Геодезический метод определения координат кратко

Обновлено: 04.05.2024

Тема геодезии и выполнения геодезических работ достаточна популярна в современное время. Нам поступает много вопросов по поводу того как именно происходит геодезическая съемка и с помощью какого оборудования.

В данной статье, мы попробуем раскрыть основные понятия, связанные с проведением геодезических работ.

1. Что такое геодезия? Основные понятия и задачи.

Геодезия – наука об измерении земли. Данные, полученные при геодезических и топографических исследованиях используют для создания точных карт и планов, при проектировании строительства промышленных и гражданских объектов недвижимости, для создания навигационных систем и во многих других сферах.

Благодаря возможностям геодезии можно точно измерить расстояние между зданиями, определить, где проходят границы населенных пунктов, муниципальных образований, административных границ между районами и областями, государственных границ между странами.

Специалист, выполняющие такие работы - геодезист. Он выполняет топографо-геодезические, изыскательские, разбивочные, проектировочные работы. На данный момент, это профессия является одной из самых востребованных в России.

Основная задача геодезиста: вычисление координат характерных точек местности. Специалист в этой области производит геодезическую или топографическую съемку, в зависимости от поставленной задачи. После этого производит обработку результатов измерений, анализирует полученные данные и составляет топографический план или карту.

2. Виды съемки или зачем нужны геодезисты?

Итак, поговори поподробнее о том, какие же работы включает в себя геодезия?

Разбивочные работы. Данный вид работ проводится с целью выноса проектных точек границ участка в натуру. Иными словами, если известен кадастровый номер земельного участка, в Едином государственном реестре недвижимости (далее – ЕГРН) внесены координаты его границ, а на местности нет никаких ограждений, вынос границ в натуру позволит определить, где проходит реальная граница земельного участка.

Непосредственной основой служит внутренняя сеть, которая создается на каждом новом горизонте. Пункты сети закрепляются различными знаками окраской с метками на ровной плоскости, дюбелями в бетонной поверхности или кернением центров (перекрестий) на металлических закладных.

Исполнительная съемка. По мере строительства зданий, чтобы обеспечить их высотное и плановое положение относительно установленных конструкций, производят геодезические работы, называемые исполнительной съемкой. В этом задействуются те части и элементы здания, от расположения которых во многом зависит устойчивость и прочность всего здания. Точность в данном случае должна соответствовать точности предыдущих разбивочных работ.

Цель исполнительной съемки - определить точность вынесения проекта в натуру и выявить все отклонения от проекта, допущенные в процессе строительства. Это достигается путем определения фактических координат характерных точек построенных зданий и сооружений.

Именно исполнительная съемка позволяет проверить точность совпадения с проектом, именно она подтверждает соответствие возведенного здания или сооружения строительным нормам и правилам (СНиП) и только по результатам исполнительной съемки можно действительно определить качество проведенного строительства. Безусловно, исполнительная съемка проводится в период завершения строительства, т.е. до сдачи объекта в эксплуатацию.

Исполнительная съемка позволяет проконтролировать результаты строительства и выявить все отклонения от проекта. Для этого, одновременно со съемкой, экспертом-геодезистом ведется журнал отступлений от заданного проекта, в котором отмечаются отклонения возведенного здания или сооружения от проекта.

Документальный материал, получаемый в процессе геодезических работ, используется при проектировании фасадов и остекления зданий, контроле точности, подсчетах объемов выполненных строительных работ. Исполнительные схемы составляются на основании требований действующих нормативных документов, а также с учетом требований органов государственного надзора, авторского надзора проектной организации, а также технадзора заказчика. Правила оформления исполнительных чертежей отражены в ГOСТ и СНиП.

Инженерно-геодезические изыскания – вид геодезических работ, в ходе которых проводятся съемка и изучение рельефа на необходимой территории, объектов существующей застройки, дорожного строительства и других элементов планировки. Основной целью изысканий является получение материалов топографических съемок.
Топографо-геодезические работы. Производится съемка различных масштабов, обновление и создание топографических карт, фотосъемка, планировка надземных и подземных сооружений.

Топографическая съемка (топосъемка) - это комплекс геодезических работ, которые выполняются на местности, цель которых - составление карт и планов. Различают топосъемки для составления топографических карт и планов крупных масштабов (1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000) и съемки для мелких масштабов (1:10 000, 1:25 000 и мельче).

Топографическая съемка земельного участка – совокупность геодезических работ по определению границ и высот земельного участка, а также всех подземных и наземных коммуникаций и объектов в пределах данного земельного участка. Местоположение границ земельного участка, и коммуникаций устанавливается посредством определения координат и высот характерных точек границ специальным оборудованием: GPS-приемниками и тахеометром, трассоискателем.

Целью топографической съёмки земельного участка – является создание топографических карт или планов местности различных масштабов, с подробным указанием располагающихся на них объектов и коммуникаций в зависимости от технического задания. На топографической карте с помощью условных знаков отображается: рельеф местности, растительность, границы зданий и сооружений, подземные и надземные коммуникации.

Кадастровые геодезические работы, геодезические работы, куда входит составление кадастрового плана территории, определение площади участка, межевание земли, определение границ и вынос в натуру. Местоположение границ земельного участка устанавливается инженером-геодезистом посредством определения координат характерных точек таких границ специальным оборудованием: GPS-приемниками и тахеометром.

Цель кадастровой съемки земельного участка – внесение в ЕГРН сведений о земельном участке и его характеристиках. На основании результатов кадастровой съемки (векторных данных) подготавливается межевой план, который необходимо подать в органы кадастрового учета.

Топографическая съемка с воздуха. Современные методы геодезии и развитие технологий, позволили упростить процедуру топографической съемки. Сегодня на помощь геодезистам пришли квадрокопторы.

Топосъемка с квадрокоптера востребована, в первую очередь, для создания 3D модели местности, ортофотопланов и матрицы высот.

Аэросъемка – самый эффективный, быстрый и недорогой метод, при использовании именно квадрокоптера. При этом, изображение, получаемое с дрона, намного качественнее, чем аналогичное – со спутника.

Однако, к технике применяются особые требования, ведь неизменным в геодезии остается только необходимость максимальной точности.

1. Квадрокоптер должен проводить длительный полет без подзарядки, поэтому особые требования предъявляются к аккамулятору.
2. Камера должна быть с максимальным разрешением, для обеспечения уровня качества снимков.
3. Квадрокоптер должен обладать достаточной мощностью приема-передачи сигнала. Это необходимо, чтобы дрон смог подняться на необходимую для съемки высоту.

При помощи аэросъемки квадрокоптером можно получить: видео-записи и снимки местности, а также:
• ортофотоплан;
• 3D-модель;
• топоплан.

Оборудование геодезиста.

Перед геодезистом стоит непростая задача: определить местоположение участка, измерить расстояние, возможно, высоту и угол наклона, например, холма.

Отдельно затронем лучшее профессиональное оборудование, которое используют специалисты, чтобы сделать свою работу максимально эффективно.

1) Тахеометр – это универсальный прибор для проведения геодезических работ. Он электронно-оптический. Измеряет длину, разницу высот и горизонтальные углы.

2) Нивелир - более простой прибор. Им можно лишь контролировать высоту, уровень и вертикальность поверхностей, то есть превышения между объектами. Бывают нивелиры электронные, оптические, лазерные, с автоустановкой и прочие.

4) Штатив. Основная задача геодезического штатива - фиксация прибора, который на него устанавливается. От обычных штативов, используемых для фото и видеосъемки, штатив кадастрового инженера отличается тем, что более массивен и обладает высокой прочностью. При эксплуатации на штатив сначала ставится трегер- специальное устройство для центрирования над определенной точкой при необходимости и горизонтирования прибора. И уже на него крепется прибор-тахеометр.

5) Вешка. Выглядит как круглая палка. Вешки могут быть от 1.8 м. до 6 м. в длину. Наверху может находиться как отражатель, так и GPS приемник. Отражатель может быть разной формы и конструкции. Главная его задача- отражать сигнал, посланный дальномером. Его особенностью является то, что луч/сигнал, приходящий с прибора-измерителя отражается точно обратно.
В конечном итоге, там где находится отражатель или приемник на геодезической вешке происходит определение местоположения измеряемой точки.

6) Лазерная рулетка. Лазерная рулетка заменила стальную, исключив человеческий фактор и ошибки в замерах расстояний свыше 50 м (длиннее металлической рулетки просто нет). Теперь лазерная рулетка является необходимым инструментом для проведения замеров внутри помещения. Незаменима при проведении технической инвентаризации зданий.

7) Трубо-кабелеискатель. Часто возникают ситуации, когда инженеру-геодезисту необходимо определить где на данном участке находятся подземные коммуникации.

Часть коммуникаций обычно находится на поверхности и называется видимой частью. Именно сюда устанавливается генератор вибраций. Геодезист проходит над предполагаемым местом расположения подземных коммуникаций с приемником. При помощи него, геодезист фиксирует поворотные точки коммуникаций и наносит на топографический план. Глубину залегания коммуникации при помощи такого метода можно определить с точностью до 0,05 м.

3. Как проходит геодезическая съемка?

Геодезист получает техническое задание, в котором, помимо деталей поставленной задачи, указан кадастровый номер участка и его возможные координаты. После этого, он выезжает на местность, имея при себе необходимое оборудование.

Это метод, при котором, плановые координаты и высоты точек местности определяются с помощью спутниковой системы навигации, посредством получения поправок с базовой станции.

Чтобы правильно определить координаты установленной базы, используется не менее трех пунктов сети, расположенных друг от друга на расстоянии примерно 30 км. Количество пунктов закреплено на законодательном уровне.

Данные полученные с трех пунктов, заносятся в компьютер, который, после обработки, выдаст точные координаты расположения базовой станции, которая, в свою очередь, связывается со спутниками для определения точных координат. Полученный прибором спутниковый сигнал обрабатывается программным обеспечением, после чего на базовую станцию передается дифференциальная поправка, уточняющая спутниковый сигнал.

Вторым необходимым прибором при такой съемке является ровер – передвижной приемник GPS. Он используется для определения координат с точностью до 1 см. на расстояниях до 30 км от базового приёмника.

Приемник также связывается со спутником и, параллельно, с базовой станцией, посредством сотовой связи. Благодаря такому методу видно погрешность, которая будет учитываться при дальнейшем использовании полученных данных.

Отсняв все необходимые точки на местности, их координаты фиксируются в специальном журнале. Помимо этого, геодезист готовит абрис на местности – это схематически составленный чертеж, который отображает объекты, необходимые для составления топографического плана.

Результаты работ передаются кадастровому инженеру, который, в зависимости от поставленной задачи подготовит межевой план и карта(план) территории.

4. Государственная геодезическая сеть.

Для облегчения выполнения геодезических и картографических работ на территории России была создана государственная геодезическая сеть.

Рассмотрим подробнее, что же она собой представляет? Это сеть специально обозначенных точек земной поверхности, для каждой из которых определены координаты.
Сеть формировалась таким образом, чтобы точки внутри нее были расположены в виде геометрических фигур – чаще всего треугольников. Но также встречаются образуемые точками четырёхугольники и ломанные линии. Расстояние между ними всегда можно измерить и/или вычислить.

Каждая такая точка на местности – это геодезический пункт. На местности он закреплен путём возведения специального сооружения.

Существует три группы пунктов:
1) Плановые (определены координаты в плоскости);
2) Высотные (указана высота над уровнем моря);
3) Планово-высотные.

Геодезический знак — наземное сооружение, которое расположено на геодезическом пункте. Как правило, он нужен для установки геодезического прибора. Иногда на нем расположена площадка для работы специалиста.

Геодезический знак может быть деревянным, каменным, железобетонным или металлическим.

Лица, выполняющие геодезические и картографические работы, в ходе которых выявляются случаи повреждения или уничтожения пунктов государственной геодезической сети обязаны уведомлять федеральный орган исполнительной власти, уполномоченный на оказание государственных услуг в сфере геодезии и картографии, обо всех таких случаях, в Оренбургской области – это Территориальное Управлении Росреестра.

Сведения о пунктах ГГС возможно получить на сайте Росреестра. В электронной системе поиска материалов федерального фонда пространственных данных.

5. Точность измерений

Каждый геодезический инструмент будь то тахеометр или нивелир имеет свои характеристики, которые обеспечивают определенную точность измерений. Определенная погрешность возникает не только в зависимости от используемого оборудования и мастерства геодезиста, но и от погрешности, с которым установлен пункт ГГС.

Точность показывают программы, которые поставляются с GPS оборудованием. Геодезисты видят координаты, которые получили от каждого пункта и погрешность по каждому из них.

1. Средние погрешности в плановом положении изображений предметов и контуров с четкими очертаниями не должны превышать 0.25 м.
2. Средние погрешности в плановом положении скрытых точек подземных сооружений, определенных с помощью трубокабелеискателей не должны превышать 0.35 м.
3. Средние погрешности в высотном положении предметов не должны превышать 0.2 м.

Существуют следующие категории земель:
1. Земли городов и поселков- 0.1 м.
2. Земли сельских населенных пунктов; земли пригородной зоны-0.2 м.
3. Земли сельскохозяйственного назначения: земли особо охраняемых территорий и другие земли землевладений и землепользований-2.5 м.
4. Земли лесного фонда, земли водного фонда, земли запаса и другие земли-2.5 м.

Часто можно услышать о том, что на точность результатов геодезической съемки негативно влияют:
-плохие погодные условия (осадки, ветер, туман)
-наличие технических средств, порождающих вибрации (соседство с железными дорогами, метро, гидроэлектростанциями и др.)
-зимнее время, когда температура держится около нуля градусов.

Мир заключает в себе немалое количество естественных и математических наук. Для таких наук, учёными создана система обозначения местоположения. Другими словами, точным наукам просто жизненно необходимы обозначения, которые могли бы понимать все люди, а не только учёные, занимающиеся развитием науки.

Имеются координаты обозначающие точки на плоскости и в воздухе. Геодезические координаты важны при проведении расчётов и вычислений, связанных с землепользованием. Как правило, их проводят узкоспециализированные сотрудники кадастра.

Координата

Координатой называется точка, обозначающая территориальное нахождение кого-либо или чего-либо в пространстве. Современная наука использует буквенные и цифровые обозначения для иллюстрирования объекта на плоскости.

Поскольку система обозначения используется в большинстве точных наук, соответственно значения в различных науках остаются неизменными для удобства понимания. Система обозначения была придумана учёными деятелями для решения большинства практических и теоретических задач.

Система координат создана уже давно, сотни лет назад. Но современный, научный вид приобрела лишь недавно. Как говорилось ранее, система координат используется большинством современных наук. Однако в геодезии координаты занимают почти главенствующую роль. Это происходит потому, что вся работа геодезиста начинается с обозначения местоположений группой координат.

Расположение используются в:

Математике, геометрии (для построения графиков и функций).
Артиллерии.
Картографии (для обозначения объектов на карте).
Космонавтике.
Воздухоплавании.
Судоходстве, а также абстрактных и точных науках.

Таким образом, наглядно можно убедиться в том, что специфика применения обозначения координат многообразна.

Определение координат, как правило, осуществляется лишь на двух осях пространства. Способность определять максимально точное местонахождение объекта требует включения третьей оси – высот. Объект определяется не в плоскости, а в пространстве.

Местоположение в геодезии

Геодезический метод определения координат заключается в обозначении точек на поверхности планеты Земля. Каждая точка обладает тремя значения, расчёты каждого значения производятся в индивидуальном порядке.

Геодезические системы координат имеют следующие пространственные факторы, которые влияют на работу геодезиста:

географические;
полярные;
прямоугольные;
Гусса-Крюгера.

Геодезист в процессе работы обязан использовать данные, полагаясь на все тонкости этих факторов. Каждый из этих факторов имеет свои уникальные формулы вычисления, которые помогают определить точное местонахождение объекта в пространстве.

Если работники пренебрегут этими факторами, полученные данные будут являться неверными.

Геодезические обозначения

Земной эллипсоид — это фигура для подсчёта геодезических координат. Фигура представляет точную модель планеты Земля.

Необходимость использования земного эллипсоида заключается в том, что общеизвестная фигура земного шара является математически неверной. Земля имеет форму не шара, а эллипсоида. Если бы учёные проводили свои исследования, руководствуясь тем, что формой земли является шар, все методы исследования планеты и космоса были бы в корне неверными.

Учёные определяют геодезические месторасположения, учитывая следующие критерии:

Как правило, используются все три величины.

Может возникнуть вопрос: для чего необходимы три величины. Измерение положения объекта в пространстве осуществляется благодаря подсчётам совокупности широты, долготы и высоты. Эти показатели указывают точное местонахождение точки.

Координаты в географии

Для продуктивной работы над тяжёлыми геодезическими задачами следует различать геодезические и географические координаты.

использование различных геометрических форм, применяемых в качестве идеальной формы Земли;
разное понимание высоты, долготы и широты.

Но, несмотря на различия, эти науки – геодезия и география – априори не могут существовать вне друг друга.

Первым фактическим различием научных сфер является то, что геодезия в исследованиях использует фигуру эллипсоид, а география – геоид. Это геометрическая фигура также является математически несовершенной, но визуально данная фигура больше схожа с планетой.

Геодезия и география имеют различительные понятия о широте, высоте и долготе. Из-за этого и появляется необходимость в разграничении координат среди данных наук. Изучения различий высоты, широты и долготы является весьма сложным математическим процессом. Однако различия можно описать в общих чертах.

Относительно понятия долготы науки никаких различий не имеют. Геодезическая широта рассчитывается от плоскости экватора до необходимой точки. Географическая широта определяется немного по-другому. Начало измеряется также от плоскости экватора, а концом является поверхность геоида.

Высота в геодезии определяется от уровня моря (в состоянии спокойствия), до необходимой точки. В географии высота рассчитывается от уровня сглаженной поверхности геоида, до необходимой точки.

Полярное месторасположение

Полярное местоположение необходимо для определения точки на маленьких территориях. Измерения полярной группы координат совсем неприспособленно для нахождения точки в больших территориальных масштабах.

Для измерения полярной системой координат необходимо учитывать два фактора:

Угол рассчитывается от северного направления меридианы до необходимой точки. Таким образом можно определить пространственное нахождение объекта, но для точных данных этого недостаточно. Далее следует выявить расстояние до объекта.

Расстояние вычисляется при помощи рулетки или сопоставления расстояния по карте. Из-за того, что расстояние в большинстве случаев определяется при помощи рулетки или других подручных средств, данный метод измерения не подходит для выявления точки на больших территориях.

Если применить полярную группу местоположения на территории, превышающей несколько десятков километров, полученные данные будут недостоверными в должной степени. Следовательно, вся проделанная работа будет являться попросту бесполезной.

Применение координат

Для нахождения точки в пространстве проделывается немалая описательная и вычислительная работа. Составляется специализированный план работы.

Имеется существенное количество классификаций научных систем координат. Рабочие решают, какую из систем координат стоит применить, исходя из поставленной задачи.

С работой маленьких масштабов отлично справляются следующие системы:

полярные системы;
прямоугольные системы координат.

Указанные системы удобны в использовании, но для решения задач в глобальных масштабах подойдут системы, позволяющие охватить все границы планеты.

Алгоритм положения применяется во многих науках, таких как: геодезия, география, математика, геометрия, баллистика (изучение полёта пули из огнестрельного оружия) и так далее. Естественным и математическим наукам необходимы алгоритмы, позволяющие выявить нахождение объекта в пространстве.

Работнику, проводящему замеры и выявляющему местоположения необходимых точек, требуется определиться с используемой системой координат.

Для выполнения геодезических измерений, причем довольно-таки разнообразных, необходим целый набор составляющих факторов. Помимо объекта съемки и наличия геодезического оборудования, необходим квалифицированный персонал с соответствующими теоретическими знаниями и практическими навыками использования технологий геодезических определений. То есть нужно знать, образно говоря рецепт приготовления продукта. Так вот совокупность выполнения правил, операций (приемов) в определенной последовательности при геодезических замерах с учетом физических и математических принципов считается методом геодезических измерений. Они бывают не зависимо от области применения двух типов:

Первый вариант (прямой) означает применение прямого контакта с геодезическими мерными приборами и получение непосредственно (визуально) значений измеренных величин по конструктивно предусмотренным отсчетным устройствам, шкалам.

Во втором (косвенном) используют непосредственно измеренные величины для получения через функциональные зависимости значений искомых величин.

Помимо этого можно выделить методы связанные по назначению измеряемых величин:

линейные;
угловые;
высотные (нивелирные);
координатные (тахеометрические).

Линейные методы

Их суть заключается в определении расстояний между точками в конкретной последовательности с помощью специальных приборов и инструментов. В линейных средствах замеров можно выделить несколько от самых простых с применением мерных рулеток до высокоточных определений длин сторон с помощью современных свето-дальномеров.

Рулеточный замер. Он сводится к установлению значений длин линий от исходного пункта, имеющего известное местоположение, до искомого или створа (например, линии очистного забоя) с помощью металлических рулеток. Здесь следует сделать отступление, что любой метод геодезических измерений для его применения должен удовлетворять требованиям необходимой точности. В измерениях рулетками длин сторон в определенных условиях используются динамометры с величинами постоянного натяжения рулетки при непосредственном снятии отсчетов на ее шкале. Длины линий находятся два раза со смещением начального отсчета или другими словами используется метод двойных измерений. Существует возможность использования и метода реитераций, который заключается в многократных замерах искомых величин с дальнейшим определением средних их значений.

Измерение мерной лентой. Эта схема похожа на рулеточный замер. Различие в том, что в мерный комплект входят шпильки и ленты, которые бывают без шкал, а также при значительных расстояниях в нем используются дополнительные вехи для установления створа линии.

Еще одним способом линейных промеров является высокоточное измерение сторон базисным прибором. Он похож на измерения мерной лентой, но с разницей в длинах промеров (24м) и использованием в нем инварной проволоки и штативов. Применялся этот прибор для установления базисных сторон в геодезических сетях 1 и 2 классов.

Измерение расстояний на принципах оптического дальномера. Суть его заключается в нахождении с помощью нитяных дальномерных линий (с постоянным коэффициентом К=100) длины между точками стояния (инструмента) и визирования (на рейку) по количеству сантиметровых делений между нижней и верхней нитями дальномера.

Наиболее точным и доступным способом определений расстояний в настоящее время можно считать измерения свето-дальномером, основанных на импульсном или фазовом (более точном) принципах.

Угловые методы

Сущность их заключается в наборе выполнения определенных действий и операций при измерениях горизонтальных углов между направлениями с помощью геодезических приборов (теодолитов, тахеометров). К ним относятся определения углов:

во всех комбинациях;
приемами;
круговыми приемами;
повторениями.

Определения углов во всех комбинациях заключается в нахождении углов не только между смежными направлениями, но и в сочетании наблюдений между всеми направлениями.

Способ приемов. Суть его состоит в определении одиночного горизонтального угла дважды в положении трубы при круге лева (КЛ) и круге права (КП). При втором полу-приеме лимб смещается, и все операции повторяются.

Способ круговых приемов сводится к последовательному определению всех углов по часовой стрелке в положении круга лева. Затем при втором полу-приёме, измерения выполняют в обратном направлении, с завершающим снятием отсчета на первую начальную точку. Все серии производят в несколько приемов для повышения точности.

Способ повторений. Его сущность заключается в n-кратном определении горизонтального угла при снятии отсчетов только в начальном и завершающем визировании. Окончательное значение угла вычисляется.

Трех-штативный метод. Он заключается в одновременной установке на смежных пунктах штативов. На каждом из них закрепляют: по краям подставки с визирными сигналами, а в центре геодезический прибор. После выполненных приемов задний штатив переставляют на следующий за передним пункт. И так последовательно переставляя каждый раз задний штатив вперед, а геодезический прибор на центральный штатив, выполняют визирования и считывание показаний, предусмотренные программой. Целью такой схемы является уменьшение погрешностей за центрирование на стоянках.

Высотные методы

Определение превышений одних точек поверхности над другими с применением специально для этого предусмотренных приборов по разработанной системе и считается высотными способами измерений. К ним можно отнести следующие виды;

Тригонометрическое нивелирование выполняется при значительных перепадах высот на наклонных склонах местности (наклонных горных выработках), где не эффективно использовать геометрическое нивелирование. При выполнении измерений по такой технологии используется возможность визирования наклонным лучом на точки наблюдений. Превышения между ними определяется путем вычислений из соответствующих тригонометрических формул. Откуда и пришло название к этому способу нивелирования.

Гидростатический способ нивелирования заключается в способности жидкости, при нахождении в разных местах, устанавливаться на одном уровне. При снятии ряда отдельных промеров на сообщающихся сосудах и определяется превышение между ними.

Координатный способ

Данный вид сводится к нахождению местоположения измеряемых точек, а именно их координат. Одними из таких способов считаются:

тахеометрическая съемка;
спутниковый метод определения координат.

Тахеометрическая съемка выполняется на основе использования тригонометрического способа измерений. При его выполнении производят геометрические определения следующих величин:

высоты инструмента на станции стояния;
высоты визирования на пункте наблюдения;
горизонтального угла от начального направления до искомого;
вертикального угла между направлениями, в которых измеряют наклонные расстояния;
наклонные расстояния между пунктами стояния инструмента и наблюдения.

Вычисления искомых координат, в том числе и абсолютных значений высотных отметок, определяются по известным формулам.

Спутниковый метод определения координат основан на приеме от спутников радиосигналов, в которых закодированы данные по местоположению спутников и времени передачи сигналов. На наземных геодезических пунктах с помощью специальных устройств GPS-приёмников эти сигналы (время приема сигнала и координаты спутников) записываются в файлы. И таким образом продолжаются наблюдения какое-то определенное время. Для нахождения координат неизвестных пунктов на земной поверхности исходными данными служат:

координаты базы, полученные в период спутниковых наблюдений на наземной станции;
и координаты собственно спутников, определенные в строго фиксированный момент времени с помощью полученных многократных сигналов GPS-приемниками на этих наземных станциях.

После выполнения пост-обработки на программном оборудовании и уравнивания, получают результат всех наблюдений и вычислений в виде координат ранее неизвестных пунктов.

Обратная геодезическая задача - это вычисление дирекционного угла α и длины S линии, соединяющей два пункта с известными координатами X₁, Y₁ и X₂, Y₂ (рис.2.5).

25. Методы определения координат геодезических пунктов

Геодезический пункт - точка на земной поверхности, положение которой определено в известной системе координат и высот на основании геодезических измерений. Координаты Г. п. определяют преимущественно методом триангуляции. В этом случае Г. п. называют пунктом триангуляции, или тригонометрическим пунктом. Если координаты Г. п. определяются методом полигонометрии, то тогда он называется полигонометрическим пунктом. Высоты Г. п. определяют методом нивелирования. В общем случае пункты триангуляции и полигонометрии не совпадают с пунктами нивелирования. Пункты триангуляции, полигонометрни и нивелирные пункты обозначаются и закрепляются на местности путём возведения специальных сооружений. Система взаимно связанных Г. п. образует геодезическую сеть, которая служит основой топографического изучения земной поверхности и всевозможных геодезических измерений для различных нужд инженерного дела и народного хозяйства.

Триангуляция

Понятие о триангуляции

Триангуляция представляет собой группу примыкающих один к другому треугольников, в которых измеряют все три угла; два или более пунктов имеют известные координаты, координаты остальных пунктов подлежат определению. Группа треугольников образует либо сплошную сеть, либо цепочку треугольников.

Координаты пунктов триангуляции как правило вычисляют на ЭВМ по программам, реализующим алгоритмы строгого уравнивания по МНК. На стадии предварительной обработки триангуляции последовательно решают треугольники один за другим. В нашем курсе геодезии мы рассмотрим решение лишь одного треугольника.

27. 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.

Полигонометрия состоит из одного или нескольких ходов, в которых измеряют с высокой точностью все углы и стороны. Эти ходы прокладываются обычно между пунктами триангуляции.

Положения пунктов в принятой системе координат определяют методом П. 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 (рис. 1).

Полигонометрический ход

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. Тогда дирекционный угол a_i стороны i и координаты x_i+1, y_i+1 пункта i + 1 полигонометрического хода могут быть вычислены по формулам:

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:

Эти невязки устраняют путём исправления измеренных углов и длин сторон поправками, которые определяют из уравнительных вычислений по способу наименьших квадратов.

Трилатерация

Трилатерация(от лат. trilaterus — трёхсторонний, от tri-, в сложных словах — три и latus, родительный падеж lateris — сторона), метод определения опорных геодезических пунктов, заключающийся в построении на местности цепи или сети последовательно связанных между собой треугольников и измерении в каждом из них всех трёх сторон. Углы этих треугольников и координаты их вершин определяют из тригонометрических вычислений. Стороны треугольников измеряют радиодальномерами или электрооптическими дальномерами. Т. имеет то же назначение, что и триангуляция.

Трилатерация представляет собой сплошную сеть примыкающих один к другому треугольников, в которых измеряют длины всех сторон; два пункта, как минимум, должны иметь известные координаты (рис.2.25).

Решение первого треугольника трилатерации, в котором известны координаты двух пунктов и измерены две стороны, можно выполнить по формулам линейной засечки, причем нужно указывать справа или слева от опорной линии AB располагается пункт 1. Во втором треугольнике также оказываются известными координаты двух пунктов и длины двух сторон; его решение тоже выполняется по формулам линейной засечки и так далее.

Рис.2.25. Схема сплошной сети трилатерации

Можно поступить и по-другому: сначала вычислить углы первого треугольника по теореме косинусов, затем, используя эти углы и дирекционный угол стороны AB, вычислить дирекционные углы сторон A₁ и B₁ и решить прямую геодезическую задачу от пункта A на пункт 1 и от пункта B на пункт 1.

Уравнивание сплошных сетей трилатерации выполняется на ЭВМ по программам, в которых реализованы алгоритмы МНК.

29. Космические методы определения координат

Координаты наземных пунктов методами космической геодезии можно определить по двум направлениям. Первое направление основано на использовании законов движения спутников и включает группу методов для совместного определения геофизических параметров параметров Земли и координат наземных пунктов. Методы, принимаемые при этом, называют динамическими. Содержание второго направления составляет построение пространственных геодезических сетей с помощью синхронных ( одновременных) или квазисинхронных ( почти одновременных) наблюдений ИСЗ.

Космическая геодезия - раздел геодезии, в котором изучаются методы определения взаимного положения точек на земной поверхности, размеров и фигуры Земли, параметров ее гравитационного поля на основе наблюдений солнечных затмений и покрытий звезд Луной, а также наблюдений искусственных спутников Земли и аэростатов (баллонов) с импульсными источниками света, поднимаемых на высоту 20-30 км.

Космическая геодезия рассматривает теорию и методы решения научных и практических задач на земной поверхности по наблюдениям небесных тел (Луна, Солнце, ИСЗ) и по наблюдениям Земли из космоса.

Космическая геодезия включает в себя глобальные навигационные системы, являющиеся основой применяемых в настоящее время координатных систем, и системы космического дистанционного зондирования многоцелевого назначения, используемые для мониторинга поверхности Земли.

Одним из основных методов решения геометрических задач К. г. является одновременное (синхронное) наблюдение космического объекта (Луны, ИСЗ) из нескольких пунктов на земной поверхности. Если в некоторой системе координат, связанной с Землёй, известны положения двух (или более) из числа этих пунктов, то путём математического решения пространственных треугольников с одной из вершин в точке нахождения космического объекта можно вычислить положения также и др. пунктов, из которых проводились наблюдения. Такой метод установления геодезической связи между пунктами на земной поверхности называется космической (спутниковой) триангуляцией. В случае одновременных позиционных и дальномерных (выполняемых с помощью радиотехнических средств или спутниковыми лазерными дальномерами) наблюдений ИСЗ геодезические связи могут быть осуществлены и при одном пункте с известным положением методом геодезического векторного хода. В описанных методах К. г. космический объект лишь обозначает точку, фиксированную в пространстве в некоторый момент времени. К орбитальным методам К. г. относят способы установления геодезической связи между пунктами, предусматривающие определение положения ИСЗ в пространстве с помощью законов его движения в гравитационном поле Земли; применение этого метода освобождает от необходимости проведения наблюдений во всех пунктах в один и тот же момент времени.

К динамическим задачам К. г. относят определение параметров гравитационного поля Земли путём исследования изменений некоторых элементов орбит ИСЗ, вычисляемых по результатам систематических позиционных и дальномерных наблюдений ИСЗ.

Астрономические методы ориентировки (определение географических координат и азимутов направлений), несмотря на развитие других методов и наличие различных приборов, используемых для этой цели, до сих пор являются наиболее надежными методами при далеких плаваниях морских кораблей и дальних перелетах на современных “воздушных кораблях”. Особое значение астрономические способы ориентировки имеют при космических полетах. Поэтому в следующих параграфах мы рассмотрим принципы, лежащие в основе этих методов, и кратко опишем важнейшие инструменты.

Определение географической долготы L. Решение этой задачи основано на том, что разность местных времен на двух меридианах в один и тот же момент равна разности долгот этих меридианов, выраженной в часовой мере. В настоящее время географические долготы отсчитываются от гринвичского меридиана, долгота которого принята равной нулю. Следовательно, если T_m - местное время какого-либо меридиана с восточной долготой L от Гринвича, а Т₀ - гринвичское время, то L = T_m - T₀. (6.5).

Таким образом, определение долготы какого-либо пункта сводится к одновременному определению местного времени в данном пункте и местного времени на начальном меридиане. До изобретения радио решение такой задачи представляло значительные трудности. Главная из них заключалась в определении гринвичского времени Т₀. Старые методы определения долгот были и приближенными (гринвичское время определялось из наблюдений затмений Луны, покрытий звезд Луной, из наблюдений явлений в системе галилеевых спутников Юпитера) и очень трудоемкими (способ “перевозки хронометров”). Изобретение телеграфа несколько облегчило задачу, но и оно не сняло всех трудностей в этом вопросе.

В современных методах определения долгот гринвичское время получается из приема сигналов точного времени по радио. Из приема радиосигналов до и после астрономических наблюдений вычисляется поправка часов u₀ и относительно гринвичского меридиана для того же момента, для которого из наблюдений получена поправка часов u₀ относительно меридиана данного пункта. Тогда долгота пункта L = u - u₀.

30. Спутниковые методы определения координат

Наблюдения спутников с помощью специальных спутниковых фотографических камер из пунктов, расположенных далеко друг от друга, из разных странах и даже на разных материках, дают возможность вычислить расстояния между этими пунктами, определить их взаимное положение на земной поверхности. Таким путем можно осуществить, например, геодезическую привязку того или иного острова к сети координат, установленной на материке. Наблюдения, выполняемые в течение многих лег со станций, расположенных на разных материках, позволяют выявлять изменения расстояний между станциями и изучать таким образом закономерности движения материков.

Задачи спутниковой геодезии подразделяются на геометрические и динамические. Геометрические задачи решаются на основе одновременных (синхронных) наблюдений спутников с двух или более станций. В результате решения этих задач строятся сети космической триангуляции, подобные сейм триангуляции, создаваемым классическими (наземными) методами. Однако если в наземных сетях стороны треугольников обычно не превышают 20-30 км (расстояния между соседними геодезическими знаками - вышками), то в космической триангуляции они могут достигать нескольких тысяч километров.

Наряду с фотографическими камерами в спутниковой геодезии все более широкое применение находят лазерные спутниковые дальномеры, позволяющие с высокой точностью измерять расстояния до спутников.

К началу 1990-х годов относится массовое внедрение геоинформационных технологий - научно-технического комплекса, позволяющего формализовать и реализовывать накопление, хранение, обработку и использование пространственно координированных данных с помощью средств географических информационных систем (ГИС). В последние годы ГИС-технологии находят широкое распространение не только в картографии, но и в целом ряде отраслей экономики, а также активно используются в сети Интернет.

Научно-технический прорыв последних лет - спутниковые системы позиционирования, ССП (Global Positioning System, GPS, GPS-system) - технологические комплексы, предназначенные для позиционирования объектов на поверхности Земли. GPS-системы позволяют отслеживать координаты (и их изменение) даже быстродвижущихся объектов.

Читайте также: