Хаимов 3.С. Основы высшей геодезии
Подождите немного. Документ загружается.
пунктами с известными координатами. Одновременно опреде
ляется глубина морского дна (эхолотом или др. средствами).
Система пересекающихся галсов образует сложную геодезиче
скую сеть.
Постоянные и временные пункты морских геодезических се
тей закрепляются специальными геодезическими знаками. В от
крытом море — это различные подводные акустические устрой
ства. Знаки бывают пассивными, отражающими падающие на
них звуковые колебания, и активными, оборудованными устрой
ствами по приему и излучению ультразвуковых сигналов.
Глава 10
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ
ПРИ СОЗДАНИИ ГОСУДАРСТВЕННОЙ
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ
§ 49. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Ведущей организацией по выполнению основных геодезических
работ на территории СССР является Главное управление гео
дезии и картографии (ГУГК) при Совете Министров СССР.
Кроме него топографо-геодезическими и съемочными работами
занимается ряд ведомственных организаций. Аэрофотосъемоч-
ные работы для нужд ГУГК, Госстроя и других ведомств прово
дят авиационные отряды Министерства гражданской авиации
по разрешению ГУГК.
ГУГК при Совете Министров СССР проводит геодезические,
топографические и картографические работы на территории
всей страны, издает карты различных масштабов, осуществляет
контроль за топографо-геодезическими работами, выполняе
мыми различными ведомствами, и за использованием их в об
щегосударственных целях.
Основными производственными подразделениями ГУГК яв
ляются топографо-геодезические предприятия и картографиче
ские фабрики, выпускающие как специальные (общегеографи
ческие, справочные, учебные, туристические) карты и атласы,
так и топографические карты разных масштабов. Кроме них
производственной деятельностью занимаются Союзмаркш-
трест*, обслуживающий топографо-геодезическими работами
горно-добывающую промышленность и ПКО «Картография»**,
выполняющая редакционно-составительные работы и подго
товку атласов и карт к изданию.
В состав ГУГКа входят научно-исследовательские инсти
туты: Центральный научно-исследовательский институт геоде
* Союзмаркштрест — Всесоюзный маркшейдерский трест.
** ПКО — Производственное картосоставительское объединение.
зии, аэрофотосъемки и картографии (ЦНИИГАиК) и Научно-
исследовательский институт прикладной геодезии (НИИПГ).
ЦНИИГАиК имеет в своем подчинении Экспериментальный оп
тико-механический завод, выпускающий опытные и серийные
высокоточные геодезические приборы.
Для изучения природных ресурсов Земли в 1974 г. был соз
дан государственный научно-исследовательский и производ
ственный центр «Природа».
Контроль за топографо-геодезическими работами, проводя
щимися на территории СССР ведомственными организациями,
ГУГК осуществляет через отделы Государственного геодезиче
ского надзора, находящиеся при республиканских советах ми
нистров и крупных областных (краевых) исполкомах Советов
народных депутатов.
Сбор, систематизацию, хранение материалов и ведение де
журной карты, а также составление и издание отчетов по ис
полненным работам осуществляет Центральный картографо-
геодезический фонд (ЦКГФ).
ГУГК осуществляет подготовку кадров специалистов сред
него звена в топографических техникумах, находящихся в его
ведении.
Основу топографо-геодезического предприятия составляют
полевые экспедиции и камеральные цехи. Руководство ими осу
ществляется отделами предприятия (рис. 64): планово-произ-
водственного, технического контроля, кадров, нормирования
труда и заработной платы, материально-технического снабже
ния, проектного бюро, центральной бухгалтерии, общего, хо
зяйственного. Кроме того, в предприятии имеются вычислитель
ный центр, цехи подготовки и хранения материалов, инструмен
тально-механический, радиослужба, центральный материальный
склад, камеральное производство, опытно-исследовательская
лаборатория (ОИЛ).
Полевые экспедиции (рис. 65) являются первичными произ
водственными единицами, работа которых построена на хозяй
ственном расчете и самостоятельном балансе финансово-хозяй
ственной деятельности. Руководство в экспедициях осущест
вляется начальником и его первым заместителем — главным
инженером. В зависимости от района работ экспедиция состоит
из 6—10 партий и одной или нескольких вычислительных бригад.
В последние годы создаются более крупные подразделения
предприятий стационарного типа — объединенные комплексные
экспедиции (ОКЭ), выполняющие на определенной территории
весь комплекс топографо-геодезических и маркшейдерских ра
бот, а также городские геодезические конторы (ГТК), проводя
щие полный комплекс топографо-геодезических работ в соот
ветствующих городах. К экспедиции прикомандирован инспек
тор ОТК, подчиняющийся начальнику ОТК предприятия. Всю
готовую продукцию начальник или главный инженер экспедиции
предъявляет инспектору ОТК, после приемки которым, она от-
Рис. 64. Схема структуры топографо-геодезического предприятия
правляется в цех подготовки и хранения материалов предпри
ятия. Во главе партии стоит начальник, осуществляющий тех
ническое и хозяйственное руководство работой полевых бригад,
которых в партии бывает от 4 до 10. Руководит работой
бригады инженер или техник (в зависимости от вида работ).
Он же является непосредственным исполнителем геодезических
или топографических работ. Для выполнения соответствующих
задач в состав полевой бригады включают нужное число рабо
чих и транспортных средств. В бригады по высокоточным из
мерениям входят кроме инженеров еще и техники. Бригада ос
нащается необходимым количеством геодезических приборов и
лагерного оборудования. Обычно полевые бригады так же, как
и партии, являются специализированными, ведущими работы
определенного профиля. Существуют рекогносцировочные, стро
ительные, наблюдательные, базисные (линейных измерений),
нивелирные, топографические, дешифровочные и некоторые дру
гие партии и бригады. В последние годы появляются комплекс
ные партии и бригады, как, например, рекогносцировочно-строи
тельные. Широко внедряется работа по методу бригадного под
ряда.
Рис. 65. Схема структуры топографо-геодезической экспедиции
Партии и экспедиции базируются в районе проводимых ра
бот. По окончании их они перемещаются на новое место. На
ряду с ними существуют экспедиции со стационарной базой
своего расположения.
Количество камеральных цехов топографо-геодезического
предприятия зависит от объема работ и числа работников
в них. Обычно создаются следующие цехи: вычислительный,
стереотопографический, фотограмметрический, картографиче
ский, фотолабораторный. Бригады в зависимости от выполняе
мых процессов состоят из 8— 12 исполнителей (инженеров, тех
ников) .
Картографические фабрики являются самостоятельными хо
зяйственно-расчетными производственными единицами с само
стоятельным балансом финансовой деятельности. Структура
управленческого аппарата картографической фабрики анало
гична структуре топографо-геодезического предприятия.
Основными производственными единицами картографической
фабрики являются цехи: картосоставительский, подготовки
форм, офсетный, наклеечный, переплетно-брошюровочный и ти
пографский. Кроме того, в ее составе имеется техническая ре
дакция, лаборатория, служба главного механика.
Основными процессами при построении государственной гео
дезической сети являются: проектирование, рекогносцировка,
постройка знаков и закладка нивелирных реперов, линейные
(базисные) измерения, астрономические определения, наблюде
ния пунктов триангуляции и полигонометрии, нивелирование,
гравиметрические определения, вычислительные работы.
Из всех указанных процессов наибольших затрат труда и
средств требует постройка геодезических знаков. Эти затраты
в некоторых районах достигают 50—70 % от затрат, необходи
мых для построения геодезической сети. В равнинных и степных
районах они меньше. Вообще соотношение затрат по процессам
сильно зависит от физико-географических условий района ра
бот. В среднем на все полевые работы приходится примерно
90% средств, а на камеральные — около 10% всех потребных
затрат.
Продолжительность полевого сезона зависит от физико-
географических условий района и колеблется от трех (на се
вере) до десяти (на юге) месяцев.
§ 50. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕКОГНОСЦИРОВКА
ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Построение основных геодезических сетей осуществляется по
заранее разработанным и утвержденным в установленном по
рядке техническим проектам. Технические проекты — это доку
менты, устанавливающие организационные и технические прин
ципы проектируемых работ, определяющие их содержание,
объем, методику, размещение и сроки, а также сметную стои
мость. Проекты являются основными документами на проведе
ние полевых работ и составление техпромфинплана предприя
тия. Полнота финансирования, обеспечение кадрами, техниче
скими средствами и оборудованием также в значительной сте
пени зависят от качества составленного проекта.
Специфика геодезического производства большей частью не
позволяет приступить к окончательному составлению проекта
сразу по получении задания на проектирование. Ему предшест
вует целый комплекс подготовительных мероприятий, имеющих
целью обстоятельное изучение территории предстоящих работ
как по литературным и картографическим источникам, так и
путем непосредственного обследования местности. Схематически
этот комплекс мероприятий можно представить так: 1) получе
ние технического предписания или производственного задания
на проектирование работ; 2) сбор и изучение необходимого
материала; 3) геодезическое обследование района предстоящих
работ; 4) составление предварительного технического проекта;
5) проведение рекогносцировки; 6) составление окончательного
технического проекта.
В зависимости от конкретных условий и особенностей уча
стка, поставленных задач и наличия технических средств эта
схема может сильно меняться. Например, при проведении работ
в обжитых районах по соседству с участком, сходным по фи-
зико-географическим условиям, где недавно были выполнены
аналогичные работы, геодезическое обследование может не про
водиться. При проектировании работ по картам крупных мас
штабов (1:25000— 1:10000) надобность в предварительном
проектировании отпадает.
1. Техническое предписание или производственное задание
на проектирование геодезических сетей. Построение государст
венных геодезических сетей ведется по единому перспективному
плану и в принятой очередности. Поэтому задание на проекти
рование производственным подразделениям дается вышестоя
щей организацией (ГУГК).
В техническом предписании указываются цели и задачи про
ектируемых сетей, границы участка, методы выполнения, техни
ческие требования и сроки исполнения. Предписание сопровож
дается картосхемами, на которых показывается географическое
положение проектируемых объектов. Под объектом понимается
участок местности, на котором проводится комплекс топографо
геодезических работ, включенных в один технический проект,
например, триангуляция 1 класса, состоящая не более чем из
4—5 звеньев, или сеть триангуляции 2, 3 и 4 классов, покрываю
щая территорию в 15—20 тыс. км2 и обязательно примыкающая
к звеньям или сетям 1 класса, или другие работы определен
ного целевого назначения.
2. Сбор материалов. По получении задания на проектирова
ние приступают к сбору материалов, необходимых для состав
ления проекта.
Он заключается в подборе'различных картографических и
литературных источников, освещающих геоморфологию, клима
тологию, речную и дорожную сеть, населенные пункты, геогра
фию, экономику района и его геодезическую изученность.
От полноты и обстоятельности проведения сбора материалов
часто зависит как объем геодезических работ, так и исключе
ние случаев их перекрытия.
3. Геодезическое обследование. Основной целью геодезиче
ского обследования является изучение района предстоящих ра
бот непосредственно на месте, ознакомление с его физико-гео
графическими и иными условиями, которые могут отразиться
па постановке точных геодезических измерений. В задачи геоде
зического обследования входят выявление всех изменений, про
исшедших на данной территории со времени последнего карто
графирования, определение трудоемкости проектируемых работ
и осуществление необходимых организационных мероприятий.
Геодезическое обследование особенно необходимо в малоизу
ченных, необжитых и труднодоступных районах.
4. Проектирование государственных геодезических сетей.
При решении поставленной технической задачи с минималь
ными затратами труда и средств очень важно, чтобы в техни
ческих проектах прежде всего учитывались общегосударствен
ные интересы, новейшие достижения науки и техники, передо
вые методы труда и нормы выработки. Для правильного выбора
схемы построения сети и методики проведения работ должны
быть ясно указаны их назначение и необходимая точность от
дельных элементов сети.
Технический проект состоит из текстовой и графической ча
стей. Графическая часть составляется, как правило, на топогра
фических картах масштаба 1 : 100 000 с учетом ранее проложен
ных триангуляций, полигонометрии и нивелировок, а также
с учетом физико-географических и экономических условий и ре
зультатов геодезического обследования района предстоящих ра
бот. При составлении графического проекта сети рассчитывают
ориентировочные высоты знаков, уточняемые в процессе реког
носцировки. Из всех возможных вариантов построения сети вы
бирают такой, который экономически выгоднее других.
В текстовой части помимо физико-географической характе
ристики и топографо-геодезической изученности приводится об
основание принятого варианта построения сети и объемов про
ектируемых работ, рассчитывается их сметная стоимость и
сроки выполнения.
Для удобства пользования и учета каждому проекту при
сваивают название и условный шифр. Технические проекты
1 класса именуют по названиям конечных базисных сетей (сто
рон), а 2 и 3 классов — по экономическому или географо-адми-
нистративному признаку, характеризующему данный район.
Предварительная оценка точности элементов
геодезической сети. Расчеты по определению точности
различных элементов геодезической сети проводят как до ее
построения — при проектировании, так и по завершении ра
бот— в процессе уравнивания, а также при установлении ка
чественных соотношений между элементами существующих и
вновь развиваемых сетей разных классов.
Такие расчеты необходимы для технически грамотной и эко
номически рациональной постановки работ, ибо от заданной
точности зависит выбор методов измерений, схем построения
сети, подбор приборов и кадров, объем потребных затрат труда,
времени и средств. Чем точнее сеть, тем больший срок требу
ется для ее построения, тем она дороже.
Под оценкой точности понимают вычисление средних квад
ратических ошибок различных элементов проектируемых гео
дезических сетей. При этом о точности судят по тем ошибкам,
с которыми получаются элементы сети после их уравнивания и
вычисления окончательных значений. Обычно рассматривают
ошибки длин и азимутов (дирекционных углов) сторон, про
дольные и поперечные сдвиги диагоналей ряда геометрических
фигур или замыкающих линий ходов.
Оценка точности элементов сети и их функций проводится
по формулам метода наименьших квадратов [1]:
mF = fi л/1IPF , (Ю-1)
где (х, mF — соответственно средняя квадратическая ошибка
единицы веса, находимая из уравнивания или задаваемая Ин
струкцией, или известная заранее по аналогичным геодезиче
ским построениям, и ошибка функции; v — поправки из уравни
вания к измеренным величинам с весом р\ г — число избыточ
ных измерений; 1 /PF = fTQf — обратный вес функции уравнен
ных элементов, в которой [— матрица коэффициентов весовой
функции; Q — матрица весовых коэффициентов, элементы кото
рой вычисляются по коэффициентам нормальных уравнений [19].
На стадии проектирования оценка точности обычно прово
дится по приближенным формулам, полученным для тех или
иных типовых геодезических построений исходя из формулы
( 10.1) [21].
В массовых однотипных геодезических построениях вместо
указанных подсчетов по формулам устанавливают стандартные
формы геометрических фигур, для которых по проведенным
ранее исследованиям определен характер накопления ошибок.
При этом указываются допустимые уклонения от типовой фи
гуры с таким расчетом, чтобы в худшем случае нарушения гео
метрической формы фигур приводили к искажению элементов
сети на небольшую и заранее определенную величину.
5. Рекогносцировка геодезических сетей. Основным назначе
нием рекогносцировки является перенос проекта в натуру и
уточнение его путем изыскания па местности выгоднейшего
Рис. 66. Схема влияния кри
визны Земли и рефракции на
высоту визирного луча
Рис. 67. Схема определения
высот сигналов
С ’
варианта построения намеченной сети, а также окончательный
выбор местоположения пунктов с установлением конструкции
и высот знаков и типов подземных центров.
Рекогносцировка выполняется инженером-геодезистом или
техником, имеющим соответствующий опыт рекогносцировочных
работ. Эти лица являются руководителями специальной реко
гносцировочной бригады, в которую входят также рабочие и
транспортные средства. В настоящее время, особенно в трудно
доступных и малообжитых районах, рекогносцировку проводят
одновременно с постройкой знаков, поэтому рекогносцировщи
ков придают к нескольким строительным бригадам или создают
комплексные рекогносцировочно-строительные бригады.
По окончании рекогносцировки представляются соответ
ствующие документы и объяснительная записка, в которой ос
вещаются физико-географические и экономические условия рай
она, техническая сторона работ и соображения по их лучшей
организации.
Расчет высот сигналов. Вследствие больших расстояний между
пунктами, с которыми имеют дело в государственных геодезических сетях,
для обеспечения между ними взаимной видимости необходимо учитывать
кривизну Земли и поднимать в конечных точках визирный луч на определен
ную высоту даже в случае идеально ровной поверхности (рис. 66).
Указанная высота несколько уменьшается от понижения луча вслед
ствие земной рефракции, возникающей при прохождении светового луча
в слоях атмосферы различной плотности (с высотой плотность атмосферы
падает и коэффициент преломления меняется). Рефракция искривляет луч
вогнутостью к земной поверхности (пунктирная линия на рис! 66). Поэтому
при расчете высот сигналов учитывают совместное действие кривизны Земли
и рефракции (см. гл. 12) v = (1 — k)s2/2R, где k — коэффициент рефракции,
R — радиус Земли, км. Величина v, называемая поправкой за кривизну Земли
и рефракцию, показывает, на какую высоту надо подняться, чтобы на ров
ной местности увидеть горизонт на расстоянии s км.
Поскольку идеально ровных поверхностей на местности не имеется, при
расчете высот знаков необходимо еще учитывать и различные препятствия,
Рис. 68.
сигнала
Схема корректировки высоты
которые встречаются на пути
прохождения визирного луча,
определять высоту, на которую
надо поднять луч, чтобы пере
крыть их.
Общая высота визирного
луча (рис. 67) в конечных
пунктах определяемой линии
рассчитываются по формулам
^4 = h-А + а, + va ,
1в = Ьв + а + vB, (Ю.2)
где 1А и I в — высоты геодезических сигналов на конечных пунктах линии,
hA и hB — превышения вершины препятствия над основаниями первого и вто
рого пунктов, взятые со своим знаком, а —-высота луча над препятствием,
установленная инструкцией.
Поправка v ( m ) приближенно может быть подсчитана по формуле
v = s2/ 15, (10.3)
где s — расстояние от знака до препятствия в км.
Величины v выбирают из специальных таблиц, приведенных в пособиях
по рекогносцировке, h определяют либо по карте как hx = Hc—НА и
= Я С—#в, где Н — отметки пунктов и препятствия, снятые с карты, либо
вычислением по измеренным зенитным расстояниям по формуле
h -- s ctg г -|- v -| i — I,
(10.4)
где г — высота инструмента; I — высота наблюдаемой точки над землей.
Если в створе между пунктами несколько препятствий, то высоты сиг
налов подсчитывают для каждого отдельно и выбирают сигнал максималь
ной высоты. По формулам (10.2) вычисляют высоты сигналов, необходимые
для получения взаимной видимости по каждому направлению с данного
пункта на смежные.
После расчета высот сигналов подбирают выгоднейшую их комбинацию
по каждой паре пунктов. Обычно экономически выгоднейшей высотой пары
пунктов считается пара с наименьшей суммой высот.
Определив выгоднейшую высоту какого-либо сигнала (лучше всего даль
него от препятствия), или в случае, когда рекогносцировка начинается от
уже построенного знака, а также после выбора по вееру направлений на
данном пункте максимальной высоты сигнала необходимо откорректировать
высоту второго пункта. Пусть, например, рассчитанную по формуле (10.2)
высоту в пункте А (рнс. 68) пришлось изменить на AhA = l'A—1А (новое
значение высоты минус прежде рассчитанное). Затем определяют изменение
рассчитанной по (10.2) высоты второго сигнала ДhB, а именно, из подобия
треугольников будем иметь
— &hA/sA = M b /sb, откуда ДЛВ = — (10.5)
Окончательно значение высоты сигнала в пункте В будет
= "Ь (10.6)
Для контроля рассчитанных аналитически высот определяют высоту сиг
нала графически (очень часто ограничиваются только графическим определе
нием высот сигналов) [21].
§ 51. ПОСТРОЙКА ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ЗНАКОВ
Все пункты геодезических сетей закрепляются на местности
специальными геодезическими знаками. Они состоят из двух
основных частей: подземной — центра пункта, и устанавливае
мого над ним наружного сооружения — геодезического сигнала.
Геодезические сигналы слу
жат для проведения угловых,
свето- и радиодальномерных из
мерений и имеют приспособле
ния для установки прибора,
платформы для наблюдателя и
визирного устройства.
Центры геодезических знаков
закладываются в землю и слу
жат для обеспечения неизмен
ного положения собственно
геодезического пункта и его со
хранности в течение продолжи
тельного времени, а также для
обозначения тех неподвижных
точек, к которым приводятся все
угловые и линейные измерения.
Геодезические сигналы явля
ются специальными инженер
ными сооружениями, конструк
ции которых разрабатываются
по правилам строительной механики. Они должны обладать
хорошей устойчивостью, жесткостью и прочностью для обес
печения их долговременной сохранности.
В зависимости от конструкции, высоты и подставки для
Рис. 69. Тур с пирамидой (а)
и металлический штатив с визир
ной целью (б)