Київський національний університет імені Тараса Шевченка кафедра геодезії та картографіїРеферат на тему: “Особливості побудови місцевих геодезичних мережв умовах великого міста”аспіранта кафедри геодезії та картографії, географічного факультету Сапожнікова Ігоря ВалентиновичаНауковий керівник кандидат географічних наук, доцент Барановський Валентин ДмитровичКиїв – 2009ЗмістВступ ………………………………………………………….........……… 3 1. Розвиток і сучасний стан ДГМ ……………………................................4 2. Основні технічні характеристики міських геодезичних мереж……... 8 3. Нові технічні засоби і технології, що використовуються при реконструкції міських геодезичних мереж…………………………………… 11 Висновки ………………………………………………………...….…… 13 Перелік посилань …………………………………................................... 14 Додатки ……………………………………………………………............15ВступДля інтенсивного розвитку робіт, що проводяться в рамках реалізації програм створення кадастру, ГІС, визначення прав власності та ін., необхідна сучасна більш точна топографічна та картографічна основа. Але без модернізації геодезичної основи це практично неможливо здійснити в силу різних причин, головною з яких являється недостатня точність координат пунктів, або й їхня повна відсутність. Геодезичні мережі міст будувались в місцевих системах координат (в кожному – своя), часто без суворого вирівнювання. Це утруднює створення єдиних геоінформаційних систем певних регіонів. Міські мережі завжди розвивались локально, хоча формально треба було в якості вихідних використовувати пункти державної геодезичної мережі в СК-42. Щоб уникнути переносу деформацій СК-42 на внутрішню структуру міської мережі ця вимога часто ігнорувалась. Іноді деформації компенсувались за допомогою зміни масштабу в ключах зв’язку місцевої та державної систем координат. Використання супутникової апаратури та електронних тахеометрів для визначення взаємоположення об’єктів передбачає однозначний підхід до створення координатної основи. За останні 15-20 років в Україні близько 70% пунктів полігонометрії і тріангуляції в містах знищено. Зокрема, лише по 63 трапеції, що частково покриває південно-західну околицю м. Києва, з 83 пунктів міської мережі за результатами обстеження ДП «УкрДАГП» на кінець 2007 року лишався 21 пункт, що становить лише 25%, при чому Київ розташовано на 45 трапеціях масштабу 1:10 000(додаток А). Отже для реалізації забезпечення сучасних українських міст якісною планово-висотною основою необхідно латати величезну кількість дірок в геодезичній мережі, утворену від неконтрольованого розвитку мегаполісів і не завжди кваліфікованого підходу до створення ДГМ.^ 1. Розвиток і сучасний стан ДГМДержавна геодезична мережа (ДГМ) фіксує на місцевості Державну систему координат (ДСК), що існує для вирішення фундаментальних і прикладних задач картографічної і топографічної діяльності на державному рівні. В залежності від порядку побудови мережі і її вирівнювання визначається коло використання системи координат, що з’являється в результаті виконаної обробки вимірів. Якщо ж ці процедури виконані не якісно, в системі координат виникають деформації, які при згущенні мережі викликають вплив вихідних помилок більший, ніж помилок безпосередніх вимірів. В таких випадках Державна геодезична мережа не може бути єдиною для всіх геодезичних робіт. Найчастіше таке трапляється у великих містах, так як там до точності взаємоположення пунктів дуже високі вимоги. Тоді урівнюють локальну мережу як вільну і створюють місцеву систему координат (МСК), що не має опори на ДСК. Геодезичні мережі безперервно розвиваються – як глобально, так і локально. В залежності від накопичення матеріалу перескладаються каталоги координат геодезичних пунктів на відповідні листи карти масштабу 1:200000. Тоді нові ділянки мережі урівнюють, спираючись на вже існуючі, або разом з ними в заданих рамках ДГМ. Переурівнюють всю мережу якщо об’єм нових вимірів в даний час такий як початковий або перевищує його. Так було при першому урівнюванні АГМ, результатом чого стала система координат 1932 року (СК – 32); при другому отримана система координат 1942 року (СК–42), що існує більш як пів століття. Після створення СК – 32 і СК – 42, прийняли полігональну схему побудови і обробки АГМ. Це призвело до значних деформацій систем координат, що набагато перевищували вплив помилок самих вимірів. При самих вимірах помилка передачі координат з пункту на пункт складає 6-8 см, а з СК – 42 вона може досягати 10-20 см. За останні 80 років програма вимірів практично не змінилася, а виміри здійснені за цей період увійшли до останнього урівнювання[2]. У 1963 році для потреб народного господарства була введена система координат СК – 63, вона основувалася на трьохградусних зонах і була близькою до вимірів на фізичній поверхні Землі. Однак її практичне використання представляє певні труднощі, і після 40 років використання вона була відмінена в багатьох державах колишнього СРСР. Лише землевпорядні організації користуються на Україні СК – 63. Постановою Кабінету Міністрів України з 1 січня 2007 року на території України введена Державна геодезична референцна система координат УСК-2000, заснована на використанні глобальних навігаційних супутникових спостережень[4]. Впровадження та застосування УСК – 2000 потребує забезпечення зв’язку з нею місцевих систем координат, шляхом створення та реконструкції міських геодезичних мереж. Реконструкція міських геодезичних мереж в УСК – 2000 забезпечує підвищення геодезичної точності мережі, визначення параметрів зв’язку з Державною геодезичною референцною системою координат та виконується для забезпечення: великомасштабних топографічних і земельно-кадастрових зйомок; інженерно-геодезичних робіт з проектування, будівництва, реконструкції, експлуатації будівель та інженерних комунікацій; створення та ведення містобудівного і земельного кадастрів, геоінформаційних систем, моніторингу екологічних та технологічних процесів. Положення пунктів УПМ ГНСС та 1 класу визначається в двох системах координат – загально земній та референцній. Між обома системами встановлено однозначний зв’язок, який визначається відповідними параметрами взаємного переходу[1]. Складовими частинами ДГМ є просторова, планова і висотна геодезичні мережі, пункти яких мають між собою надійний геодезичний зв’язок. Просторова геодезична мережа включає: постійно діючу Українську перманентну мережу спостережень Глобальних навігаційних супутникових систем (УПМ ГНСС); геодезичну мережу 1 класу. Планова геодезична мережа включає: геодезичну мережу 2 класу; геодезичну мережу згущення 3 класу. Геодезична мережа 1 і 2 класів є однорідною за точністю просторовою геодезичною мережею, яка складається з системи рівномірно розміщених геодезичних пунктів, віддалених один від одного на 20-30 км. Мережа 1 класу забезпечує передачу УСК – 2000 на пункти МГМ[1]. Координати пунктів УПМ ГНСС на ДГМ 1 класу визначені виключно GPS-методами. Геодезична мережа згущення 3 класу збільшує кількість пунктів ДГМ до щільності, яка забезпечує створення геодезичної основи великомасштабних зйомок. Координати пунктів ДГМ 2 та 3 класів визначені переважно за результатами геодезичних вимірів в мережах тріангуляції, трилатерації та полігонометрії минулих років. Для всіх нових пунктів ДГМ, що визначаються на об’єкті, повинні встановлюватись два або більше супутники пунктів (СП). СП повинні визначатись за точністю 4 класу та використовуватись в якості вихідних для побудови МГМ[1]. Висотна геодезична мережа включає: нівелірну мережу І – ІІ класу; нівелірну мережу ІІІ – ІV класу Система координат УСК – 2000 отримана від координатної системи ITRS/ITRF 2000 і зафіксована на епоху 2005 року. В основі УСК – 2000: референц-еліпсоїд Красовського у якості поверхні відліку, з параметрами велика піввісь 6378245 м, стиснення 1:298,3; масштаб, що дорівнює масштабу системи ITRS/ITRF 2000; орієнтація осей координат, що паралельна осям координат системи ITRS/ITRF 2000; центр системи координат, що забезпечує мінімальне відхилення поверхні референц-еліпсоїда від реальної поверхні Землі на регіон України[4]. Положення пунктів ДГМ визначається в таких системах координат: просторових прямокутних координатах X, Y, Z (вісь Z співпадає з віссю обертання відлікового еліпсоїда, вісь X лежить в площині нульового меридіану, а вісь Y доповнює систему до правої; початком системи координат є геометричний центр еліпсоїда); геодезичних (еліпсоїдальних) координатах: широтою – B, довготою – L, висотою – H; плоских прямокутних координатах х та у, що обчислюються в проекції Гауса-Крюгера. Геодезична висота Н утворюється як сума нормальної висоти та висоти квазігеоїда над референц-еліпсоїдом Красовського. Нормальні висоти геодезичних пунктів (на перехідний період до введення національної системи висот) визначаються в Балтійській системі висот 1977 року, вихідним початком якої є нуль Кронштадтського футштоку, а висоти квазігеоїда обчислюються над референц-еліпсоїдом Красовського.^ 2. Основні технічні характеристики міських геодезичних мережМіські геодезичні мережі проектуються на поверхню відносності, що максимально приближена до тієї фізичної поверхні, яка потрібна споживачам. Виділяють такі їх різновиди: міська знімальна мережа (міська геодезична мережа в традиційному значенні); мережа метробуду; геодинамічна мережа; мережа межових знаків (геодезична мережа для інвентаризації земель та земельно-кадастрових робіт). Точність таких геодезичних мереж регламентована нормативно-технічними документами Держкомзему та Укргеодезкартографії і повинна дозволяти при виконанні стандартних топографо-геодезичних робіт у містах (топографічні знімання масштабів 1:500 і мілкіше, виніс в натуру поектів) координувати контури і кути земельних ділянок з точністю не менше 4 мм [5] відносно найближчих точок знімальної мережі. Вимоги до точності геодезичної мережі Метробуду для орієнтації підземних робіт ще вищі. Точність геодинамічної мережі (для слідкування за просадами і деформаціями територій, будівель і т.ін.) регламентована нормативно-технічними документами Держтехнагляду, Енергоатому і повинна дозволяти визначати координати, висоти та їх зміни з точністю в декілька міліметрів відносно вихідних пунктів (вікових реперів, пунктів планової мережі, що мають спеціальну конструкцію). Для міста Києва міська геодезична мережа створювалась ґрунтуючись на пунктах, що визначаються 4 класом і 1 розрядом (таблиця 1)[3]. Як виняток, якщо ходи полігонометрії йдуть по ділянках з великою щільністю забудови, лісо-паркових зонах, автомобільних доріг та залізниць з інтенсивним рухом можливе використання пунктів закладених за вимогами полігонометрії 2 розряду. Таблиця 1. Вимоги створення мереж полігонометрії 4 класу та 1 і 2 розряду Показники 4 клас 1 розряд 2 розряд 1 2 3 4 Гранична довжина ходу, км: окремого між вихідною і вузловою точкамиміж вузловими 14,0 9,07,0 7,0 5,04,0 4,0 3,02,0 Граничний периметр полігону, км 40 20 12 Довжина сторін ходу, км найбільша найменшасередня 3,00 0,250,50 0,80 0,120,30 0,50 0,080,20 Кількість сторін у ході, не більше 15 15 15 Відносна помилка ходу, не більше 1:25 000 1:10 000 1:5 000 Середня квадратична помилка виміряного кута, кутові секунди, не більше 3 5 10 Кутова нев’язка ходу або полігона, кутові секунди, не більше, де п – кількість кутів у ході 5√¯п 10√¯п 20√¯п Середня квадратична помилка вимірювання довжини сторони, мм: до 500 м від 500 до 1000 мпонад 1000 м 10 201:40 000 10 20– 10 –– Точність міських геодезичних мереж практично завжди не відповідає вимогам. Як правило це відноситься до приєднаних населених пунктів, де була своя система координат, або ж геодезична основа створена методом нарощування без урівнювання з геодезичною мережею міста. Протиріччя між дійсним станом та вимогами по точності й однорідності міської геодезичної мережі зникають після реконструкції і переурівнювання. Для цього спочатку шукають відомості про виконані на території міста геодезичні роботи; потім аналізують систему координат і топографічні зйомки, що базуються на геодезичній мережі; відновлюють втрачені та створюють нові ділянки мережі; виконують переурівнювання з використанням нових і старих даних; оцінюють розбіжності координат суміщених пунктів, підбирають ключ місцевої системи координат, що як найкраще зменшує розбіжності; складають нові каталоги координат міської геодезичної мережі; розробляють рекомендації по використанню матеріалів топографічної зйомки в залежності від отриманих розбіжностей.^ 3. Нові технічні засоби і технології, що використовуються при реконструкції міських геодезичних мережПісля появи нових технічних засобів – супутникових геодезичних приймачів – викликало суттєву потребу перегляду реконструкції міських геодезичних мереж. Відсутність нормативних документів, що регламентують технологію і точність виконання робіт з використанням супутникових приймачів, призвело до невиправданого використання високоточних двочастотних приймачів для створення знімального обґрунтування і до створення відповідальних геодезичних побудов, таких як міські геодезичні мережі, по спрощеній технології. Це стало причиною виникнення недопустимих розбіжностей з традиційними геодезичними побудовами. Наприклад, помилка визначення координат двох нових пунктів, що розташовані від найближчих пунктів ДГМ на відстані 20 км, може бути отримана за формулою: Приймаючи помилку виміру лінії супутниковим приймачем Trimble 5700 в статичному режимі роботи рівної mS = 5мм + 1 ∙10-6 = 25 мм и γ = 45˚, отримаємо mХY = 5 ∙10-2 м відносно вихідних пунктів ДГМ, але їх взаємне положення буде визначено з помилкою m ΔXΔY = 5 ∙ 10-2 ∙ √¯2 = 7 ∙ 10-2 м, що нижче точності звичайного топографічного світлодалекоміра, і при відстані між пунктами, що визначаються 1 км дасть відносну помилку 1:14 000. Безпосередній вимір цієї лінії в диференційному режимі дозволить отримати вищу точність, відповідно 6,0 мм і 1:167 000. Якщо не враховувати ці особливості вимірів супутниковими приймачами з’являються суттєві відмінності між новими вимірами та традиційними геодезичними побудовами[2]. Іншим прикладом може слугувати використання при виконанні знімальних і кадастрових робіт в містах сучасних електронних тахеометрів, за допомогою яких можна отримати результати набагато точніші, ніж у вихідних даних. Щоб такі протиріччя не виникали, треба до початку знімальних і кадастрових робіт у місті провести реконструкцію міської геодезичної мережі для значного покращення точності опорної мережі. Високоточна супутникова апаратура дозволяє це робити. Для того, щоб побудувати опорну міську мережу треба використовувати оптимальне число одночасно працюючих станцій, що дозволить за рахунок надлишкових вимірів значно підвищити точність і надійність кінцевих результатів. Якщо ж не виконувати ці вимоги, може статися щось непередбачуване. Для того, щоб організувати безперебійну роботу треба завчасно провести рекогносцировку пунктів, скласти розклад супутникових спостережень, підібрати апаратуру, визначити місця встановлення опорних та мобільних станцій, розрахувати тривалість сеансів, графік спостережень і схеми переміщення станцій на об’єкті, а також вирішити цілий ряд інших питань.ВисновкиГоловною особливістю робіт по створенню і реконструкції міських геодезичних мереж є необхідність зберегти міську систему координат, в якій раніше було виконано крупно масштабні знімання території міста (1:500 – 1:2000), і одночасно з цим забезпечити високу точність міської геодезичної мережі для вирішення інших задач. Роботи з модернізації міської геодезичної мережі необхідно проводити в два етапи. На першому слід створити каркасну сітку з максимально можливою точністю (відносні помилки до 5 · 10-7), включивши в неї пункти ДГМ 1 – 4 класів, міської тріангуляції 1 – 4 класів, а також основні вузлові пункти полігонометрії 4-го класу і пункти високоточних мереж спеціального призначення (геодезичної мережі метробуду, нівелірної мережі тощо), виходячи з такого розрахунку, щоб густота пунктів цієї мережі досягла одного пункту на 5 – 6 км. кв. На другому етапі, беручи до уваги отримані координати пунктів каркасної мережі і параметри місцевої системи координат, забезпечуючих мінімальні розбіжності на суміщених пунктах, необхідно виконати згущення міської мережі і її переурівнювання. Щільність нової міської мережі забезпечить потреби міста при проведенні інженерно-геодезичних, топографічних та кадастрових робіт і складе близько 4-8 пунктів на 1 км. кв. Це дозволить прокладати ходи точності 1:2000 під час вимірювання довжин електронними тахеометрами чи світловіддалемірами до 2 км.Перелік посилань Заєць І.М., Бондар А.Л., Кучер О.В. Стан і основні напрямки розвитку державної геодезичної мережі України // Вісник геодезії та картографії. – 2001. – №3. – 17-23. Ефимов Г.Н., Побединский Г.П. О необходимости координации работ по созданию государственной и городских геодезических сетей // Геодезія и картография. – 1999. – №3. – 24-27. Інструкція з топографічного знімання у масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500. ГКНТА-2.04-02-98. – К. 2001. – 166 с. Про деякі питання застосування Державної геодезичної референцної системи координат УСК-2000 – Наказ Державної Служби геодезії, картографії та кадастру від 29 січня 2007р. №4. Рябій В.А., Рябій В.В. Відновлення геодезичних мереж міст // Вісник геодезії та картографії. – 2003. – №2 – 22-24.Додатки