Хаимов 3.С. Основы высшей геодезии

Подождите немного. Документ загружается.

§ 47. КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СССР.

НАЗНАЧЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ

И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫ Е К НЕЙ

По классификации 1962 г. геодезические сети СССР подразде

ляются на: 1) государственную геодезическую сеть; 2) геодези

ческие сети сгущения (сети местного значения); 3) съемочные

сети.

Государственная геодезическая сеть всегда строится в виде

планово-высотной, в то время как сети местного назначения и

съемочные сети могут быть только высотными или только пла

новыми.

Основным методом построения государственной геодезиче

ской сети является триангуляция. Им почти полностью постро

ена сеть на европейской части территории СССР, в Средней

Азии и на большей части Сибири и Дальнего Востока. Методы

полигонометрии и трилатерации применяются на основе взаи

мозаменяемости с методом триангуляции, причем в каждом

конкретном случае их применение должно быть экономически

и технически обосновано.

В курсе высшей геодезии изучают вопросы построения го

сударственной геодезической сети. Развитие геодезических се

тей местного значения, а также съемочных сетей подробно рас

сматривают в курсе геодезии.

Государственная геодезическая сеть служит для решения

научных проблем высшей геодезии, выполнения научно-техни

ческих задач по удовлетворению различных требований народ

ного хозяйства и обороны страны.

Научные задачи по изучению фигуры Земли решаются пу

тем создания сетей наивысшей точности, доступной в массовых

работах, с использованием последних достижений точного при

боростроения и тщательно разработанной методики измерений,

периодически повторяющихся на отдельных частях или на всей

ранее созданной высокоточной сети. Научно-технические задачи

заключаются в распространении единой системы координат и

высот на всю территорию страны с целью картографирования

и создания геодезического обоснования различных инженерных

сооружений. Таким образом, государственная геодезическая

сеть является основной опорной геодезической сетью страны.

Общепринятым принципом построения государственной гео

дезической сети является принцип перехода от общего к част

ному, от более крупных и точных построений к мелким и менее

точным детальным построениям, от высшего класса к низшему.

Такой принцип позволяет быстро распространить единую коор

динатную систему на большие расстояния, он выгоден экономи

чески, проще в организационном отношении и более обоснован

в техническом, так как обеспечивает получение точного и одно

родного материала измерений, ограничивая накопление ошибок

внутри фигур высшего класса. При таком принципе построения

Рис. 61. Схема дедуктивного метода построения геодезической сети

сначала на местности строят сеть из крупных треугольников со

сторонами 20—30 км (рис. 61, а) и проводят на них измерения

с максимально возможной точностью. Из рядов крупных тре

угольников образуют так называемые полигоны (рис. 61, б)

периметром порядка 1000 км, которыми покрывают всю страну.

Эта сеть из крупных фигур образует главную геодезическую

основу государства. Затем проводится ее сгущение путем

вставки нескольких ступеней геодезических сетей с последова

тельно уменьшающимися сторонами фигур и с меньшей точно

стью измерений углов и сторон. Это делается для того, чтобы

в конечном счете равномерно покрыть всю территорию сетью

опорных пунктов до требуемой густоты. Таким образом, сна

чала в систему крупных треугольников вставляется сеть из

пунктов а, Ь, с, d, е, f (см. рис. 61, а), которая, в свою очередь,

сгущается сетью из пунктов 1, 2, 3, 4 с еще меньшей точностью

измеренных величин и меньшими сторонами и т. д. Каждая

предыдущая ступень построения является исходной для после

дующей. Этот принцип, помимо указанных выше преимуществ,

позволяет быстро создать необходимую для съемок сплошную

сеть опорных пунктов в нужном для народного хозяйства страны

месте (заштрихованные части на рис. 61, б). Поэтапное разви

тие сетей позволяет в каждой последующей ступени применять

приборы меньшей точности и более простые способы измерений.

Это в значительной степени удешевляет все процессы построе

ния сети и ускоряет ее создание. Каждая ступень образует

сеть определенного класса точности, причем наивысшей явля

ется сеть первого класса, за ней — сеть второго класса, затем

третьего и т. д. У нас в стране государственная сеть строится

в виде сетей четырех классов, а именно из: сетей триангуляции,

полигонометрии и трилатерации 1, 2, 3 и 4 классов; нивелирных

сетей I, II, III и IV классов (о них будет сказано в- гл. 12).

В отдельных случаях, чаще всего связанных со срочностью

работ, может быть применен и принцип построения сетей от

частного к общему, от низшего класса к высшему. При первой

же возможности такие изолированные сети присоединяются

к общегосударственной геодезической системе.

При решении вопроса о точности государственной геодезиче

ской сети обычно исходят из следующего: сети старших клас

сов, составляющие главную геодезическую основу страны и ис

пользуемые при решении научных проблем, строят с макси

мальной точностью, сети же низших классов ориентируют на

обеспечение соответствующего масштаба съемки.

В картографировании нашей страны можно наметить сле

дующие основные этапы.

1 этап. Создание на всю территорию СССР карты масштаба

1:100 000 (в некоторых районах— 1:50 000). Эти карты ис

пользуются для обеспечения разнообразных нужд ряда отрас

лей народного хозяйства и обороны страны. Они служат также

для целей предварительных изысканий и для составления карт

специального назначения. Этот этап был завершен к 1960 г.

2 этап. Создание карт масштабов 1 :25 000 и 1 : 10 000, удов

летворяющих нужды проектно-изыскательских и геологоразве

дочных работ. Этот этап начал осуществляться у нас с 30-х го

дов и к настоящему времени в основном завершается.

3 этап. Создание карт крупных масштабов 1 : 5000— 1 : 2000,

необходимых для окончательного проектирования, переноса

проектов в натуру, проведения детальных изысканий при строи

тельстве инженерных сооружений. Этот этап получил большое

развитие после Великой Отечественной войны и осуществляется

высокими темпами в важных промышленных районах страны.

Помимо указанных масштабов при съемках населенных

пунктов, особенно городских коммуникаций, и строительстве

отдельных инженерных сооружений требуются карты (планы)

масштабов 1 : 1000, 1 : 500 и даже 1 : 200. Но эти съемки обес

печиваются не государственными, а специально развиваемыми

для этих целей ведомственными геодезическими сетями.

Чтобы обеспечить долговременность службы государствен

ной геодезической сети, она по точности должна быть ориенти

рована на удовлетворение нужд последующего этапа картогра

фирования страны и учитывать перспективу развития народ

ного хозяйства, науки и техники. Специальные расчеты

показывают, что для удовлетворения съемок масштаба 1 : 2000

и крупнее исходя из точности определения контура на карте

в 0,2 мм ошибки положения пунктов государственной геодези

ческой сети должны быть 5—7 см.

Другим важным вопросом, решаемым при построении го

сударственной геодезической сети, является вопрос о необходи

мой густоте опорных пунктов, т. е. о количестве пунктов, обес

печивающих определенную площадь съемок *.

* Вместо термина «густота» употребляют также термин «плотность»

пунктов опорной геодезической сети, подразумевая под этим число квадрат

ных километров площади, обеспечиваемой одним пунктом.

В настоящее время плотность пунктов регламентируется со

ответствующими инструкциями и установлена в следующих раз

мерах.

Для съемок в маштабах 1:25 000 и 1:10 000^ 1 пункт на 50— 60 км2

То же 1:5 000 1 пункт на;120—30 км2

« 1:2 000 и крупнее 1 пункт на 5— 15 км2

Плотность 1 пункт на 50—60 км2, как правило, создается

построением сетей 1, 2 и 3 классов. В труднодоступных районах

указанная густота пунктов может быть уменьшена, но не более

чем в 1,5 раза.

Площадь Р, обеспечиваемая одним пунктом сети, построен

ной из равносторонних треугольников, приближенно может быть

выражена формулой:

Р = (У 372) s2 « s2, (9.4)

где s — расстояние между смежными пунктами.

По указанным формулам при заданной площади Р рассчи

тывают среднее расстояние между пунктами геодезической сети.

Например, при съемках масштабов 1:25 000— 1:10 000 рас

стояние между пунктами государственной сети должно быть

порядка да 6 — 8 км. /

Следующим очень важным вопросом является экономическое

обоснование создаваемой опорной сети. При этом руководящим

принципом является минимальная затрата сил и средств с со

хранением максимальной точности и надежности сетей. Схема

построения, методы создания и закрепление пунктов должны

обеспечивать их длительное существование и возможность ис

пользования для различных топографо-геодезических целей.

§ 48. СХЕМА ПОСТРОЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ

ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ СССР

Государственная геодезическая сеть СССР, созданная в исто

рически короткий срок, невиданный в практике зарубежных

стран, представляет собой грандиозное построение, не имеюшее

себе равных как по количеству пунктов и объему выполненных

работ, так и по точности различных ее элементов. Она состоит

из нескольких сотен тысяч пунктов, равномерно распределенных

по всей стране, с точностью определения их взаимного положе

ния в сетях 2—4 классов в 5—7 см. Создается она в соответ

ствии с Инструкцией о построении государственной геодезиче

ской сети СССР [8]. Точность этой сети позволяет уверенно ис

пользовать ее для обоснования съемок вплоть до масштаба

1 :2000 и крупнее.

В зависимости от условий местности и экономической целе

сообразности применяется тот или иной метод создания госу

дарственной геодезической сети (триангуляция, полигономет-

рия, трилатерация или их сочетание). Но, как уже было отме-

★ Пункт М длласа

— — Ба з и с

-------------

Сторона полигонометрии 1 кл асса

-------------

Сторона триангуляции 7 к л а сс а

Рис. 62. Схема построения астрономо-геодезической сети I класса

чено, основным методом построения плановой государственной

сети является метод триангуляции. Триангуляция строится че

тырех классов.

Триангуляция 1 класса (рис. 62) строится в виде сплошных

сетей и в виде рядов треугольников или геодезических четырех

угольников, прокладываемых обычно по направлениям мериди

анов и параллелей и образующих замкнутые полигоны.

В нашей стране триангуляция 1 класса представляет собой

астрономо-геодезическую сеть, которая совместно со сплошной

гравиметрической съемкой предназначена для решения основ

ных научных задач, связанных с определением формы и разме

ров Земли. В то же время она является главной основой разви

тия геодезических сетей последующих классов и имеет целью

распространение единой системы координат на всю территорию

СССР. Астрономо-геодезическая сеть строится по специальной

научно разработанной программе, основы которой заложил

Ф. Н. Красовский. Она образует систему полигонов из звеньев

триангуляции, в среднем длиною в 200 км. Периметр полигона

800—1000 км. Физико-географические условия, особенно в не

обжитых районах, часто влияют на расположение звеньев и ве

дут к уклонению их направлений от меридианов и параллелей.

Типовой фигурой, из которой построены звенья триангуля

ции, является треугольник, близкий к равностороннему, с дли

нами сторон 20—25 км. Однако применяются и комбинации

треугольников, геодезических четырехугольников и центральных

систем. В месте пересечения звеньев (их концах) измеряются

базисные стороны, а в случае невозможности непосредственных

измерений сторон строятся базисные сети (обычно ромбические)

в виде небольшой вспомогательной триангуляции для определе

ния длины выходной стороны, заменяющей базисную. В этом

случае измеряется базис длиною не менее 6 км (малая диаго

наль ромба) с точностью 1 : 1 000 000 и из вычислений опреде

ляется большая диагональ, служащая выходной стороной. На

обоих концах базисных сторон (выходных сторон) определяют

пункты Лапласа, т. е. астрономическую широту, долготу и

азимут.

В отдельных районах, если это целесообразно, взамен поли

гонов, образованных звеньями триангуляции 1 класса, может

строиться сплошная сеть триангуляции 1 класса. Базисные сто

роны и пункты Лапласа определяются в них примерно через

10 сторон.

Остальные характеристики астрономо-геодезической сети

приведены в табл. 3. Взамен звеньев триангуляции могут стро

иться звенья светодальномерной полигонометрии 1 класса, осо

бенно в закрытых, залесенных и труднодоступных районах,

где они эффективнее как в техническом, так и экономическом

отношении.

Для определения высот базисов и линий полигонометрии над

поверхностью эллипсоида, а также с целью изучения фигуры

Земли и ее гравитационного поля по всем рядам астрономо-гео-

дезической сети СССР проводится астрономо-гравиметрическое

нивелирование. Кроме того, выделяются ведущие ряды 1 класса

(они указаны в инструкции), являющиеся основными линиями

астрономо-гравиметрического нивелирования с более частым

расположением астропунктов (в среднем через 60 км) и особым

гравиметрическим сгущением вокруг них.

Триангуляция 2 класса строится в виде сплошных сетей тре

угольников, заполняющих полигоны триангуляции 1 класса. Она

является основной сетью, служащей для развития последую

щего сгущения и геодезического обоснования всех топографиче

ских съемок и инженерных сооружений. Благодаря своей высокой

точности, сеть 2 класса наряду с сетью 1 класса может быть

использована и для целей научного исследования. Треугольники

сети 2 класса должны по возможности приближаться к равно

сторонним. Избыточные диагональные направления * не приме-

* Диагональными называются направления, проходящие через не

сколько треугольников.

Показатели

Классы

Длина звена триангуляции (км)

200

— — —

Средняя длина стороны треугольника

или стороны хода полигонометрии (км)

20— 25 7— 20

5— 8

3—8*

2—5

Относительная ошибка базисной (вы

ходной) стороны

1/4 106 1/3-108

1/2-105

1/2-10»

Относительная ошибка измерения сто

рон в полигонометрии

1/30-104 1/25-104

1/20-10*

1/15 104

Наименьшая величина угла треуголь

ника

20°

Допустимая невязка углов в треуголь

нике

4" 6"

Средняя квадратическая ошибка угла

(по невязкам треугольников)

Средняя квадратическая ошибка астро

номических определений:

широты

долготы

азимута

0,7"

0 4"**

0,3"

0,03s

0,5"

1,5"

* Для ходов полигонометрии.

** Для ходов полигонометрии подсчитывается по внутренней сходимости получен

ных результатов измерений.

няются. В зависимости от физико-географических условий сред

ние длины сторон сети триангуляции 2 класса могут колебаться

в пределах от 7 до 20 км, причем в каждом отдельном случае

выбор длин сторон должен быть экономически обоснован. Уве

личение длин сторон допускается в районах со значительными

водными пространствами, труднопроходимыми болотами, высо

кими горами и большими массивами незакрепленных песков.

Сеть 2 класса надежно связывается с сетью 1 класса. Ба

зисные стороны располагаются не реже, чем через 25 треуголь

ников, причем одна из них — примерно в середине полигона

1 класса и на ее концах определяются пункты Лапласа. Чем

больше длины сторон сетей, тем чаще должны располагаться

базисные стороны и для сетей, построенных из крупных тре

угольников, расстояние между базисными сторонами не дол

жно превышать 10—15 треугольников. Технические характери

стики сети 2 класса так же, как и сетей 3 и 4 классов приве

дены в табл. 3.

На рис. 63 представлена типовая схема построения сети

2 класса внутри полигона 1 класса со сгущением ее пунктами

3 класса для обеспечения необходимой густоты пунктов

(1 пункт на 50—60 км2).

В некоторых случаях такая густота пунктов может дости

гаться построением внутри полигона 1 класса только сети

Условные зн а ки :

-к Пункт Лапласа---------------Сторона триангуляции 1кла сса

----------------

Сторона триангуляции

ш ш х ба зи с — Сторона триангуляции! класса 3класса

Рис. 63. Схема построения сетей триангуляции 2 и 3 классов

2 класса с длинами сторон 7—8 км, лишь в отдельных местах

сгущаемой пунктами 3 класса. Однако следует иметь в виду,

что в последнем случае происходит быстрое накопление ошибок

построения сети и значительно возрастает влияние ошибок оп

ределения элементов приведения на точность измерения углов.

Взамен триангуляции 2 класса допускается построение сети

методом полигонометрии, детальная схема которой должна раз

рабатываться в каждом конкретном случае.

Триангуляция 3 и 4 классов является дальнейшим сгуще

нием государственной геодезической сети для целей крупно

масштабного картографирования и обоснования инженерных со

оружений. Государственная геодезическая служба развивает

сети преимущественно до 3 класса включительно. Сети 4 класса,

как правило, строятся в необходимых случаях заинтересован

ными ведомственными организациями.

Триангуляция 3 и 4 классов строится в виде вставок систем

или отдельных пунктов в сети старших классов с обязательным

измерением всех трех углов треугольников. Длины сторон в се

тях 3 класса, как правило, равны 5—8 км, а в сетях 4 класса —

2—5 км.

Взамен триангуляции 3 и 4 классов может прокладываться

сеть полигонометрии соответствующего класса. Полигономет

рические ходы прокладывают в виде систем или одиночных хо

дов, опирающихся на пункты высшего класса, причем в ходах

между узловыми пунктами и узловыми и исходными пунктами

должно быть не более двух точек поворота. Наименьшая допу

стимая сторона полигонометрии 3 класса 3 км, а 4 класса —

2 км. Пункты государственной геодезической сети всех классов

должны иметь высоты, полученные из геометрического или три

гонометрического нивелирования.

На всех пунктах государственной геодезической сети уста

навливаются по 2 ориентирных пункта на расстоянии от 500 до

1000 м (в лесу не ближе 250 м).

Все пункты государственной геодезической сети, а также

ориентирные пункты закрепляются на местности надежными и

долговременными подземными сооружениями (центрами).

Государственная геодезическая сеть, начиная с 1948 г., стро

илась по схеме и программе, которые нашли отражение в «Ос

новных положениях 1954—1961 гг.» До этого государственные

сети создавались по «Основным положениям 1939 г.» «Основ

ные положения 1939 г.» с небольшими изменениями воспроиз

водили схему Ф. Н. Красовского, разработанную им в 1928 г.

Эта сеть по точности была рассчитана на создание обоснования

съемок масштаба 1 : 10 000 и мельче. Она состояла из рядов

1 класса, образовывавших полигоны астрономо-геодезической

сети с длинами звеньев в 200—250 км при средней длине сто

рон треугольников 25—30 км с базисными сетями и пунктами

Лапласа на концах. Полигон триангуляции 1 класса разбивался

на четыре-шесть частей основными рядами триангуляции

2 класса, однако с начала 40-х годов основные ряды этого

класса потеряли свое значение и их перестали строить.

Части полигона внутри рядов 1 класса и основных рядов

2 класса заполнялись сплошной сетью триангуляции 2 класса,

служившей основой для триангуляции 3 класса, пункты кото

рой определялись вставками в треугольники высших классов.

Дальнейшее сгущение осуществлялось пунктами 4 класса, ко

торые определялись прямыми, обратными и комбинированными

засечками.

Недостатком этой схемы, помимо ориентирования па мас

штаб 1 : 10 000, было то, что для триангуляции 2, 3 и 4 классов

была установлена пониженная точность измерений, не соответ

ствовавшая возможностям поступавших в производство новых

приборов для угловых и линейных измерений. Схема построения

триангуляций 3 и 4 классов была довольно примитивной, для

закрепления их пунктов применялись центры упрощенной кон

струкции, которые быстро утрачивались на местности.

Геодезические сети 1 класса в зарубежных странах отлича

ются как формой и величиной полигонов, так и видом и раз

мерами геометрических фигур, составляющих звенья. В них

преобладают геодезические четырехугольники и центральные

системы. Различно также расположение в сетях базисов и ази

мутов Лапласа, расстояние между ними (их частота) и средние

квадратические ошибки измерения углов (0,3"—-ГДР, 1 —1,2" —

в США и других странах). Заполняющие сети строятся одно

типно и различие заключается только в количестве ступеней,

на которые они подразделяются (в некоторых странах дости

гают шести), и в точности проводимых измерений.

Характерной особенностью работ последних лет является

стремление повысить точность и надежность сетей 1 класса оп

ределением в них допплеровских пунктов, т. е. пунктов, коорди

наты которых определены спутниковыми методами. Они распо

лагаются на расстоянии нескольких сот километров друг от

друга и должны служить независимым контролем результатов

измерений классическими астрономо-геодезическими методами.

Средняя квадратическая ошибка определения координат доп

плеровским методом в настоящее время достигает 1 м, а рас

стояний между пунктами 0,3 м.

Морские геодезические сети. В настоящее время одной из

важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является ос

воение богатств Мирового океана. Изучение морей и океанов

с целью использования их сырьевых и биологических ресурсов

невозможно без развития соответствующего геодезического обос

нования в виде морских геодезических сетей. Они служат осно

вой для картографирования акваторий морей и океанов и в пер

вую очередь — для создания топографических карт в зоне

шельфа, а также для геодезического обеспечения всевозможных

работ по хозяйственному освоению дна морей и океанов (при

вязки буровых скважин, мест добычи полезных ископаемых,

прокладки трубопроводов и других строительных работ).

Нужны они и при проведении геофизических съемок, при изу

чении гравитационного и магнитного полей, верхней мантии и

связанных с нею тектонических и геофизических явлений.

Такие сети прокладываются различными средствами: визу-

ально-оптическими и радиогеодезическими — вблизи берегов,

спутниковыми, гидроакустическими и астрономическими — в от

крытых морях и океанах.

Для измерения под водой применяют гидроакустические

средства с использованием ультразвуковых колебаний. Этот

метод основан на определении расстояния по времени прохож

дения звука от установленного на дне специального гидроаку

стического буя до надводного или подводного корабля. Он

является наиболее точным методом, ошибка определения рассто

яний 2—5 м. Наименее точным методом является астрономиче

ский, в котором ошибка определения положения судна доходит

до 2—4 км.

Основным методом определения планового положения пунк

тов являются всевозможные засечки, а также проложение спе

циальных съемочных маршрутов — галсов между опорными