Геодезические сети: виды, устройство и методы создания

Геодезические работы требуют единой системы координат и высот, относительно которой определяется положение объектов на местности. Для этого создаются геодезические сети — системы закрепленных точек с известным пространственным положением.

Они применяются при топографической съемке, строительстве, инженерных изысканиях, кадастровых работах, прокладке дорог и коммуникаций, а также при наблюдении за деформациями сооружений. От качества такой основы зависит точность последующих измерений и согласованность результатов, полученных в разное время.

Что такое геодезическая сеть и как она устроена

Геодезическая сеть — это совокупность закрепленных на местности пунктов, для которых в установленной системе определены координаты, высоты либо одновременно несколько пространственных параметров.

Если объяснять проще, геодезические сети — это координатный каркас территории. Специалисту не требуется каждый раз определять положение объекта с нуля: он может использовать точки, координаты которых уже известны с необходимой точностью.

Основным элементом сети является геодезический пункт. Это закрепленная точка, положение которой установлено в результате измерений и вычислений.

В состав геодезической сети могут входить:

• исходные и определяемые пункты;
• центры, марки и реперы;
• плановые координаты;
• высотные отметки;
• измеренные углы и расстояния;
• данные спутниковых наблюдений;
• связи между пунктами;
• каталоги координат и техническая документация.

Геодезическая опорная точка используется как исходная точка для последующих измерений или разбивочных работ. При этом она является частью общей системы, а не существует изолированно.

Главный принцип построения геодезических сетей заключается в развитии от более общей и точной основы к более локальной. Сначала создаются исходные пункты, затем сеть сгущается дополнительными точками, от которых выполняются детальные измерения на конкретных участках.

Благодаря этому результаты разных съемок и инженерных работ остаются связанными с единой системой координат.

Виды геодезических сетей

Виды геодезических сетей различаются по назначению, масштабу территории, точности и определяемым параметрам. Одна сеть может одновременно относиться сразу к нескольким категориям.

Государственные геодезические сети

Государственная геодезическая сеть формирует общую координатную основу территории страны. Ее пункты используются для привязки более локальных сетей и выполнения геодезических, картографических и инженерных работ.

В такую систему входят сети разных уровней точности и плотности. Более точные пункты служат исходными для развития последующих уровней и сгущения геодезической основы.

Государственные сети не создаются отдельно под каждый объект. Они служат общей базой, на которую могут опираться региональные, строительные и специальные построения.

Геодезические сети специального назначения

Такие сети создаются под конкретные инженерные, строительные или научные задачи.

Они используются:

• на строительных площадках;
• при строительстве дорог;
• при прокладке трубопроводов;
• при возведении промышленных объектов;
• при наблюдении за деформациями;
• при геодинамических исследованиях;
• при реконструкции сооружений.

В этом случае вид геодезической сети определяется прежде всего практической задачей.

Плановые, высотные и пространственные сети

Плановая геодезическая сеть предназначена для определения положения точек в горизонтальной плоскости. Для ее пунктов известны координаты, позволяющие установить положение объекта на местности.

Высотная геодезическая сеть — это система пунктов, для которых определены высотные отметки. Она используется при строительстве, нивелировании территории, устройстве дорог, инженерных сетей и других работах, где важны проектные высоты.

Пространственная сеть позволяет определять положение пункта сразу в трех измерениях. Такой подход широко применяется при спутниковых измерениях.

Таким образом, виды геодезической сети могут определяться не только по назначению, но и по характеру получаемых данных.

Опорные и съемочные сети

Опорные геодезические сети создают исходную основу, относительно которой определяются новые точки.

Съемочные геодезические сети формируются или сгущаются непосредственно для выполнения топографической или инженерной съемки. Их пункты размещаются так, чтобы с них можно было определить положение всех необходимых объектов на заданной территории.

Именно поэтому съемочная сеть обычно развивается от уже существующей опорной основы.

Опорная геодезическая сеть

Опорная геодезическая сеть — это система закрепленных пунктов с известными координатами и, при необходимости, высотами, которая используется как основа для последующих геодезических измерений.

По своему значению геодезическая опорная сеть обеспечивает единство координат на протяжении всего комплекса работ.

Особенно важна она в строительстве. Если разные этапы проекта выполняются от несвязанных между собой точек, могут возникнуть расхождения при выносе осей, монтаже конструкций и исполнительной съемке.

Опорные геодезические сети позволяют избежать таких ошибок, поскольку все измерения выполняются относительно заранее определенных пунктов.

Пункты опорной геодезической сети

Пункты опорной геодезической сети должны сохранять свое положение в течение необходимого периода и быть пригодными для повторных измерений.

К ним предъявляются следующие требования:

• устойчивость;
• сохранность;
• доступность;
• возможность повторного обнаружения;
• хорошие условия для измерений;
• достаточная точность положения.

В зависимости от условий точка может закрепляться грунтовым центром, металлическим знаком, маркой в капитальной конструкции или репером.

При этом одного каталога координат недостаточно. Если физическое положение точки изменилось или знак поврежден, использовать такой пункт как надежную основу нельзя.

Поэтому создание опорной геодезической сети включает не только измерения, но и правильное закрепление точек на местности.

Чем опорная сеть отличается от съемочной

Опорная и съемочная сети выполняют разные задачи, хотя связаны между собой.

Опорная геодезическая сеть служит исходной основой. Ее пункты создаются с учетом устойчивости, точности и возможности многократного использования. Такая сеть может существовать длительное время и применяться для различных последующих работ.

Съемочная сеть, напротив, предназначена прежде всего для выполнения конкретной топографической или инженерной съемки. Ее обычно сгущают от уже существующих опорных пунктов, чтобы получить достаточное количество точек непосредственно на участке работ.

Основные различия можно сформулировать так:

• опорная сеть создает исходный координатный каркас, а съемочная используется для детальных измерений;
• пункты опорной сети являются исходными, а точки съемочной сети развиваются от них;
• опорная сеть обычно имеет меньшую плотность пунктов, тогда как съемочная сеть сгущается под конкретный объект;
• опорные пункты могут использоваться продолжительное время, а съемочные точки нередко создаются под отдельный этап работ;
• для опорной сети особенно важны стабильность и точность, а для съемочной — достаточная плотность и удобство выполнения измерений.

Таким образом, геодезическая опорная сеть служит базой, а съемочная сеть позволяет выполнять детальные измерения на конкретном участке.

Высотные и съемочные геодезические сети

Высотные опорные сети используются в случаях, когда необходимо точно определить вертикальное положение объектов.

Их пункты имеют известные высотные отметки и позволяют передавать высоты на новые точки.

Такие сети необходимы при:

• устройстве фундаментов;
• строительстве дорог;
• прокладке трубопроводов;
• планировке территории;
• устройстве инженерных коммуникаций;
• исполнительной съемке;
• наблюдении за осадками сооружений.

Для передачи высот применяются нивелирование и, в зависимости от задачи, спутниковые методы.

Съемочные геодезические сети используются для непосредственного выполнения съемки. Если существующих опорных пунктов недостаточно, сеть сгущают дополнительными точками.

Плотность съемочной сети зависит от масштаба съемки, характера застройки, рельефа, оборудования и требуемой точности.

Методы создания геодезических сетей

Методы создания геодезических сетей выбираются с учетом назначения работ, площади территории, рельефа, требуемой точности и используемого оборудования.

На практике применяются как классические наземные способы, так и спутниковые технологии.

Триангуляция

Триангуляция основана на построении системы взаимосвязанных треугольников.

Положение новых пунктов определяется преимущественно по измеренным углам и известным исходным данным. Для эффективного применения метода между точками должна обеспечиваться необходимая взаимная видимость.

Этот способ долгое время использовался при создании геодезической основы крупных территорий и до сих пор сохраняет значение в теории методов построения геодезических сетей.

Трилатерация

Трилатерация основана главным образом на измерении расстояний между пунктами.

Если при триангуляции основными измеряемыми величинами являются углы, то при трилатерации положение точки определяется по расстояниям до других известных пунктов.

Развитие электронных дальномеров значительно расширило возможности этого метода.

Полигонометрия

Полигонометрия представляет собой построение последовательных геодезических ходов, в которых измеряются углы и расстояния.

Метод удобен:

• в городской застройке;
• вдоль дорог;
• на вытянутых территориях;
• при прокладке коммуникаций;
• в условиях ограниченной видимости.

Полученные измерения позволяют вычислить координаты промежуточных пунктов и проверить построение по невязкам.

Спутниковые методы GNSS

Современные методы построения геодезической сети широко используют спутниковые системы.

Геодезические GNSS-приемники позволяют определять пространственное положение пунктов по сигналам навигационных спутников.

Применяются:

• статические наблюдения;
• быстрый статический метод;
• RTK;
• работа от базовой станции;
• сети постоянно действующих референцных станций.

Главное преимущество заключается в том, что между определяемыми пунктами не требуется прямая взаимная видимость.

Однако качество измерений зависит от условий приема спутникового сигнала. Высокие здания, плотная растительность и металлические конструкции могут ухудшать результаты.

Нивелирование

Нивелирование применяется преимущественно при создании высотных сетей.

Метод позволяет определять превышения между точками и вычислять их высотные отметки.

Он используется при:

• передаче высот на строительной площадке;
• создании высотных опорных сетей;
• строительстве дорог;
• контроле осадок;
• прокладке инженерных сетей.

Комбинированные методы

На практике методы геодезических сетей часто сочетаются.

Например, основные пункты определяются спутниковым способом, локальное сгущение выполняется тахеометром, а точные высоты передаются нивелированием.

Выбор метода зависит от:

• требуемой точности;
• площади объекта;
• плотности существующих пунктов;
• рельефа;
• характера застройки;
• наличия препятствий;
• сроков выполнения работ.

Поэтому методы построения геодезической сети определяются еще на стадии проектирования.

Создание опорной геодезической сети

Создание опорной геодезической сети включает несколько последовательных этапов: подготовку, проектирование, обследование местности, закрепление пунктов, измерения и камеральную обработку.

Сбор исходных данных

Сначала определяются:

• назначение сети;
• границы территории;
• требуемая точность;
• система координат и высот;
• существующие геодезические пункты;
• условия выполнения работ.

Особое внимание уделяется исходным пунктам. Ошибка в их координатах может повлиять на всю создаваемую сеть.

Проектирование сети

На этом этапе определяется расположение будущих пунктов, их количество, взаимные связи и способы измерений.

Слишком редкая сеть может оказаться неудобной для последующих работ, а избыточное количество точек неоправданно усложняет измерения и обработку.

Рекогносцировка

Проектная схема проверяется непосредственно на местности.

Оцениваются:

• доступность точек;
• устойчивость грунта;
• вероятность повреждения знаков;
• наличие препятствий;
• условия спутниковых наблюдений;
• возможность дальнейшего использования пункта.

При необходимости положение проектных точек корректируется.

Закрепление пунктов

После выбора мест выполняется физическое закрепление пунктов.

Способ зависит от срока эксплуатации и назначения сети. Временная точка может иметь простое закрепление, а долговременная опорная сеть требует более устойчивых знаков.

Полевые измерения

Для определения положения пунктов используются GNSS-приемники, электронные тахеометры, нивелиры и другое оборудование.

Измерения выполняются с контролем и, при необходимости, повторяются. Это позволяет обнаруживать ошибки еще на полевом этапе.

Камеральная обработка и уравнивание

После полевых работ результаты обрабатываются.

Выполняются:

• проверка наблюдений;
• вычисление координат;
• обработка превышений;
• анализ невязок;
• поиск грубых ошибок;
• уравнивание сети;
• оценка точности.

Уравнивание необходимо потому, что реальные измерения всегда содержат небольшие погрешности. Математическая обработка позволяет согласовать наблюдения и получить наиболее надежное положение пунктов.

Оформление результатов

После обработки формируется итоговый комплект материалов.

В него могут входить:

• схема сети;
• каталог координат;
• каталог высот;
• описание пунктов;
• результаты контроля;
• ведомости вычислений;
• технический отчет.

После этого сеть может использоваться как основа для дальнейших работ.

Требования к точности и контроль геодезической сети

Качество геодезической сети определяется не только характеристиками оборудования. Важны правильное расположение пунктов, стабильность исходной основы и контроль измерений.

Пункты должны:

• сохранять устойчивое положение;
• быть доступны для повторных наблюдений;
• располагаться вне зон возможного повреждения;
• обеспечивать необходимые условия для измерений;
• иметь достаточную связь с другими точками сети.

Требуемая точность зависит от назначения работ. Для обзорной съемки и высокоточного монтажа оборудования используются разные требования, поэтому универсальной точности для всех геодезических сетей не существует.

Контроль выполняется в полевых и камеральных условиях.

Применяются:

• повторные измерения;
• независимые определения координат;
• замкнутые ходы;
• анализ линейных и угловых невязок;
• проверка превышений;
• сравнение с исходными пунктами.

Если расхождения превышают допустимые значения, наблюдения повторяют или проверяют состояние исходной основы.

Где применяются геодезические опорные сети

Геодезические опорные сети используются во всех областях, где требуется точно определить положение объекта на местности. В строительстве от пунктов сети выполняют вынос проектных осей, передают высотные отметки, контролируют положение конструкций и проводят исполнительную съемку.

При топографической съемке опорные точки используются для определения координат зданий, дорог, коммуникаций и элементов рельефа.В инженерных изысканиях сеть обеспечивает единую систему координат для всех получаемых материалов.

Для линейных объектов геодезические сети применяются при строительстве:

• автомобильных дорог;
• железных дорог;
• трубопроводов;
• линий электропередачи;
• инженерных коммуникаций.

Еще одна важная область — наблюдение за деформациями. Повторное определение координат и высот контрольных точек позволяет выявлять смещения, осадки и крены сооружений.

Основные сведения о геодезических сетях и методах их создания

Основные сведения о геодезических сетях и методах их создания сводятся к одному принципу: точные исходные пункты формируют основу, от которой развивается более плотная система точек для конкретных задач.

Опорные геодезические сети создают координатный и высотный каркас, а съемочные сети обеспечивают выполнение детальных измерений.

Для построения применяются триангуляция, трилатерация, полигонометрия, спутниковые наблюдения, нивелирование и комбинированные методы.

Надежность результата зависит от всей системы: правильного выбора исходных пунктов, схемы сети, качества закрепления, условий наблюдений, контроля и обработки результатов.

Заключение

Геодезические сети обеспечивают единство координатных и высотных измерений и служат основой для строительства, топографической съемки, инженерных изысканий и других работ.

Конкретный вид сети, количество пунктов и методы построения геодезических сетей выбираются с учетом назначения объекта, размеров территории, требуемой точности и условий наблюдений.

Особое значение имеет опорная геодезическая сеть, поскольку именно от нее развивается съемочная и локальная геодезическая основа. Чем точнее спроектирована, закреплена и проверена сеть, тем надежнее будут последующие измерения.