. (СК-42) та Балтійську систему висот 1977 р.

Важливим є те, що сучасна ДГМ України поширює з необхідною точністю і щільністю пунктів загальноземну систему координат; вона є великим надбанням України, як суверенної держави.

Складовими частинами ДГМ є планова і висотна геодезичні мережі, пункти яких суміщені або мають між собою надійний геодезичний зв’язок.

Необхідно відзначити, що сучасна ДГМ бере свій початок від часів царської Росії і дісталась Україні у спадок від колишнього СРСР, яка була побудована відповідно до вимог того часу і включає до себе: ряди тріангуляції 1 класу; заповнюючі мережі тріангуляції і полігонометрії 1 та 2 класів; геодезичні мережі згущення 3 і 4 класів; нівелірні мережі I, II, III, IV класів (рис.3.5). Вона складається з 19 538 пунктів, з яких 519 пунктів 1 класу, 5 386 пунктів 2 класу і 13 633 пункти 3 і 4 класів, а також містить 90 геодезичних азимутів, визначених з астрономічних спостережень, 49 базисів та базисних сторін ( 10 сторін 1 класу, 39 2 класу).

Державна геодезична мережа3.5. Державна геодезична мережа

Планова ДГМ була побудована астрономічними та геодезичними методами. Астрономічний метод полягає у визначенні планового положення пунктів мережі за астрономічними спостереженнями, а геодезичний – у визначенні планового положення пунктів геодезичними вимірюваннями на місцевості (але при цьому координати декількох пунктів, які називають „пунктами Лапласа”, визначені за допомогою астрономічних спостережень). ДГМ була побудована методами тріангуляції, полігонометрії та трилатерації.

Метод тріангуляції полягає у визначенні координат пунктів побудовою на місцевості системи суміжних трикутників, у яких визначають всі кути і деякі із сторін. Вершинами трикутників є геодезичні пункти.

Метод полігонометрії полягає у визначенні на місцевості відстаней і кутів між пунктами ходу, тобто у вимірюванні довжин ліній, які послідовно з’єднують геодезичні пункти, а також горизонтальних кутів між ними.

Метод трилатерації полягає у побудові геодезичної мережі системи трикутників, у яких виміряні всі сторони, за якими визначають координати вершин.

ДГМ 1-го класу є вихідною основою (каркасом) для створення мереж нижчих класів і має вигляд системи (рядів) приблизно рівносторонніх трикутників або полігонометричних ходів. Ряди і ходи розташовані, як правило, у напрямках меридіанів і паралелей через 200-250 км, являючи собою замкнені полігони периметром 800-1000 км. За пункти геодезичної мережі 1-го класу прийняті існуючі пункти ДГМ, щільність яких складає один пункт на 700-800 км2.

Сучасна ДГМ України постійно розвивається та удосконалюється. Так, починаючи з 2002 р. в Україні розпочаті наукові дослідження з вибору оптимального шляху побудови державної геодезичної системи відліку для впровадження референцної системи координат, для чого було проведено моделювання параметрів геодезичної референцної системи координат. Тому Кабінетом Міністрів України у 2003 р. була затверджена Програма по створенню державної геодезичної системи відліку, забезпеченню функціонування та розвитку ДГМ, за якою з 1 січня 2007 р. запроваджена Державна геодезична референцна система координат – УСК-2000.

На даний час в Україні для обчислення координат пунктів ДГМ використовується референцна система координат 1942 року (СК-42), яка була прийнята 7 квітня 1946р., а з 2007р. і Державна геодезична референцна система координат УСК-2000. Таким чином, положення пунктів ДГМ визначається в двох системах координат – загальноземній та референцній.

За загальноземну систему координат прийнята геодезична референцна система 1980 року (GRS 1980) з основними параметрами еліпсоїда:

  • велика піввісь еліпсоїда а  = 6 378 136 м;
  • стиснення еліпсоїда a = 1:298,257.

Система координат 1942 року має такі вихідні дані:

  • еліпсоїд Красовського – велика піввісь а = 6 378 245 м;
  • стиснення еліпсоїда a = 1:298,3;
  • висота геоїда в Пулково над референц-еліпсоїдом дорівнює нулю;
  • геодезичні координати Пулковської обсерваторії (центр сигналу А): широта – 59°46'15,359''; довгота від Гринвіча – 30°19'28,318''; геодезичний азимут з Пулково на пункт Бугри – 121°06'42,305''.

Між обома системами встановлений однозначний зв’язок, який визначається параметрами взаємного переходу, тобто елементами орієнтування. Положення пунктів в прийнятих системах координат визначається наступними координатами:

  • просторовими прямокутними координатами X, Y, Z (вісь Х лежить в площині Гринвіцького меридіану, вісь Y – у площині екватора і спрямована праворуч від площини нульового меридіана, а напрямок осі Z збігається з віссю обертання відлікового еліпсоїда; початком системи координат є геометричний центр еліпсоїда);
  • геодезичними (еліпсоїдальними) координатами: широтою В, довготою L і висотою Н;
  • плоскими прямокутними координатами x та y, які обчислюються у рівнокутній поперечно-циліндричній проекції Гаусса.

Геодезична висота Н утворюється як сума нормальної висоти та висоти квазігеоїда над еліпсоїдом Красовського. Нормальні висоти геодезичних пунктів визначаються в Балтійській системі висот 1977 року, вихідним пунктом якої є нуль Кронштадтського футштоку, а висоти квазігеоїда обчислюються над еліпсоїдом Красовського. Геодезичні висоти пунктів ДГМ визначають або безпосередньо, або обчислюються як сума нормальної висоти і висоти квазігеоїда над відліковим еліпсоїдом.

Астрономічні широти і довготи, які визначаються на пунктах астрономо-геодезичної мережі 1-го класу, обчислюються в екваторіальній астрономічній системі координат, що відповідає фундаментальному зоряному каталогу на епоху загального врівноваження ДГМ і приводяться до Міжнародного умовного початку та системи астрономічних довгот Міжнародного Бюро Часу. До цих самих систем координат приводяться спостереження штучних супутників Землі та інших космічних об’єктів.

Для побудови сучасної ДГМ використовується атомний час, який задається шкалою державного еталону часу і частоти (з урахуванням поправок за перехід до системи міжнародного координованого часу).

Починаючи з 2004р. визначення нових пунктів ДГМ та удосконалення пунктів побудованої раніше геодезичної мережі проводиться за допомогою високоточних супутникових геодезичних спостережень із використанням двохчастотних GPS-приймачів у комплекті з геодезичними GPS-антенами. Завдяки цьому ДГМ 1-го класу має такі характеристики:

  • середньоквадратична похибка визначення пунктів не перевищує 0,03 м;
  • середньоквадратична похибка взаємного положення пунктів мережі складає від ± 0,01 до ±0,02 м;
  • середньоквадратична похибка узгодження із загальноземною системою ITRF2000 на епоху 2005р. складає від ±0,01 до ±0,02 м.

Державна планова геодезична мережа на сьогоднішній день складається з астрономо-геодезичної мережі 1-го класу, геодезичної мережі 2-го класу, геодезичної мережі згущення 3-го класу та геодезичних мереж спеціального призначення.

Астрономо-геодезична мережа 1 класу (АГМ-1) будується у вигляді однорідної за точністю просторової геодезичної мережі, яка складається з системи рівномірно розміщених геодезичних пунктів, віддалених один від одного на 50-150 км.

АГМ-1 є геодезичною основою для побудови нових геодезичних мереж і забезпечення подальшого підвищення точності існуючої ДГМ з використанням методів супутникової геодезії.

Частина пунктів АГМ-1 являє собою постійно діючі станції GPS-спостереження та астрономо-геодезичні обсерваторії, на яких виконується комплекс супутникових, астрономо-геодезичних, гравіметричних та геофізичних спостережень, що забезпечують безперервне відтворення загальноземної геодезичної системи координат на єдину епоху з урахуванням припливних та інших рухів земної кори.

Решта пунктів АГМ-1 – це фундаментально закріплені на місцевості пункти, положення яких періодично визначається в рамках довгострокової програми функціонування ДГМ.

Система координат, яка задається пунктами АГМ-1, узгоджується з фундаментальними астрономічними (небесними) системами координат і надійно пов’язана з аналогічними пунктами інших держав світу у рамках міжнародного співробітництва.

Просторове положення пунктів АГМ-1 визначається методами супутникової геодезії у загальноземній системі координат; кожен із цих пунктів зв’язаний GPS-вимірюваннями не менше як із трьома суміжними пунктами мережі.

Пункти АГМ-1 вставлені в мережу високоточного нівелювання, що дозволяє визначати перевищення нормальних (абсолютних) висот між суміжними пунктами АГМ-1 із середньоквадратичними похибками не більше 0,05 м. На кожному пункті АГМ-1 виконують і періодично визначають відхилення вискових ліній із середньоквадратичною похибкою 0,5''.

Геодезична мережа 2 класу має вигляд однорідної за точністю просторової геодезичної мережі, яка складається з рівномірно розміщених геодезичних пунктів існуючої геодезичної мережі 1-го та 2-го класів; вона є вихідною геодезичною основою для побудови геодезичної мережі згущення 3-го класу та спеціальних геодезичних мереж.

Нові пункти геодезичної мережі 2-го класу розміщують на відстані      8-12км один від одного (на території великих населених пунктів і промислових об’єктів – 5-8 км), які визначають із середньоквадратичними похибками 0,03-0,05 м при середній довжині сторін 10 км.

На нових пунктах геодезичної мережі 2-го класу встановлюються по два орієнтирні пункти з підземними центрами на відстані 500-1000 м із забезпеченням видимості між пунктом мережі та орієнтирним пунктом. Загальна середньоквадратична похибка визначення відстані між орієнтирним пунктом і пунктом мережі не більше 0,05 м, а визначення дирекційних напрямків на орієнтирні пункти не перевищує 5''.

Геодезична мережа згущення 3 класу будується на основі ДГМ з метою збільшення кількості пунктів зі щільністю, яка забезпечує створення знімальної основи великомасштабних топографічних та кадастрових знімань і використовується в якості основи для топогеодезичної прив’язки стартових та вогневих позицій ракетних військ і артилерії, радіотехнічних засобів та інших сучасних бойових систем, а також для інженерно-геодезичних робіт при будівництві промислових і військових об’єктів оборонного призначення.

Нові пункти геодезичної мережі згущення 3-го класу визначаються тими ж методами, що і пункти геодезичної мережі 2-го класу, при цьому середньоквадратична похибка визначення взаємного положення пунктів у плані не перевищує 0,05 м. Вихідними пунктами для побудови геодезичної мережі згущення 3-го класу є пункти астрономо-геодезичної мережі 1-го класу і геодезичної мережі 2-го класу.

До геодезичних мереж спеціального призначення належать просторові геодезичні мережі на геодинамічних полігонах (для вивчення сучасних рухів земної кори) та спеціальні геодезичні мережі, які призначені для топогеодезичної прив’язки стартових та вогневих позицій ракетних військ і артилерії, радіотехнічних засобів й інших бойових систем, а також для інженерно-геодезичних робіт при будівництві об’єктів оборонного призначення. Геодезичні мережі такого класу будуються відносними методами супутникової геодезії, а також методами тріангуляції, трилатерації та полігонометрії.

Завершальним етапом створення планової геодезичної мережі є оформлення каталогів координат геодезичних пунктів, які виготовляють у вигляді брошури за аркушами карти масштабу 1:200 000. Кожному каталогу надається номенклатура і назва аркуша карти, на яку він створений. В каталогах вказуються місцезнаходження кожного пункту мережі та її клас, тип і рік встановлення знаку, його координати, абсолютна висота і дирекційні кути сторін мережі.

Державна висотна геодезична мережа поділяється на висотну нівелірну мережу І, ІІ, ІІІ і ІV класів, при чому мережі І і ІІ класів складають єдину головну систему висот на всій території України, а також слугують для вирішення наукових завдань, а нівелірні мережі ІІІ і ІV класів створюються з метою згущення висотної основи для забезпечення топографічних знімань усіх масштабів і розвиваються на базі пунктів вищих класів. Висотна геодезична мережа згущення сполучена із пунктами вищих класів.

Нівелювання І класу виконується з найвищою точністю, яка досягається завдяки використанню найсучасніших приладів та методик спостережень і здійснюється повторно за тими ж лініями не менше, як через 25 років, а в сейсмоактивних районах – через кожні 15 років. Нівелірна мережа ІІ класу створюється в середині полігонів І класу окремими лініями, утворюючи полігони периметром 400 кілометрів.

Лінії нівелювання І і ІІ класів прокладаються переважно вздовж залізниць та автомобільних шляхів, а в разі необхідності – вздовж великих річок та інших об’єктів зі сприятливими ґрунтовими умовами і найменш складним рельєфом місцевості. Лінії нівелювання ІІІ класу прокладаються в середині полігонів ІІ класу так, щоб утворювались полігони з периметром  60-150 кілометрів.

Нівелірні мережі всіх класів закріплюються на місцевості нівелірними знаками, які бувають декількох типів: ґрунтовий репер, стінний репер або стінна марка. Висотні пункти, як і планові, також заносять у каталог.

Для забезпечення взаємної видимості між суміжними геодезичними пунктами під час геодезичних вимірювань на місцевості встановлюються геодезичні знаки, які закріплюються центрами. На відстані 500-1000м від центру встановлюються по два орієнтирні пункти, які видно з поверхні землі.

Центр геодезичного пункту виготовляється із залізобетонного пілона (труби), який скріплений з бетонним якорем цементним розчином. До верхньої частини пілона, який встановлюється на рівні землі, прикріплюють металеву марку, яка є точкою для визначення координат пункту.

Для позначення геодезичних пунктів на місцевості, а також забезпечення видимості між ними встановлюються геодезичні знаки, зазвичай, у вигляді пірамід (рис.3.6а), які можуть бути дерев’яними або металевими.

Піраміди встановлюють на відкритій місцевості при наявності видимості суміжних пунктів геодезичної мережі з поверхні землі. Вони бувають найчастіше трьохгранні, але можуть бути і чотирьохгранні, зі штативом і без штатива; їх висота складає 5-10 м.

На місцевості зі складними умовами спостереження з одного пункту на інший, наприклад, у лісі, або в населених пунктах будують сигнали (рис.3.6б), які являють собою дві піраміди – внутрішньої трьохгранної, на якій споруджено стіл для встановлення приладів і зовнішньої – з місцем для спостереження, вершина якої має візирний циліндр для спостереження з інших пунктів. Збереження геодезичних пунктів у землі та споруд над ними покладається на місцеві органи державної влади.

В гірській місцевості на скелястих вершинах встановлюються тури (рис.3.6в), які виготовляють, як правило, із каменя і являють собою споруду у вигляді стовпа, який встановлюється над маркою, закладеною у ґрунті (скелі).

 Геодезичні знаки3.6. Геодезичні знаки: а – піраміда; б – сигнал; в – тур