Модуль №2 Картография. Экологическое картографирование. Лекция №4 Карты. Мелкомасштабные карты

Лекция (Подготовка к полевой практике )
 (Самостоятельное изучение)

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ МЕСТНОСТИ

Виды съемок местности

Съемки местности — это один из этапов производственных работ, предшествующих созданию крупномасштабной карты или плана. Производственные работы подразделяются на следующие стадии:

- подготовительный этап, который определяет цель и технологию выполнения производственных работ; осуществляется подготовка материалов к проведению полевых съемок;

- полевые работы, в результате которых получают серии цифрового материала, из них после электронной обработки получают непосредственно съемочные оригиналы карт. Иногда полевые работы завершаются созданием полевого оригинала карты, что предусматривается заранее производимым видом съемки;

- камеральные работы, которые выполняются на производстве для получения окончательных, отредактированных оригиналов карт, направляемых в издательское производство для подготовки к изданию и тиражированию.

Основные полевые картографо-геодезические работы выполняются электронными тахеометрами, нивелирами и дальномерами или с использованием - GPS оборудования и программного обеспечения для обработки - GPS измерений. Выбор того или иного прибора обусловливается производственным заказом на выполнение видов съемки требуемой точности.

1. В зависимости от целей производства крупномасштабные съемки подразделяются на плановые, планово-высотные и высотные.

Съемка называется плановой (горизонтальной), если в результате получают данные только плановых координат точек. В этом случае производят планы местности. Такая съемка выполняется для прокладки геодезических сетей, являющихся основой для создания планов местности, на которых не отображается рельеф.

Планово-высотная (топографическая) съемка требует помимо плановых координат точек получать еще и высотную характеристику — высоту над уровнем моря Н В результате накапливается цифровой материал для создания топографической карты.

Под высотной съемкой понимают прокладывание нивелирных ходов и съемку горизонтальных участков местности с целью определения превышений между точками (АЛ).

2.Существует и другая классификация видов съемки — по используемым  приборам.

 Так, теодолитная и буссольная (компасная) съемки применяются для производства плановых съемок. Буссольная съемка по точности значительно ниже теодолитной, поэтому выполняется в особых случаях, когда, например, отсутствует видимость между точками.

Тахеометрическая съемка выполняется для получения полевых оригиналов топографических карт, требующих вычисления плановых и высотных координат точек. В горных условиях съемка местности с большими углами наклона ведется фототеодолитом или кипрегелем.

Одним из точных и продуктивных видов съемки является нивелирование. Нивелир с высокой степенью точности позволяет получать высотные характеристики точек местности, отдельные модели нивелиров предоставляют также координаты в горизонтальной и наклонной плоскостях. Нивелирование может производиться для прикладных геодезических работ: при строительстве разнообразных объектов, ландшафтном планировании территории, прокладки всевозможных трасс и т. д. Различают геометрическое нивелирование, производимое горизонтальным лучом нивелира, и тригонометрическое — наклонным лучом тахеометра.

В последние годы широко получили развитие автоматизированные методы крупномасштабных съемок с применением лазерных приборов, электронных тахеометров в комплекте с компьютером и плоттерами.

3.Для проведения специальных географических исследований и в учебных целях используются углоначертательные виды съемок,  по результатам которых непосредственно на планшете получается съемочный оригинал карты. К таким видам съемок можно отнести  мензульную и глазомерную съемки. Мензульная съемка используется в учебных целях и крайне редко для специальных географических исследований, промышленно мензульная съемка широко применялась в XIX в. и до середины XX в. Мензуальная съемка применяется в сочетании с фотопланом местности, укрепленным на рабочей поверхности мензулы. Использование  фотоснимков местности позволяет значительно сократить время производства съемок, повысить точность и качество получаемых оригиналов карт. Такая съемка называется аэрофототопографической (комбинированной). Ей обязательно предшествует аэрофотосъемка местности. В современном производстве мензула используется при полевом контроле созданных оригиналов карт.

Глазомерная съемка отличается невысокой точностью, но может быть весьма полезна для проведения географических исследований местности, а также для рекогносцировочных работ перед основными съемками. Может выполняться и для предварительного ознакомления с территорией.

Топографические карты чаще получают обновлением устаревших карт, в этом случае используют современные фотограмметрические способы, а также компьютерные технологии с использованием геоинформационных систем (ГИС). Для выполнения геодезических измерений на местности используются современные приборы, такие как лазерный построитель угла 90°, лазерные многофункциональные построители плоскостей, дальномеры, электронные рулетки. Для географических исследований на местности могут применяться и простейшие приборы, такие как эклиметр, эккер, рулетка.

Планы и карты могут создаваться в виде цифровой модели местности (ЦММ), сохраняемой в информационной базе ПК. ЦММ — это совокупность множеств пространственных координат точек, отображающих земную поверхность во всем ее многообразии. Информация о ЦММ может быть собрана в результате наземной съемки или сканирования со снимков или ранее созданных карт и планов. Полученная может храниться и обновляться в процессе поступления но­вых сведений о местности.

При использовании цифрового и графического материала космических съемок повышается содержательность изготовляемых карт, появляются новые технологические возможнос­ти их создания, поэтому все чаще космические материалы участвуют в производственном цикле работ.

Съемки местности имеют в своей базовой основе сеть плановых и высотных точек, координаты которых вычислены с высокой точностью. Такие точки зафиксированы по всей земной поверхности с достаточной частотой и являются пунктами государственной геодезической сети.

НАЗЕМНЫЕ СЪЕМКИ ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ

НИВЕЛИРОВАНИЕ

Рельеф местности в с/х имеет важное значение, т.к. технологические процессы тесно связаны тесно связаны с обработкой земли. Рельеф учитывают при землеустройстве (размещение полей севооборотов, лесополос, многолетних насаждений и т.д.), в мелиорации (проектирование каналов, гидротехнических сооружений, вертикальная планировка земель и т.д.), в строительстве (проектирование дорог, строительство различных производственных сооружений и жилых помещений и т.д.)

Для отображения рельефа на картах, планах и профилях необходимо знать высоты точек местности. С этой целью производят нивелирование, т.е. вертикальную съемку, под которым подразумевают полевые измерительные действия, в результате которых определяют превышение одних точек местности над другими. Затем по известным высотам исходных точек определяют высоты остальных точек относительно принятой уровенной поверхности.

Под нивелированием понимают высотную съемку, конечная задача которой — получение сведений о высотных отметках точек местности. Нивелирование производят часто в дополнение к плановой съемке, если нужно дать высотную характеристику какого-либо участка местности. В зависимости от методики проведения съемки нивелирование подразде­ляется на геометрическое, тригонометрическое и физическое. Геометрическое нивелирование выполняется приборами со строго горизонтальным лучом. Тригонометрическое — приборами с наклонной трубой. Физическое нивелирование выполняется с помощью барометра. Методика определения превышения связана с измерением давления в каждой точке местности, так как его величина обратно пропорциональна высоте точки над уровнем моря.

Из перечисленных видов нивелирования самым точным является геометрическое, поэтому рассмотрим данный вид съемки.

Геометрическое нивелирование может быть простым, если высоты серии точек определяются по кругу от одной станции, и последовательным, если требуется определить превышение между двумя удаленными точками. В зависимости от положения инструмента относительно реек различают нивелирование «из середины» и нивелир Геометрическое нивелирование основано на определении превышений горизонтальным лучом. Нужно определить превышение Н между точками А и В, в них поставлены геодезические рейки, имеющие сантиметровые деления. В середине между рейками устанавливают нивелир, по горизонтальному лучу которого можно взять отсчеты по рейкам а и  (задняя и передняя рейки). Разница между этими отсчетами — величина превышения.

где Нв — неизвестная абсолютная высота точки В; НА — известная абсолютная высота точки А; ±НАВ — определяемое превышение между точками; а, Ъ — отсчеты по рейкам горизонтальным лучом нивелира; I — высота инструмента, используемая при простом нивелировании.

а)      б)

Рис. 36. Нивелир Н-3 и поле зрения трубы нивелира.— мушка, 2 — закрепительный винт трубы, 3 — наводящий винт трубы, 4 — подъемные винты, 5 — круглый уровень, 6 — элевационный винт, 7 — фокусирующий винт трубы, 8 — окуляр, 9 — дальномерные нити, 10 — средняя нить,контактный уровень, видимый через призму прибора

Рис.37

Оптический нивелир С-410  Оптический нивелир С-330

ование «вперед» (рис..8, В современном производстве применяются нивелиры с компенсаторами, в которых ось трубы автоматически уста­навливается в горизонтальной плоскости (С-410) (рис. ).

2.Сущность геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование выполняют с помощью нивелира и нивелирных реек.

Нивелиром называют геодезический прибор, обеспечивающий при работе горизонтальную линию визирования. Он представляет собою сочетание зрительной трубы либо с цилиндрическим уровнем, либо с компенсатором. И уровень и компенсатор служит для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение.

Нивелирные рейки представляют собой деревянные бруски, чаще всего с сантиметровыми делениями, оцифрованные снизу вверх (от пятки).

Сущность геометрического нивелирования состоит в определении превышения одной точки над другой горизонтальным лучом нивелира по отсчетам на рейках, установленных отвесно в точках, между которыми определяют превышения. Геометрическое нивелирование обычно производится двумя методами: вперед и из середины.  Для определения превышения h между т.т. А и В методом вперед нивелир устанавливают в т. А, так, чтобы окуляр зрительной трубы находился над этой точкой, а рейку устанавливают отвесно в т. В. В т. А определяют высоту инструмента i как отвесное расстояние от центра окуляра до точки, над которой установлен нивелир (замеряют непосредственно или по нивелирной рейке или рулеткой). После приведения визирной оси в горизонтальное положение делают отсчет по рейке. Как видно из рисунка h – очевидно будет равно высоте нивелира минус отсчет по рейке(взгляд вперед) (  ).

Для более точного определения высоты нивелира, ее рекомендуется измерять отсчетом по рейке, устанавливаемый в задней точке А, при этом нивелир находится в 2-3 м от т.А.

Для определения превышения между точками А и В методом из середины, в этих точках устанавливают отвесно рейки, а между ними – нивелир (по возможности на равном расстоянии). Взяв отсчеты по рейкам в т.А и т.В получаем превышение h.  т.А называется задней, а т.В – передней. Следующее превышение передней точки над задней равна взгляду назад, минус взгляд вперед. Если передняя точка выше задней, то превышение положительное, а если ниже, то отрицательное. Зная высоту т.А и превышение т.В над т.А, можно получить высоту т.В. , т.е. высота последующей точки равна высоте данной точки плюс превышение между ними.

Высоту т.В можно также получить с помощью горизонта инструмента (горизонт прибора), т.е. отвесного расстояния от уровенной поверхности до визирной оси нивелира. ГИ называют также высоту визирного луча.

Как видно из рисунков  или  или  , т.е. горизонта инструмента равен высоте точки плюс высота прибора или высоте точке, на которой стоит рейка плюс отсчет (взгляд) на нее.

Зная горизонту инструмента, определяют высоту точки, на которую был сделан отсчет по рейке.  , т.е. высота точки равна горизонту инструмента минус отсчет по рейке на этой точке.

С помощью горизонта инструмента удобно определять высоты в тех случаях, когда с одной станции (точки стоянки нивелира) выполнены отсчеты по рейке в нескольких точках (плюсовые точки – объяснить что это такое).

Нивелирование с одной станции выполняют в тех случаях, когда определяют небольшие превышения между двумя точками, находящимися на расстоянии 100-200 м. При нивелировании трассы определяется значительное количество превышений между рядом точек, расположенных на расстоянии в нескольких метрах одна от другой. В этом случае проводится последовательное нивелирование на станциях У1,У2,…,Уn.

На местности точки нивелирных ходов всех классов закрепляются нивелирными ходами.

4.Нивелирные знаки

Нивелирные знаки – реперы и марки.

Реперы изготавливаются из материала, обеспечивающего длительную сохранность и неподвижность во времени в пределах точности измерений.

Основными материалами, из которых изготавливаются реперы, являются бетон, железобетон и металлические трубы, некоторые антикоррозионным материалом (битумом, эмалью и т.д.)

С целью обеспечения устойчивости реперов в грунте их нижние части располагают на 0,5м ниже промерзающего или протаивающего слоя, а верхние – ниже поверхности земли на 0,5м, т.к. действия сил высушивания наиболее значительно в самой верхней части промерзающего слоя.

есьма распространенным типом знака при крупномасштабных съемках является стенной репер, закладываемый в основание зданий и сооружений. Отливается из чугуна длинной 170 мм, диаметром выступающей части 4,5 мм. Закладывается в отверстие, заполненное цементным раствором. Выступает на 50 мм. На торце указывается организация, выполнившая работы и номер  . Рядом с репером в стене устанавливается охранная плита (  )(геодезический пункт, охраняется государством). На незастроенной территории в зоне сезонного промерзания на линиях нивелирования II,III и IV классов закладывают грунтовые реперы разметки.

Внешним оформлением грунтового репера служит х/б опознавательный знак с охранной плитой, установленной в 1,5 м от репера. Для закрепления линий технического нивелирования реперы типа 1Т и 2Т. Рядом с реперами на незастроенной территории устанавливаются опознавательные знаки, состоящие из бетонного блока-опоры и металлической трубы с металлической табличкой с указанием организации выполнявшей работы и номером знака.

В качестве временных знаков используют отмеченные масляной краской характерные точки железо-бетонных опор ЛЭП, мостов, фундаментов зданий, валунов и т.д., а также костыли или гвозди забитые в деревянные строения, опоры линии связи, деревянные столбы и т.д., а также металлические трубы, рельсы и т.д. с указанием организации и обозначении временного репера №…

Способ замкнутых полигонов.

Его выгодно применять при сложной ситуации и сильно выраженном рельефе участка. По линиям водоразделов, тальвегам, перегибов прокладывают магистрали с поперечниками. По магистрали прокладывают теодолитные ходы, после обработки получают координаты вершин. По этим координатам на плене наносятся магистральные линии. Нивелир магистралей и поперечников выносят так же, как и продольное нивелирование. Отметки точек на магистральные линии вычисляют по увязывающим превышениям и отметке одной из вершин магистрального хода, которая привязывается к реперу.

ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА

Теодолит используют для измерения горизонтальных и вертикальных углов при проложении опорных сетей между пунктами государственной геодезической сети с целью ее сгущения и дальнейшего обеспечения опорными точками.

Теодолитный ход может быть замкнутым, т. е. начинаться и заканчиваться на одной и той же точке опорной геодезической сети, или разомкнутым — соединять две удаленные друг от друга точки геодезической сети с известными координатами.

Принцип теодолитной съемки заключается в геометриче­ском способе нахождения координат последующей точки те­одолитного хода по известным координатам предыдущей и вычисленным в результате съемки приращениям координат Δу и Δх. После полевых измерений производится вычисление координат точек хода. Полученные координаты конечной точки сравниваются с теоретическими. Оценивается точность проведенных съемок. Если относительная ошибка измерений не больше предельной ошибки, оговоренной заранее для данных условий съемки, то полученные результаты полевых измерений уравниваются, т. е. ошибка измерений равномерно распределяется между всеми точками хода.

Последовательность теодолитной съемки.

 Перед производством съемки все вершины (точки) теодолитного хода закрепляют на местности колышками или другими марками, затем измеряют стороны и горизонтальные углы между •точками хода. По каждой стороне измеряют также угол наклона (вертикальный угол), чтобы вычислить горизонтальное проложение (s) стороны теодолитного хода. Эти измерения позволяют вычислить плановые координаты (х; у) всех точек хода Использование современных автоматизированных теодолитов (тахеометров) позволяет с высокой точностью получать  конечные результаты. Если теодолит используют для съемки контурной ситуации местности, то такую съемку называют тахеометрической. Быстрота достигается тем, что положение наблюдаемой точки в плане и по высоте определяют при одном наведении трубы тахеометра на рейку, получая расстояние, горизонтальный и вертикальный угол или превышение.

Современный тахеометр вычисляет автоматически расстояния, координаты и абсолютную высоту точки над уровнем моря.

На рисунке представлены современные теодолиты (тахеометры), используемые для геодезических работ. По точности теодолиты подразделяются на высокоточные, точные технические. Для тахеометрической съемки в учебных целях можно применить технические теодолиты с точностью измерения угла 15—30".

Рис.38 Электронный тахеометр СТ5-220 (а) и оптический теодолит

Т = 15 (б): 

1 — вертикальный круг;

2 — зрительная труба;

3 — фокусирующий винт трубы (на рис. не виден);

4 — цилиндрический уровень;

5 — лимб и алидада горизонтального круга;

6 — подъемные винты;

7 — наводящий винт трубы

Основные функции теодолита — измерение горизонтального и вертикального углов между наблюдаемыми точками местности.

При измерении горизонтального угла АВС направления ВА и ВС проектируются на горизонтальную плоскость, и между проекциями этих направлений и образуется горизонтальный угол (3, измеряемый в процессе теодолитной съемки . Роль горизонтальной плоскости у теодолита выполняет круг, называемый лимбом, на который нанесена круговая шкала с градусными делениями. При измерении угла лимб закрепляется в статическое положение. Центр лимба должен находиться точно в вершине измеряемого угла, поэтому теодолит устанавливают на точке местности на штативе и центрируют его оптическим отвесом.

Отсчет по лимбу фиксируется с помощью отсчетного устройства, расположенного на алидаде. Через зрительную трубу (2) теодолита оператор наблюдает точку А, а затем и точку С. Зрительная труба имеет фокусирующий и наводящий (7) винты, позволяющие точно направить вертикальную линию сетки нитей вдоль вешки (или рейки) в точку визирования. Разность отсчетов по лимбу дает величину горизонтального угла р (см. рис. ). Прибор должен работать в строго горизонтальном положении, т. е. вертикальная ось теодолита должна быть перпендикулярна горизонтальной плоскости, и в частности плоскости лимба. Для выполнения этого условия в горизонтальной плоскости прибора установлен цилиндрический уровень (4), который указывает на горизонтальность его. Регулируется уровень с помощью подъемных вин Вычисляя приращения координат (Ах и Ау), используют величины горизонтальных проложений наклонных линий местности АВ и ВС.

Для их определения измеряют углы наклона линий местности ВА и ВС с омощью лимба на вертикальном круге (1), скрепленном со зрительной трубой в одной плоскости. Алидада вертикального круга неподвижна. По ее верньерам отсчитывают деления лимба при визировании на точку А (см. рис. 5.5, б).

Рис. 39

Отсчеты теодолитом можно выполнить, если на точке визирования установить геодезическую рейку, по которой и вычисляют углы наклона. Поле зрения трубы и отсчетное приспособление алидады (шкала микроскопа) теодолита Т-15 изображены на рис.

Если в процессе съемки участвует прибор, не имеющий электронного устройства определения координат и высот, то горизонтальное проложение линий местности ВА определяют по формуле:

8 = П С08 V,

где 5 — горизонтальное проложение линии ВА; П — длина наклонного расстояния ВА на местности; v — угол наклона линии ВА.

+7 16,5

микроскопа горизонтального и вертикального кругов теодолита Т-15 (б);

а, Ь — дальномерный отсчет по рейке. Расстояния на местности вычисляются любым способом измерения длин линий в зависимости от заданной точности съемки (цапример, дальномером).

Нитяной дальномер трубы дает точность измерения линии 1:500 и несколько ниже для расстояний свыше 300 м. Поэтому его рекомендуется использовать для измерения коротких линий и применять для геодезических работ, в которых не требуется высокая точность измерений.

Тахеометрическая съемка производится теодолитом с целью топографической съемки ситуации местности на основе увязанного теодолитного хода или параллельно с теодолитными работами. Съемка зависит от правильно выбранной тактики проведения маршрутов съемочных ходов. Применяют следующие классические методы съемки: способ обхода, перпенди­куляров, створов, полярный, обратной и прямой засечек.

Инструментальное измерение расстояний на местности

Линейные измерения необходимы для любого вида съемок. Различают непосредственные измерения (рулетка, стальная лента, измерения шагами) и дальнемерные, выполняемые с помощью приборов. Применение способов измерения расстояний зависит от вида выполняемых съемок и класса их точности, а также от наличия приборов.

При всех измерениях на местности нужно учитывать, что измеряемая линия редко бывает горизонтальна, поэтому все линии, имеющие угол наклона, необходимо привести к уровню горизонта.

Горизонтальное проложение наклонных линий вычисляется автоматически при инструментальном измерении угла V, если используют электронные геодезические инструменты. Современные электронные тахеометры имеют встроенный дальномер и автоматически измеряют расстояния между точками при топографической съемке ситуации местности.

В настоящее время измерения длин линий электронными приборами, включая ОР8, вытеснили применяемые ранее достаточно широко измерения дальномерами, но при прокладке геодезического обоснования они еще используются. По принципу действия дальномеры подразделяются на электромагнитные и оптические.

Электромагнитные светло- и радиодальномеры обеспечивают высокую точность измерений. Принцип действия их основан на измерении двойного расстояния от прибора до отра­жателя, установленных в начальной и конечной точках измеряемого расстояния, и обратно. Время и скорость волны, посылаемой дальномером на отражатель, дает искомое расстояние.

Волна, посылаемая светодальномерами, представляет собой лазерный луч, имеющий очень низкое рассеяние. Дальность действия приборов от 0 до 20 км. Светодальномеры можно использовать в любое время суток и независимо от сезона года. Обязательным условием является наличие видимости между измеряемыми пунктами.

В современных ОРЗ-технологиях используется комплексное определение координат точек местности, и компьютерные технологии позволяют получить геодезическое обоснование для создаваемой карты. Поэтому в производственном цикле отпадает самостоятельная функция измерения расстояний.

Оптические дальномеры известны двух типов — с постоянным базисом и постоянным углом (Р). Первые применяют ограниченно. Специальная рейка с фиксированной длиной устанавливается в конечной точке измеряемого расстояния, дальномер дает величину угла (3, по которому и вычисляют |искомое расстояние. Точность измерений повышается при многократных приемах.

Все оптические геодезические инструменты снабжены нитяными дальномерами с постоянным углом. Принципиальная схема действия оптических дальномеров с постоянным углом представлена на рис. 5.7. Коэффициент дальномера — 100. В поле зрения трубы имеются две нити — верхняя и нижняя, число штрихов между ними, определяемое по геодезической рейке, помноженное на коэффициент 100, дает приблизительное измеренное расстояние (рис.). Чем дальше точки расположены друг от друга, тем больше погрешность измерения. Дальномеры с постоянным базисом используют при многократных измерениях сторон при прокладке геодезических сетей, триангуляцией, так как установка приборов на точках трудоемка и малопроизводительна.

 ПЛАНОВЫЕ СЪЕМКИ

НИЗКОЙ ТОЧНОСТИ

Буссольная (компасная) съемка

Буссольная съемка относится к плановым видам съемок, производится компасом или буссолью — геодезическим прибором, напоминающим компас и снабженным дополнительно шкалой и приспособлением для отсчитывания магнитных азимутов. Современные ориентир-буссоль и компасы приведены на рис.

Буссольные ходы прокладывают для построения основы будущего плана местности, когда необходимо сгустить имеющиеся опорные точки. Часто на производстве буссоль используют в закрытой местности или в условиях плохой видимости для ориентирования мензулы. В учебных целях в средней школе или в условиях географической экспедиции можно провести буссоль-ную съемку местности, имея в арсенале только компас.

Съемка плана местности состоит из построения опорного хода и последующих определений с точек этого хода направле­ний на объекты местности и расстояний до них. При прокла­дывании хода топограф продвигается последовательно от одного видимого объекта до другого, измеряя при этом магнитные азимуты и расстояния между съемочными точками. Для контроля измерений снимаются значения прямого и обратного азимутов направлений, а расстояния измеряются дважды. Самый доступный способ измерения расстояний — шагами. Обычно считают число пар шагов, покрывающих расстояние от одной съемочной точки до другой. Результаты записывают в журнал. Зная точно длину в метрах одной пары шагов, высчитывают расстояние между точками в метрических единицах длины.

	Рис. 40

По увязанному буссольному ходу можно произвести со­ставление топографической ситуации местности. Обычно работы по измерению азимутов на местные объекты проводятся параллельно с проложением основного маршрута. В журнал буссольной съемки от каждой съемочной точки фиксируют направления на объекты контурной ситуации местности, иногда без измерения расстояний до этих объектов. Впоследствии эти азимуты графически определят действительное положение объекта на плане. Местоположение объекта высчитывают различными способами, опытный топограф выбирает каждый раз тот, который наиболее выгодно применить в конкретном случае.

Основные способы съемки ситуации местности при плановых и планово-высотных съемках

башня

 Способ засечек состоит в том, что положение снимаемых точек местности, расположенных в недоступном месте, но видимых с двух или трех точек основного хода, получается на плане в точке пересечения лучей визирования. В этом случае нужно провести направления на эти объекты с одной точки хода, обозначенной на плане, затем передвинуться в другую точку и повторить визирование. На пересечении направлений получится местоположение искомого объекта (рис.).

дерево

пашня

Основной ход      2

а)

Рис. 41

Можно с большей точностью получить эту точку при визировании с третьей контрольной точки. Если три луча при пересечении образуют треугольник, то искомая точка будет находиться, наиболее вероятно, в центре этого треугольника.

Полярный способ предполагает визирование на объекты из одной точки с обязательным измерением расстояний до них.  Точка стояния выбирается с хорошим обзором местности.

Способ перпендикуляров применяют при съемке ручьев, извилистых контуров кромки леса, фронтона большого здания и т. п. Все эти объекты имеют сложную конфигурацию, поэтому их контур можно получить при определении расстояний по перпендикуляру к основной ходовой линии (например, стороны буссольного хода или прямолинейной дороги). Для этого от съемочной точки измеряется расстояние по линии хода до местоположения перпендикуляра (А-1), а затем расстояние по нему до наносимой точки.

Рис.42

Метод створов применяют для съемки прямолинейных границ участков (заборов и ограждений) или определения местоположения прямолинейных линий электропередачи и связи, расположенных под некоторым углом к основной ходовой линии. Створом называется расположение двух объектов (точек) местности на одной линии с глазом наблюдателя.

Рис. 43

Рис.32. Способы перпендикуляров (а) и створов (б), применяемые при глазомерной съемке местности:  7—5 — точки съемки. Находясь на ходовой линии (АВ), можно найти точку створа этой линии с прямолинейной границей, которую требуется 1 нанести на план (см. рис. 5.14, б). Остается измерить расстояние по линии створа до линейного объекта, если он не пересекает основной ход.

2. Глазомерная съемка

Глазомерную съемку производят весьма несложными приспособлениями и приемами. Это самый быстрый и самый приблизительный вид съемок, однако глазомерная съемка необходима при движении в незнакомой местности. Вместе со школьниками глазомерную съемку достаточно легко провести на пришкольном участке, в туристическом походе. Планы глазомерной съемки могут быть использованы в спортивном ориентировании и т. п.

Инструменты для глазомерной съемки: планшет с укрепленным на нем компасом, линейка, измеритель и карандаш. Расстояния измеряются шагами, а направления на предмет получаются в результате графических построений на планшете.

Подготовка планшета к выходу в поле: компас надо прикрепить к планшету так, чтобы линии штрихов компаса (0— 180°) были параллельны одной из сторон планшета; на листе плотной бумаги вычертить масштаб шагов.

Расчет масштаба шагов. Для определения длины шага на местности отмеряют отрезок длиной 100 м и проходят его несколько раз ровным уверенным шагом, считая при этом пары шагов. По результатам выводят среднее арифметическое число пар шагов. Затем рассчитывают длину десяти пар шагов в метрах.

Для того чтобы построить масштаб в шагах, нужно построить обычный линейный масштаб для заданного масштаба плана, например 1:1000, и на его основе — масштаб шагов.

Этапы глазомерной съемки на местности показаны на рис.

Бригада при выполнении глазомерной съемки может состоять из 2—3 человек.

Рис. 44 Рисунок местности и этапы работы на точках по

составлению плана глазомерной съемки

Глазомерная съемка обычно производится путем обхода участка по маршрутам, образующим замкнутые многоугольники. Ходовые линии выбирают по дорогам, тропам и хорошо выраженным контурам местности, эти линии не должны иметь препятствий при движении и просчете пар шагов.

На первой точке планшет ориентируют по компасу и в таком положении производят всю съемку с этой точки. При этом нужно следить за ориентировкой планшета, т. е. стрелка прикрепленного компаса должна всегда быть направлена на север при горизонтальном положении планшета. Часто используют полярный способ получения контурных точек: визируют линейкой последовательно на объекты местности, прокладывают на них направление на планшете и по этому направлению намечают с учетом масштаба шагов расстояние, просчитанное предварительно на местности. На концах визирных направлений на плане нужно поместить условные знаки объектов (угол забора, угол дороги, угол дома, столб линии электропередачи, трансформатор и т. д.).

Помимо вышеописанного полярного способа съемку ситуации можно проводить другими способами, описанными вы­ше. Например, с первой точки расстояния до объектов по проложенным направлениям не измерять, а определить графически способом прямой засечки.

Можно сочетать разные методы съемки, умело используя их в той или иной ситуации, тогда съемка будет проходить намного быстрее и качественнее.

Глазомерная съемка предполагает знание простейших способов ориентирования на местности).

В задачи топографа также входит обозначение на плане местности количественных и качественных характеристик местных объектов. Вот некоторые способы их определения на местности.

Высоту деревьев, столбов, опор моста можно определить с помощью обыкновенной линейки. Ее наводят на предмет, держа в вытянутой руке на расстоянии примерно 50 см от глаза. Отходят от предмета на известное расстояние, просчитанное шагами, а наблюдение производят одним глазом. Отсчет виден по линейке .

Искомая высота объекта (Н) определяется из соотношения

где Н — отсчет по линейке (см),— расстояние от линейки до глаза (см), Ъ — расстояние на местности до объекта, измеренное шагами и переведенное в метры.

Рис. 45Определение высоты объекта в зависимости от известного до него расстояния

По этой же формуле можно измерить глазомерно расстояние до объекта, хорошо видимого на расстоянии, высота которого заранее известна. Например, рост человека, высота дома, дерева, столба линии электропередачи и т. д. Также можно использовать эту пропорцию, если объект расположен горизонтально, например длина товарного вагона, длина машины, дома и т. д. Для этого формулу рассчитать относительно неизвестного Ь.

В солнечный день можно измерить высоту объекта, используя тень от предмета с известной высотой. Например, человек отбрасывает тень, равную 1,2 м. Зная его рост (1,8 м), можно вычислить коэффициент трансформации тени и использовать его для определения высот других объектов — деревьев, выемок и насыпей, столбов и других топографических  объектов по их тени.

Измерить тень можно и от малого предмета — книги, палки, спичечного коробка, обязательным условием является измерение тени непосредственно перед вычислением высот других объектов. Чем меньше высота объекта, тем больше ошибка при определении коэффициента, указывающего на соотношение между тенью и высотой объекта в конкретный момент времени.

При отсутствии тени неизвестную высоту объекта можно соразмерить с известной высотой роста человека, стоящего непосредственно под объектом. Отойдя на некоторое расстояние, объект сравнивают с ростом человека (наблюдение производят одним глазом). Можно использовать палец вытянутой вперед руки, зрительно отметив на нем рост человека, и посчитать, сколько раз палец уложится по всей высоте объекта (наблюдение нужно производить также одним глазом). Ошибка определения высоты объекта тем больше, чем ближе определяемый объект к наблюдателю, так как геометрически вершина объекта дальше находится от глаза наблюдателя, чем основание объекта. Поэтому чем больше угол между направлениями на основание объекта и на его вершину при наблюдении с одной точки, тем выше и погрешность измерений.

Для определения средних значений параметров деревьев в  лесу выбирают характерный участок леса и измеряют от одного дерева расстояния до всех деревьев, расположенных по кругу от него. Если измерения производят шагами, то результаты 'нужно перевести в метры. У каждого из этих деревьев измеря­ют также диаметры, затем вычисляют среднеарифметические величины и отмечают их как характеристику леса на том участке карты, где производились измерения.

Ширину реки можно определить несложными измерения­ми на одном берегу реки, руководствуясь правилами геометрии. Находясь у кромки воды одного из берегов реки, на другом находят два ориентира, отстоящие недалеко друг от друга (рис.). На вытянутой руке держа перед глазами травинку, рассматривают оба эти ориентира через травинку и подбирают такую ее длину, чтобы она соответствовала расстоянию между выбранными объектами. Затем, двигаясь от реки в перпендикулярном направлении, ищут такую точку, чтобы расстояние между этими ориентирами равнялось половине длины отмеренной раньше травинки. Травинку в обоих случаях нужно держать на одинаковом расстоянии от глаз и визировать одним глазом. Ширина реки соответствует пути, пройденному по перпендикуляру от реки (измеряется) шагами и переводится в метры.

Рис. 46

 ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМОК

ДИСТАНЦИОННЫЕ ВИДЫ СЪЕМОК

Дистанционные виды съемок земной поверхности предназначены для получения информации о ней с помощью прибора, удаленного от поверхности Земли на расстояние от сотен метров до тысяч километров. Съемка может производиться фотоаппаратами, фотокамерами, телекамерами, специальными излучателями, локаторами и т. п., устанавливаемыми на летательных аппаратах. Информация о земной поверхности передается с помощью световых, инфракрасных, ультрафиолетовых, радиотепловых и других сигналов. Изображение фиксируется электронными приборами или фотопленками, расшифровывается и передается специалистам для создания карт или для исследования местности

1.Аэрофотосъемка. Дешифрирование аэрофотоснимков

Аэрофотосъемка производится с целью получения серии аэрофотоснимков, представляющих участок земной поверхности, для которого предполагается создавать или обновлять топографические карты.

Принцип проведения аэрофотосъемки местности прост. Главное условие качественного процесса — грамотное ведение маршрута полета, позволяющее аэрофотосъемочному аппарату автоматически фотографировать местность с двойным и тройным перекрытием, не допускающим разрывов и пустот. Рис. Схема расположения аэрофотоснимков местности при маршрутной аэрофотосъемке: — двойное перекрытие  -тройное перекрытие

Рис. 47

Рх= 60%

Аэрофотоснимок несет в себе видимую и скрытую информацию о местности, а пара аэрофотоснимков при наблюдении через специальные приборы дает трехмерное изображение местности, что позволяет с высокой точностью обозначать рельеф местности горизонталями. Два аэрофотоснимка с изображением одной и той же местности, полученные с разных точек положения объектива (двойное перекрытие), обладают стереоскопическим эффектом. Благодаря двойному перекрытию, специалист с высокой степенью подробности может расшифровать информацию о местности, изображенную на этих снимках.

По результатам аэрофотосъемки можно получать не только черно-белые фотоизображения местности, но и цветные, спектрозональные, а также в инфракрасных лучах, которые передают информацию, невидимую в оптическом диапазоне спектра.

Помимо производственных целей по созданию топографических карт аэрофотоснимки используются для исследовательских целей во всех смежных с географией отраслях. Специальные спектрозональные аэрофотоснимки используют для тематического крупномасштабного картографирования, например для создания геологических, геоботанических, экологических карт.

Обычно аэрофотосъемка выполняется в интервале спектра от 400 до 900 нм. Преимущественно используют кадровые фотокамеры с размером кадра 18 х 18 см, иногда 30 х 30 см. Наиболее распространенные фокусные расстояния в объективах — 70, 100, 200 мм.

При отвесном положении оптической оси получают горизонтальные аэрофотоснимки. Для топографических работ чаще используют плановые снимки, полученные с отклонением оптической оси от вертикальной линии на 2—3°. Для устойчивости вертикальности оси приборы оснащают стабилизатора, обеспечивающими постоянство в положении оси в пределах 5—10'.

Аэрофотоснимок представляет собой центральную проекцию участка земной поверхности, т. е. в центральной части сохраняется масштаб аэрофотоснимка, а по мере удаления к краю (пропорционально расстоянию от центральной точки) искажения увеличиваются.

Масштаб снимка зависит от высоты полета самолета и фокусного расстояния объектива:

где М — знаменатель масштаба аэрофотоснимка, — фокусное расстояние объектива аэрофотоаппарата, Н — высота фотографирования.

Искажения в положении точек местности появляются так­же из-за влияния рельефа местности, колебаний аэрофотоаппарата и самолета при полете.

Для производственного цикла картографических работ не­обходимо привести плановые снимки к горизонтальным. Это производится на специальных приборах, называемых фототрансформаторами. После обработки на фототрансформаторе все снимки одного залета приведены к одному масштабу и имеют плановое положение. Теперь они готовы к дешифрованию. Помимо полезной информации о местности на аэрофотоснимке могут присутствовать информационные «шумы», мешающие выявлению необходимых для данных целей сведений (изображение облаков, теней и т. п.).

Дешифровочные признаки — закономерности пространственного размещения объектов земной поверхности и их фотографического воспроизве­дения, выявляемые в процессе извлечения информации из аэрофотоснимка.  Среди основных дешифровочные признаки объекта. Среди них выделяют основные и косвенные. Иногда объект выделяют по сопутствующим объектам, видимым на аэрофотоснимке, например тени. Признаки, указывающие на наличие объекта, не видимого явно на фототоне, называюется косвенными дешифрованными признаками. Часть объекта скрывается за падающей тенью, причем плотность ее не однородна, она тем плотнее, чем ближе к зоне недоступности рассеянного света, т. е. к самому объекту.

 Под дешифрованием аэрофотоснимков подразумевается извлечение из пары аэрофотоснимков информации, необходимой для поставленной географом задачи. Дешифрирование производят на специальных стереоприборах, где пара аэрофотоснимков рассматривается в увеличенной изображении и где имеется возможность графически закреплять плановые и высотные координаты точек, т. е. получать изо бражение местности в условных знаках топографической карты!. Информационная емкость аэрофотоснимка напрямую зависит от фотографических параметров объектива и фотослоев, применяемых для печати снимка.

Падающую тень образует освещенный солнцем предмет. Собственная тень Различают собственную и падающую тени. Структура однородная, линейная, пятнистая, мозаичная,сложная. Каждому объекту соответствуют эталоны фотоизображений на снимке. Косвенные совокупность видимых объектов. Например, заболоченные земли определяют по растительности, брод -по дорогам, подходящим к реке, малую реку — по кустарнику вдоль берегакого склона очень плотная и полностью скрывает изображение более низких теневых склонов. По падающей тени можно определить форму объекта, его высоту, расстояния между однородными объектами, рельеф поверхности, на которую падает тень. Чем дальше от центральной точки снимка расположен объект, тем длиннее становится его тень и тем менее она похожа на этот объект. Поэтому для дешифрирования на краях аэрофотоснимка используют соседний снимок, в зонах двой­ного или тройного перекрытия изображения, а также учитывают искажение тени при удалении от центра снимка. Основным дешифровочным признаком остается рисунок фотоизображения — структура. Его изменчивость зависит от состояния поверхности фотографирования, от освещенности, от наличия атмосферных помех и от качества используемых материалов при воспроизведении снимка. По эталонным рисункам специалист определяет объекты, присущие тому или иному виду ландшафта. Географическую основу дешифрирования составляют знание и учет закономерностей пространственного размещения взаимосвязанных элементов ландшафта. Эта основа позволяет выявлять по аэрофотоснимкам объекты и явления, на них не отображающиеся, по косвенным признакам. Рисунок фотоизображения играет в этом основную роль. Например, влажная поверхность имеет более темный тон фотоизображения, по этому признаку можно выделить влажные луга, заболоченные равнины. Разная степень яркости объекта в спектральных лучах разной длиной волны называется спектральной яркостью. Спектральная яркость объектов позволяет с высокой степенью надежности дешифрировать снимки, при этом полученные яркости на снимках сличают с эталонами спектральных яркостей поверхностей, полученными при полевых измерениях и хранящимися в банке данных о географических объектах. Тон фотоизображения зависит от количества отображаемого объектом света — от его яркости. В зависимости от целей создания карт различают топографическое и тематическое дешифрирование. При топографическом дешифрировании получают камерально контурную нагрузку топографической карты (включая рисовку рельефа горизонталями) и количественную характеристику объектов (высоту, глубину, расстояние и т. д.). Для этого используют эталоны, т. е. аэрофотоснимки, показывающие пример дешифрования подобных изображений местности. После фотограмметрической обработки аэрофотоснимков необходимо провести полевое изучение местности по эталонным площадкам, чтобы получить качественную характеристику объектов (порода леса, материал покрытия дорог, характеристика брода и т. д.). Полевой метод исследования аэрофотоснимков предполагает также и нанесение объектов, не изобразившихся при фотосъемке, например появившихся после проведения аэросъемочных работ или небольших объектов — родников, карстовых воронок и т. д. Иногда полевое дешифрирование совмещают с аэровизуальным методом, т. е. наблюдением с вертолета или самолета при низком полете. Этот метод применяется на труднодоступной территории, требует подготовки специалиста для быстрого ориентирования и безошибочного распознавания объектов в полете. Топографическое дешифрирование является частью процесса создания оригиналов топографической карты, обеспечивает создание первичного оригинала контурной нагрузки карты . Для тематического дешифрования, т. е. создания почвенных, геологических и других карт, часто производят только камеральное дешифрирование с применением эталонов, так как обследование территории всегда сопряжено с дополнительными затратами.

Светофильтр, применяемый на объективах для получения спектрозональных снимков, повышает дешифровочные признаки. Свойства светофильтра, а также его назначение зависят от следующих параметров — цвет, плотность окраски и кратность. Цвет характеризует способность пропускать и поглощать лучи заданной длины волны. Плотность характеризует интенсивность окраски светофильтра: чем гуще он окрашен, тем сильнее его поглощающая способность. Под кратностью подразумевается длительность выдержки светофильтра перед объективом по сравнению с временем фиксирования без светофильтра. От данного показателя зависит избирательность светофильтра. Такие светофильтры используются для проведения многозональных съемок, когда ставится задача получения нескольких изображений одного ландшафта в разных зонах спектра. Для негативов используется панхроматическая аэрофотопленка, способствующая фиксации лучей во всех зонах видимого спектра. Иногда используют цветную трехслойную пленку, на которой получаются изображения в цветах, близких натуральным. Однако для аэросъемочных работ в лесном хозяйстве, где требуется дешифрирование пород в лесу, используется спектрозональная двухслойная пленка. Ее верхний слой чувствителен к синим и красным лучам спектра, а нижний — панхроматический. В результате на снимке получаются отличные от натуральных цвета. Изображение различных пород в лесу приобретает контрастные тона, что позволяет повысить дешифровочные признаки отдельных пород деревьев и кустарников.

2.. Использование космических снимков в картографии

Космические фотоснимки широко применяются в современной картографии. Новые методы космического и дистанционного зондирования Земли позволяют получать регулярную, оперативную и разностороннюю информацию о наличии и пространственном размещении естественных ресурсов, состоянии ландшафтов, динамики природных процессов и явлений. Достоверность предоставленной информации крайне высока.

Как и аэрофотоснимки, космические снимки несут общую и частную информацию об объектах местности, но по сравне­нию с аэрофотоснимками имеют ряд положительных отличий:

- высокая обзорность обеспечивает глобальное изучение явлений земной поверхности, мелкий масштаб позволяет наблюдать основные черты, пренебрегая деталями;

-возможность получения вторичного изображения с временным интервалом способствует изучению динамики процессов;

 - всегда известный масштаб снимка облегчает его автоматическую обработку.

Но также и ряд отрицательных:

  наличие сильных искажений на краях снимка из-за сферичности Земли;

 быстрая смена условий освещенности;

 узкая полоса фотографирования при крупномасштабной съемке.

По масштабу различают 3 группы космических снимков:

мелкомасштабные (1:100 000 000—1:10 000 000);

среднемасштабные (1:10 000 000—1:1 000 000);

-крупномасштабные (1:1 000 000—1:100 000).

Снимки изучают при увеличении в 5—10 раз, а высокоинформативные — в 10—30 раз. Высокоинформативные снимки можно получить с низких высот (до 100 м), используя длинно фокусные аппараты. Площадь съемки в этом случае ограничена орбитой спутника и представляет собой полосу ограниченной ширины.

Мелкомасштабные снимки получают на высотах до 100 тыс. км со спутников, скорость обращения которых совпадает со скоростью вращения Земли, поэтому спутник зависает над одной точкой — такой снимок называется стационарным. Пять геостационарных спутников обеспечивают наблюдение за всей планетой в целом. Каждые 30 мин на приемники Земли передаются геостационарные снимки, они используюся для создания синоптических динамических карт.

На высотах 500—200 км обращаются спутники, обеспечивающие океанологические, метеорологические и картографические работы по космическим снимкам в средних масштабах.

С высот 200—100 км получают детальные крупномасштабные снимки с высокой разрешающей способностью — до десятков метров.

Разрешающая способность снимка — возможность сохранять изображение местности при увеличении масштаба снимка. Фотоснимок можно многократно увеличивать, получая дополнительную информацию при каждом увеличении. Однако пределом увеличения считается растровое изображение, на котором весь снимок детализируется на отдельные фрагменты, не дающие в целом общей картины местности.

Чем выше орбита, тем ниже разрешающая способность, чем длиннее фокус съемочной аппаратуры, тем выше разрешение. Снимки среднего разрешения (до 100 м) наиболее широко используются в географических исследованиях -это снимки «Ландсат», «Метеор» и фотоснимки, полученные короткофокусной камерой. Снимки высокого (до десятков метров) и очень высокого разрешения (до долей метра) получают высококачественной длиннофокусной аппаратурой (типа МКФ-6) с очень низких орбит.

Помимо фотоснимков получают сканерные снимки, обладающие большими техническими преимуществами перед пер­выми, они могут по радиосигналам мгновенно передаваться на приемник, где сразу преобразуются в изображение. Однако при увеличении сканерные снимки значительно теряют резкость изображения и дают дискретную информацию.

Космическая съемка может осуществляться в разных диапазонах — в зоне видимого спектра, в инфракрасной зоне и в радиодиапазоне.

Облачность, занимающая постоянно более половины земного шара, мешает фотосъемке, поэтому снимки в зоне видимого спектра можно получить только при ясной погоде.

В тепловом инфракрасном диапазоне становятся видимыми поверхности, получающие различное тепловое воздействие. На границе холодного и теплого течений океанов образуются вихри, можно четко проследить поверхности, нагреваемые солнцем. На снимках в радиодиапазонах можно проследить за движением льдов, так как они передают детально рельеф поверхности, можно опознать направление движения волн. Съемку в радиодиапазонах можно проводить при любой облачности.

Для повышения возможностей дешифрирования информации на космических снимках на одну и ту же территорию получают одновременно не один, а несколько снимков, в разных диапазонах спектра. Такой комплект снимков называют многозональным.

Необходимость использования многозональных снимков продиктована различной способностью элементов земной поверхности к отражению спектральных лучей. Горные породы, растительность, почвы, ледники, зоопланктон в различных зонах спектра по разному отражаются на разных снимках: на одних их вовсе не будет, на других они выделятся из окружающего фона.

Спектральные снимки черно-белые, но при синтезе в заданных лучах спектра дают изображение местности в цветном изображении, часто неестественном для отображаемых объектов. Такие снимки называются синтезированными. Эти свойства спектрозональных снимков позволяют выявить скрытую информацию об объектах земной поверхности.

  ОСНОВЫ СПУТНИКОВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

 Основы спутникового позиционирования

Наиболее совершенный метод определения координат основан на использовании искусственных спутников Земли. Суть его заключается в следующем: летящие по строго заданным орбитам спутники, мгновенные координаты которых точно известны, непрерывно излучают радиосигналы, регистрируемые специальными спутниковыми приемниками на Земле. Это позволяет с помощью радиотехнических средств измерять расстояния (дальности) от приемника до спутников и определять местоположение приемника (его координаты) или вектор между двумя приемниками (приращения координат).

Инженерно-техническая реализация этой простой идеи потребовала десятков лет напряженной работы. К концу прошлого века и мире созданы две эксплуатационные спутниковые системы, ознаменовавшие революционные изменения в геодезических измерениях. Это американская Global Positioning System (GPS) — Глобальная система позиционирования (ГСП), и российская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС).

К основным задачам, решаемым спутниковыми методами, относятся:

♦       развитие геодезических сетей всех уровней;

♦       производство нивелирных работ вплоть до III и даже II классов точности;

♦       распространение единой высокоточной шкалы времени;

♦       исследование геодинамических процессов;

♦       мониторинг состояния окружающей среды и изучение ее динамики;

♦       координатное обеспечение кадастровых, землеустроительных, сельскохозяйственных и других работ;

♦       обеспечение координатами полевых тематических съемок и инженерно-географических работ с помощью спутникового приемника, соединенного со специализированным датчиком (электронным тахеометром, эхолотом, анероидом, магнитометром, цифровой фотокамерой и др.);

♦       создание и обновление баз данных ГИС на основе комплексирования спутниковых приемников с электронными тахеометрами, цифровыми видеокамерами и инерциальными навигационными системами.

Основные достоинства спутниковых систем — их глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность и эффективность. В отличие от традиционных геодезических измерений видимость между определяемыми пунктами не нужна. ГСП действует в координатной системе WGS-84, а ГЛОНАСС — в координатной системе ПЗ-90.

Выделяют три главные подсистемы (сегменты): наземного контроля и управления (НКУ), созвездия космических аппаратов (КА) и аппаратуры пользователей (АП).

Подсистема НКУ состоит из станций слежения за КА, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станций загрузки данных на борт спутников. Спутники проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранную информацию об орбитах обрабатывают, и на этой основе прогнозируют координаты спутников (эфемериды), которые загружают на борт каждого спутника.

Главная наземная станция на базе ВВС Колорадо-Спрингс и станции, расположенные на островах Вознесения, Диего-Гарсия, атолле Кваджалейн и Гавайских островах, управляют положением ГСП.

НКУ ГЛОНАСС включает Центр управления системой (ЦУС), находящийся под Москвой, центральный синхронизатор (ЦС) с высокоточным стандартом частоты и времени для синхронизации системы и сеть станций слежения, размещенных в районе Санкт-Петербурга, Воркуты, Якутска, Петропавловска-Камчатского, Уссурийска, Улан-Удэ и Енисейска.

Подсистемы космических аппаратов (КА) ГСП и ГЛОНАСС

имеют по 24 работающих и по несколько резервных спутников. Спутники равномерно распределены в околоземном пространстве на высотах около 20 тыс. км. На каждом спутнике установлены солнечные батареи питания, двигатели корректировки орбит, атомные эталоны частоты-времени, аппаратура для приема и передачи радиосигналов, бортовые компьютеры.

Аппаратура спутника и спутниковый приемник образуют радиодальномер. Приемник принимает радиосигналы, передаваемые спутником, и сравнивает их с выработанными в самом приемнике, в результате чего определяется время распространения радиоволны, а затем и дальность до космического аппарата. На спутниках и в приемниках имеются генераторы основных высокостабильных электромагнитных колебаний. Они формируют электромагнитные колебания, предназначенные для наиболее точных измерений дальностей фазовым методом, для менее точных — кодовым методом при помощи так называемых дальномерных кодов, а также для формирования навигационных сообщений.

Для выполнения фазовых измерений и для переноса к приемнику дальномерных кодов и другой информации, содержащейся в навигационном сообщении, генерируются так называемые несущие радиоволны. Передатчики на всех спутниках их излучают на двух частотах, обозначаемых L1 и L2. Две частоты нужны для того, чтобы исключить из измерений существенные временные задержки, возникающие при прохождении радиоволн через ионосферу. В ГСП частоте Ы соответствует длина волны 19,0 см, а частоте L2— длина волны 24,4 см. В ГЛОНАСС значения несущих частот Ы и L2 у каждого спутника свои, а соответствующие им длины волн близки к 19 см и 24 см. Дальномерные коды представляют собой импульсы, чередую-щиеся в строго определенной последовательности, их обозначают символами 0 и I. Таким образом, код — это некоторая периодически повторяющаяся комбинация 0 и 1. Генерируют коды двух типов: стандартной и высокой точности. Первые попроще, они предназначе¬ны для гражданских пользователей, вторые точнее, сложнее и используются в военных целях.

Коды и навигационное сообщение встраиваются в несущие волны и с их помощью переносятся со спутника в приемник пользователя. Высокоточные коды передаются на частотах Ы и L2, а гражданские коды — только на несущей частоте Ы. Это означает, что измеренные при помощи гражданских кодов дальности не защи¬щены от ионосферных искажений. В ГСП применяют кодовое разделение сигналов, все спутники работают на одних и тех же частотах, но каждый имеет свой код. В ГЛОНАСС — частотное разделение сигналов, каждый спутник имеет свои частоты, но у всех одинаковые коды.

Спутники ГСП и ГЛОНАСС передают в приемники навигационные сообщения, которые несут телеметрические данные, информацию о времени, метки времени и эфемериды (сведения, по которым вычисляются координаты спутника), а также альманах — сборник менее точных данных о местонахождении и состоянии всех спутников. Альманах нужен для планирования измерений. Точные сведения, касающиеся конкретного спутника, передаются только этим спутником. Информация альманаха транслируется всеми спутниками.

Спутниковые приемники, составляющие подсистему аппаратуры пользователей (АП), достигли высокого совершенства. Созданы приемники, ориентированные на использование спутников только одной системы и на одновременное использование спутников ГСП и ГЛОНАСС.

Все современные спутниковые приемники — многоканальные, с шестью и более каналами. Каждый канал следит за своим спутником. При измерениях возникает проблема срыва сигналов на трассах распространения радиоволн из-за препятствий в виде рельефа, деревьев, зданий и других сооружений. Чем больше каналов, тем легче преодолеть эти трудности и найти необходимое количество видимых спутников.

По конструктивным особенностям приемники делятся на:

♦       односистемные, ориентированные на прием сигналов одной системы;

♦       двухсистемные, принимающие сигналы как ГЛОНАСС, так и ГСП;

♦       кодовые, работающие только с дальномерными кодами;

♦       кодово-фазовые одночастотные, применяющие дальномерные коды и фазовые измерения только на частоте L1;

♦       кодово-фазовые двухчастотные, использующие дальномерные коды и фазовые измерения на частотах Ы и L2.

Кодовые приемники легки, компактны, умещаются на ладони. В одном корпусе совмещены все блоки (антенна, приемник, источник питания). С их помощью возможно не только определить пространственное положение, но и вычислить скорость и направление движения. Эти приемники выдают координаты в различных форматах (широты, долготы, высоты, плоские координаты в разных проекциях и др.), они способны накапливать и хранить результаты измерений. Пользователь снимает отсчеты по подсвечиваемому экрану, определяет расстояние, азимут и время прибытия к цели; на многих экранах можно видеть карту маршрута и свое положение на ней. Кодовые приемники становятся основными приборами местоопределения в географических, геологических и других работах.

Кодово-фазовые приемники малогабаритны, обычно оснащены отдельной антенной, имеют мощные накопители данных. Все они снабжены портами для интеграции с другой аппаратурой, питаются в основном от аккумуляторов. Нередко клавиатура с дисплеем установлена на вспомогательном устройстве — контроллере. Пользователь держит в руке контроллер и при измерениях вводит необходимые команды, такие как имя точки, высота антенны, атрибуты объекта местности и др.

По специализации приемники могут быть предназначены для:

♦       сбора данных для географических информационных систем (ГИС);

♦       создания геодезических сетей и выполнения топографических съемок;

♦       решения навигационных задач;

♦       обеспечения пожарных служб, милиции, скорой медицинской помощи, перевозки грузов, мобильной связи и др.

Способы позиционирования

Дальности до спутников в процессе позиционирования измеряют двумя методами — кодовым и фазовым. Дальномерный код должен иметь значительную продолжительность и случайное (псевдослучайное) распределение 0 и 1. В этом случае два идентичных кода коррелируют лишь тогда, когда они совмещены друг с другом. Коды генерируют синхронно на спутнике и в приемнике. Принятый в приемнике код спутника запаздывает по отношению к местному на время, пропорциональное пройденному им расстоянию. Поэтому пришедший и местный коды не коррелируют. Время распространения сигнала, а следовательно, и дальность от приемника до спутника, определяют задержкой местного кода до обнаружения сильной его корреляции с принятым со спутника.

Фазовым методом выполняют наиболее точные измерения, используя для этого несущие волны. Фазовый метод измерения расстояний основан на том, что фаза синусоидального колебания изменяется пропорционально времени. Поэтому фаза принятого со спутника сигнала в приемнике отличается от фазы сигнала, выработанного в приемнике, на величину, пропорциональную расстоянию между приемником и спутником. При фазовом методе измерений возникает сложная проблема разрешения неоднозначности. На пути от спутника к приемнику изменению расстояния в одну длину волны соответствует изменение фазы волны в один цикл (период). Поэтому результат измерения разности фаз пришедшего и местного колебаний должен был бы состоять из некоторого целого числа циклов и дробной их части. В действительности же измерениями фиксируется только дробная часть. Это означает, что при длине волны 19 см расстояние, каким бы оно ни было большим, фиксируется только в пределах этого отрезка. Учитывая высоту полета спутников, нетрудно подсчитать, что в измеряемой линии должно укладываться более 100 000 000 таких отрезков, но точное их число — неизвестно. Задача не имеет однозначного решения, и нужны дополнительные усилия для ее разрешения.

Координаты при спутниковом позиционировании определяются в двух режимах: автономном и дифференциальном.

Автономный режим предполагает, что наблюдатель работает с одним приемником и определяет свое местонахождение независимо от каких-либо других измерений. Местоположение определяется пространственной линейной засечкой. Дальности измеряются кодовым методом. Геометрическая сущность засечки заключается в следующем. Если с некоторого определяемого пункта измерить дальности до трех спутников и из них, как из центров, построить этими радиусами три сферы, то они пересекутся в искомой точке (рис. 3.3).

Таким образом, для определения трех координат (X, Y, Z) надо располагать тремя сферами. Это трехмерный случай местоопределения (3D). Однако в пространственной линейной засечке одна из сфер может быть земная. Тогда будут определены только две координаты — широта и долгота на земной сфере, проходящей через пункт наблюдения. Это двумерный случай местоопределения (2D).

Рис. 48. Пространственная засечка — три сферы с радиусами Л,, R2, R} пересекаются в определяемой точке М

Практически измеряют не дальности, а искаженные значения их — псевдодальности. Псевдодальность отличается от истинной дальности на величину, пропорциональную расхождению шкал времени на спутнике и в приемнике. Если отсчеты по всем каналам приемника, принимающим сигналы от разных спутников, производятся одновременно, то отличия псевдодальности от дальности до любого спутника одинаковы. Это отличие может быть исключено после введения его в качестве дополнительного неизвестного в уравнения местоопределения.

Поэтому, чтобы правильно вычислить координаты пункта по псевдодальностям, в случае 2D надо измерять их до трех спутников с известными координатами, а в случае 3D — по крайней мере, до четырех. Несмотря на то, что спутники перемещаются с огромной скоростью, их координаты в каждое мгновение должны быть известны с высокой точностью и переданы в приемную аппаратуру пользователя. Как уже отмечалось, информация о координатах спутников содержится в навигационных сообщениях.

Способ автономного позиционирования прост, однако чувствителен ко всем источникам погрешностей. На точность влияют нестабильность частот и сдвиги шкал времени на спутниках и в приемниках, погрешности в координатах спутников, аппаратурные погрешности приемников, задержки сигналов в ионосфере, тропосфере. Чтобы ослабить влияние атмосферы, сигналы спутников принимают лишь тогда, когда они не ниже 10° над горизонтом. Точность измерений снижается еще из-за того, что в приемник приходят волны не только непосредственно от спутника, но и отраженные от земной поверхности и вблизи расположенных строений.

Точность определения координат оценивается средней квадратической погрешностью ~ 7 м; предельная погрешность в 2—3 раза больше — около ±15-20 м. Точность автономного способа повышают продолжительными (до 10—15 минут) наблюдениями и совместной обработкой всех результатов измерений.

Дифференциальный режим, в отличие от автономного, требует, чтобы измерения выполнялись кодовым методом одновременно двумя приемниками. Один приемник ставят на станции — пункте с известными координатами. Эту станцию называют базовой, референц-станцией или контрольно-корректирующей станцией. Другой приемник — подвижный — размещают на определяемой точке. Поскольку координаты референц-станции известны, их можно использовать для сравнения со вновь определяемыми координатами и находить на этой основе поправки для подвижной станции. Задержки в приемнике исключаются таким же путем, как и в автономном режиме, — по наблюдениям четырех и более спутников.

Точность дифференциального режима при кодовом методе измерения дальностей зависит от типа приемника, программного обеспечения и колеблется от нескольких дециметров до нескольких метров. Дифференциальные коррекции применяют и к фазовым измерениям, при этом точность повышается до уровня 1—5 см.

В мире существует множество базовых станций, которые передают дифференциальные поправки в стандартном международном формате RTCM SC-104. Организованы службы, передающие поправки через спутники связи и Интернет.

Важным показателем качества местоопределения является геометрический фактор (ГФ). Он характеризует потери точности, обусловленные геометрией взаимного расположения спутников и приемника. Координаты определяются с наибольшей точностью, когда спутники равномерно распределены на небосводе. Точность ухудшается в десятки и сотни раз, если спутники приближаются к одной плоскости.

Точное определение пространственного вектора, т.е. приращений координат между двумя пунктами, может выполняться двумя способами:

♦       статическим позиционированием;

♦       кинематическим позиционированием.

При этом в качестве основного применяются фазовый, а в качестве вспомогательного — кодовый методы измерения дальностей. Способы статического позиционирования используются при наиболее точных работах, например для развития геодезических сетей. Известно несколько разновидностей этих способов: статика, быстрая статика и способ реокупации. В способе статики антенны приемников устанавливают на двух пунктах, между которыми должны быть определены приращения координат. С этих пунктов фазовым и кодовым методами измеряют псевдодальности до четырех или большего числа спутников. Измеренная часть фазовой псевдодальности непригодна для непосредственного использования, так как она искажена многими погрешностями. Источники погрешностей те же, что и при автономном позиционировании. В ходе обработки по специальным программам, когда используются и фазовые, и кодовые измерения, исключают погрешности, восстанавливают неизвестные целые числа фазовых циклов и определяют разности координат между пунктами, на которых установлены приемники.

Точность статики зависит от продолжительности измерений. Измерения в течение 5-10 минут обеспечивают дециметровую точность. Обычно в статике продолжительность наблюдений на паре станций составляет 1 час и более. За это время происходит накопление измерений, выполняемых через интервалы от 1 секунды до 5 минут. Точность определения плановых координат повышается до нескольких см. Высоты определяются менее точно, примерно в два раза.

Разновидностями статики являются:

♦       быстрая статика, когда применяют ускоренные стратегии обработки данных, а продолжительность измерений уменьшают за счет увеличения числа наблюдаемых спутников;

♦       способ реокупации, когда непрерывность измерений сохраняется только на базовой станции, а на подвижной станции измерения выполняют лишь в начале и конце часового интервала.

Нетрудно представить сеть пунктов, между которыми определены приращения координат. Зная точные координаты хотя бы одного пункта этой сети, можно вычислить координаты всех остальных пунктов.

Способ кинематического позиционирования представляет собой определение пространственного вектора от приемника базовой станции до мобильного приемника. Предварительно определяют координаты базового и подвижного приемников способом статики, а также другими способами, или приемники устанавливают на пунктах, координаты которых известны с точностью до нескольких сантиметров. Это необходимо для разрешения неодно значности — определения числа фазовых циклов. После этого приемник перемещают на следующий пункт и определяют приращения координат между ним и базовой станцией. Зная координаты базовой станции, вычисляют координаты этого пункта и т.д. Измерения ведут непрерывно и обязательно по одним и тем же спутникам. В целях контроля кинематический ход замыкают на исходном пункте или на пунктах с известными координатами. Точность кинематического позиционирования несколько ниже, чем в статике.

Различают несколько разновидностей кинематики: способ «непрерывной кинематики» позволяет «цифровать» контуры на местности путем перемещения приемника, который через заданные интервалы времени фиксирует свои координаты; способ «стой-иди» предусматривает возможность остановиться на точке, выполнить более длительные измерения, а затем продолжить движение.

В упомянутых способах полевые наблюдения и обработка раз-делены во времени.

Способ «кинематики реального времени» {RTK — Real Time Kinematic) применяют тогда, когда имеется цифровой радиока¬нал и данные с базового приемника можно передать на подвижный. Этим способом при топографической съемке можно определить координаты и высоты пикетов с точностью 2—3 см. Для съемки участков, где спутниковые методы неэффективны, используется электронный тахеометр, совмещенный со спутниковым приемником.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Система координат России представлена Государственной геодезической сетью (ГГС). Положение определяемых точек можно получить в виде пространственных прямоугольных координат или широт, долгот и высот, отнесенных к референц-эллипсоиду, а также в виде плоских прямоугольных координат и высот. При этом принят эллипсоид Красовского, оси которого ориентированы параллельно соответствующим осям общеземной координатной системы ПЗ-90, однако центр эллипсоида, определяющий начало референцной системы координат, смещен от центра масс более чем на 155 м. На всю территорию страны распространена Балтийская система высот, началом которой служит нуль Кронштадтского футштока. Она закреплена пунктами Государственной нивелирной сети.

Геодезические сети России используются для решения научных и прикладных задач, включая картографирование суши, континентального шельфа, морей и океанов, формирование координатной среды геоинформационных систем. В России имеются госу­дарственные, местные, съемочные, специальные и учебные сети. Государственные сети строят государственные картографо-геодезические организации.

♦    Местные сети создают для решения конкретных топографо-геодезических задач, когда густота пунктов государственных сетей оказывается недостаточной.

Пункты съемочных сетей служат для топографической съемки.

♦    Специальные сети предназначены для решения инженерно-технических задач.

К специальным можно отнести также сети, создаваемые на геодинамических полигонах в тектонически активных районах страны. Координаты и взаимное положение этих пунктов периодически повторно определяют с наи-высшей точностью для выявления динамики земной поверхности.

♦       Учебные сети используют в учебно-методических целях.

Геодезические сети России подразделяют: на нивелирные, плановые и пространственные.

 ♦      Нивелирные сети фиксируют системы счета высот. Как правило, их строят методами геометрического нивелирования, а также способом спутникового позиционирования.

♦       Плановые сети обеспечивают закрепление плановых координат пунктов на эллипсоиде (и на карте). Их создают способами:

—      триангуляции, когда в каждом пункте измеряют горизонтальные углы между направлениями на соседние пункты и некоторые расстояния между пунктами;

—      полигонометрии — путем измерения расстояний и углов между пунктами хода;

—      трилатерации, в которой измеряют только расстояния между пунктами;

—      с помощью спутникового позиционирования — определения плановых координат пункта по спутниковым наблюдениям.

♦       Пространственные сети создают методами космической геодезии. Каждый пункт хранит три координаты, определяющие его положение в геоцентрической системе координат, и может быть закреплен на земной поверхности, и на космическом аппарате. Так спутники, входящие в глобальные системы позиционирования, одновременно являются геодезическими пунктами, хранящими пространственные геоцентрические координаты.

Интенсивное развитие плановых государственных сетей началось в 20-х годах XX в. и продолжалось свыше полувека по проекту, и основу которого были положены замыслы Ф. Н. Красовского. Сети подразделялись на четыре класса по точности и строились по принципу «от общего к частному»: вначале создается редкая сеть I класса точности, охватывающая всю страну, а затем сеть постепенно сгущается пунктами И—IV классов.

Сеть I класса состоит в основном из звеньев, образующих четырехугольные полигоны. Звенья ориентированы преимущественно по меридианам и параллелям и представляют собой ряды триангуляции (т.е. цепи треугольников) или ходы полигонометрии. В среднем длина звена составляет около 200 км, а периметр полигона — 800 км. В вершинах полигонов на стыке звеньев измерены длины базисных сторон треугольников и на их концах определены астрономические широты, долготы, азимуты. В звеньях расстояния между смежными пунктами не менее 20 км. На северо-востоке страны вместо полигональной сети развита сплошная триангуляция с расстояниями между пунктами около 70 км. В 70-х годах XX в. сеть I класса практически была завершена.

Полигоны геодезической сети I класса заполняются сплошной сетью триангуляции или полигонометрии II класса с расстояниями между смежными пунктами 7—20 км (в зависимости от рельефа и залесенности местности). В пределах каждого полигона I класса в сети триангуляции II класса измерены длины 4—5 базисных сторон. На концах базисной стороны в середине полигона определены астрономические широты, долготы, азимуты. Эти работы практически завершены в 1980-х годах.

Государственные сети I и II классов, будучи построены по геодезическим и астрономическим измерениям, образуют астрономо-геодезическую сеть (АТС), включающую свыше 164 тыс. пунктов триангуляции и полигонометрии. В 1990-1991 гг. проведена совместная математическая обработка и уравнивание АГС.

Сети III и IV классов сгущают АГС, они также построены методами триангуляции или полигонометрии. Расстояния между пунктами III класса — 3-8 км, а IV класса — 2—5 км. На территории России таких пунктов свыше 210 тыс. Точность государственной сети такова, что ее пункты могут служить опорой для проведения топографических съемок всех масштабов вплоть до 1:500 включительно.

Опорная геодезическая сеть выполняет свои функции только в том случае, если ее пункты надежно закреплены на местности и легко могут быть опознаны. Каждый пункт на местности закреплен специальным подземным знаком — центром. Устойчивость центров зависит от многих факторов и более всего — от сезонного промерзания и протаивания грунта. На территории страны выделены зоны сезонного промерзания грунтов, многолетней мерзлоты, подвижных песков, скальных горных пород и заболоченных грунтов. Для определения глубины закладки центров и реперов составлены карты районирования территории, на которых выделено восемь регионов с характерными глубинами протаивания и промерзания грунтов. На местности пункты окапывают канавой и ставят опознавательные столбы. На застроенных территориях их закрепляют в стенах и фундаментах зданий или устанавливают на зданиях.

Первоначально созданные плановые государственные сети впоследствии пополнились новыми построениями, выполненными методами космической геодезии. В 1984—1993 гг. государственными геодезическими организациями создана сеть из 162 пунктов, получившая название доплеровской геодезической сети (ДГС). Она построена при помощи американской спутниковой системы пози¬ционирования первого поколения TRANSIT.

Усилиями Топографической службы Вооруженных Сил РФ построена уже упоминавшаяся космическая геодезическая сеть КГС. Она создана по результатам наблюдений геодезических спутников I ЕОИК-1, ЭТАЛОН, а также при помощи спутниковых систем позиционирования. КГС включала 26 пунктов на территории быв¬шего СССР и семь пунктов в Антарктиде. Пункты ДГС и КГС совмещены с соответствующими пунктами АГС. В итоге их совместного уравнивания в единой координатной системе определено пространственное положение 134 пунктов. Расстояния между смежными пунктами в среднем составляют 400—450 км. С этих пунктов результаты совместного уравнивания распространены на все остальные пункты новой государственной геодезической сети.

В перспективе ГГС Российской Федерации должна состоять из сетей трех уровней, построенных главным образом методами космической геодезии и при помощи спутниковых систем позиционирования:

♦       Первый уровень образуют фундаментальные астрономо-геодезические сети (ФАГС). На территории России будет 50—70 таких пунктов с расстояниями между ними 700-800 км и погрешностями взаимного положения около 1—2 см.

♦       Второй уровень создадут пункты высокоточной АГС (ВАГС). На территории РФ их будет около 500—700 при средних расстояниях между ними 150-300 км и точности взаимного положения 2-3 см.

♦       Третий уровень — спутниковая геодезическая сеть I класса (СГС-1). Она будет строится из расчета 1 пункт на 1000 км2, а в малообжитых районах — на 2000 км2. Всего будет построено около 12—15 тыс. пунктов, расстояние между ними — 40—50 км, а точность взаимного положения 1—2 см.

Государственные нивелирные сети устанавливают единую систему высот в пределах всей страны, служат научным и практическим целям, являются высотной основой всех геодезических работ и топографических съемок. Высотная сеть решает, по крайней мере, три задачи:

♦       введение единой системы счета высот для всех пунктов;

♦       определение разностей уровней морей и океанов, омывающих государство;

♦       изучение вертикальных движений земной поверхности.

В России высоты пунктов государственной сети определяют в нормальной системе высот относительно уровня нуля Кронштадтского футштока — черты на металлической плите, соответствующей среднему многолетнему уровню Балтийского моря.

Государственная нивелирная сеть, как и плановая, построена но принципу «от общего к частному», и включает сети I, II, III и IV классов точности. Сети I и II классов являются главной высот ной основой; сети III и IV классов служат для обеспечения инженерных задач и топографических съемок. Сети всех классов построены методом геометрического нивелирования. Линии нивелирования I и II классов проложены по трассам, географическое положение которых научно обосновано и наилучшим образом соответствует решению указанных задач. Для достижения наивысшей точности нивелирные линии проложены по максимально благоприятным для измерений трассам железных, шоссейных и улучшенных грунтовых дорог; в труднодоступных районах — по тропам, зимникам, вдоль берегов больших рек. Каждые 25 лет выполняется повторное нивелирование всех линий I класса и большинства линий II класса с целью их модернизации, получения данных о движениях земной коры и построения карт вертикальных перемещений.

Нивелирные линии II класса опираются на пункты I класса и образуют полигоны периметром в 500-600 км, а линии III класса прокладывают между пунктами I и II классов. Периметры полиго¬нов III класса составляют около 150 км, а в труднодоступных районах — около 300 км. Дальнейшее сгущение выполняют нивелированием IV класса, причем длины ходов не превышают 50 км, а расположение и густота пунктов зависят от масштаба топографических съемок или других требований.

Все нивелирные пункты закреплены знаками — грунтовыми, скальными или стенными нивелирными реперами. Грунтовыми реперами бывают железобетонные пилоны или металлические трубы с якорями. Знаки закладывают через 5—7 км, а в труднодоступных районах — через 10—15 км. Кроме того, пункты I и II классов через каждые 50—80 км закрепляют знаками повышенной устойчивости — фундаментальными реперами. В городах плотность знаков значительно выше — они закреплены через несколько сотен метров. Точность взаимного положения высот пунктов находится в пределах от нескольких мм до нескольких см в зависимости от класса сети.

МЕНЗУЛЬНАЯ СЪЕМКА МЕСТНОСТИ

Вопросы:

1.Сущность графического метода съемки.

2.Устройство мензулы и кипрегеля.

3.Испытания и поверки мензулы.

4.Испытания и поверки кипрегеля.

1.Мензульная съемка отличается от теодолитной тем, что при ее производстве измерения на местности и составления плана производятся в поле одновременно. При мензульной съемке горизонтальные углы не измеряют, как при теодолитной, а получают графическим построением на планшете. Для этого лист бумаги, с нанесенными предварительно координатной сеткой и точками геодезической опоры, прикрепляют к верхней поверхности мензульной доски, установленной горизонтально. Мензульную доску с прикрепленным листом бумаги называют планшетом. На планшете прочерчивают стороны горизонтального угла, параллельные горизонтальным проложениям соответствующих линий местности. Поэтому мензульную съемку называют углоначертательной.

Мензульная съемка, так же как и все остальные виды съемок, выполняются в два этапа:

- создание съемочного обоснования;

- съемка ситуации и рельефа.

Съемочное обоснование создают способами, прокладки теодолитно-нивелирных ходов, мензульных ходов и засечек.

При съемке ситуации и рельефа применяют полярный способ и реже метод засечек.

При мензульной съемке абрис не составляют, т.к. сразу рисуют план участка. При этом расстояние (горизонтальные положения), измеренные на местности откладывают при помощи циркуля-измерителя и масштабной линейки; иногда их записывают в полевой журнал для вычисления превышений.

При установке мензулы над опорной точкой (станцией) его центрируют и нивелируют. Центрирование планшета выполняют с помощью центрировочной вилки, нивелирование – цилиндрического уровня, расположенного на линейке кипрегеля. Перед производством съемки планшет ориентируют либо по опорным линиям, либо с помощью ориентир-буссоли. Для защиты наблюдателя и планшета от солнца и небольшого дождя применяют зонт.

2.Мензульный комплект. Устройство мензулы и кипрегеля

В мензульный комплект входит: кипрегель, мензульная доска, подставка, тренога, центрировочная вилка, буссоль, зонт и дальномерная рейка.

Как видно, мензульная доска-планшет выполняет роль горизонтального круга, поэтому во время построения горизонтального угла он должен быть неподвижен, а верхняя его поверхность должна быть горизонтальна. Роль алидады выполняет линейка, накладываемая на планшет и являющаяся частью визирного прибора, называемого кипрегелем. К верхней поверхности линейки прикреплена колонка с вращающейся как у теодолита зрительной трубой, вертикальным кругом и уровнем при алидаде вертикального круга. По скошенному ребру линейки кипрегеля прочерчивают направления на точки предметов наблюдаемых в зрительную трубу. На линейке прикреплен цилиндрический уровень, посредством которого верхнюю поверхность планшета приводят в горизонтальное положение.

Мензульная доска представляет собой квадрат со сторонами  см. На нее крепится наклеенный на фанеру или листовой алюминий лист ватмана.

СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. ЭЛЕКТРОНЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ

Тахеометр - геодезический прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов, расстояний и превышений (от греч.Tacheos – быстрый).

 Электронные тахеометры – наиболее распространенная группа геодезических приборов. Это обусловлено тем, что они имеют самый широкий круг областей применения: от развития ГГС и топографической съемки до инженерной геодезии и землеустройства.

 Электронный тахеометр объединяет в себе возможности электронного теодолита, электронного высокоточного дальномера и полевого компьютера. Сегодня электронные тахеометры находят широкое применение в строительстве, реконструкции и архитектуре, инженерных изысканиях, наблюдениях за деформациями,  землеустроительных и кадастровых работах. Использование электронных тахеометров на производстве позволяет значительно повысить производительность работ, сократить время на камеральную обработку и упростить обработку полевых данных, исключить ошибки исполнителя (взятия отсчета, записи измерений, ручных вычислений), исключить применение калькуляторов для  расчетов (например, при выносе  точек, вычислении координат, при выполнении обратной засечки и других задачах). Появление безотражательных моделей тахеометров позволило проводить измерения там, где ранее это считалось невозможным или опасным. Современные электронные тахеометры – это высокая надежность конструкции, защита от воздействия воды и пыли, широкий набор прикладных программ и удобное управление. Электронные тахеометры успешно работают в различных погодных и климатических условиях, а для суровых условий севера специально разработаны низкотемпературные модели.

Тахеометры предназначены для тахеометрической съемки с целью получения плана с изображением ситуации и рельефа. Тахеометры позволяют определять расстояния, высоту недоступного объекта, осуществлять измерения относительно базовой линии, определять координаты, выполнять обратную засечку. Электронные тахеометры - это совершенные приборы для выполнения широкого круга геодезических работ.

Тахеометры - наиболее интеллектуальные приборы, оснащенные большой внутренней памятью, позволяющей надежно хранить данные съемки. На некоторых моделях электронных тахеометров возможна загрузка координат из персонального компьютера для последующего выноса в натуру. Наличие экранов и буквенно-цифровых клавиатур электронных тахеометров облегчает управление прибором.

 На сегодняшний день на рынке электронных тахеометров существует широкий спектр приборов, отличающихся как по цене, так и по точностным характеристикам и выполняемым функциям. Все тахеометры можно разделить на три основные группы: простейшие, среднего класса, роботизированные.

 Простейшие электронные тахеометры. Это самые простые по выполняемым функциям электронные тахеометры. Запись данных производится, как правило, во внутреннюю память (если такая существует) или на внешний накопитель. Производят самые простые функции измерений и вычисления (горизонтальное проложение, превышение). Угловая точность таких приборов находится в пределах 5" - 6", линейная около 3 - 5 мм. Дальность измерения расстояния не превышает 1100 - 1500 метров по одной призме.

 Ко второму типу электронных тахеометров относятся приборы среднего класса. Эти тахеометры несколько дороже, но получили наиболее широкое распространение. Они имеют встроенное программное обеспечение для производства практически всего спектра геодезических работ (развитие геодезических сетей, съёмка и вынос в натуру, решение задач координатной геометрии: прямая и обратная геодезическая задача, расчет площадей, вычисление засечек). Угловая точность у таких приборов может быть от 1" до 5" в зависимости от класса точности.

 К третьему типу можно отнести электронные тахеометры, оснащенные сервоприводом, что позволяет выполнять роботизированные измерения. Эти приборы могут самостоятельно наводиться на специальный активный отражатель и производить измерения. В дополнение прибор с сервоприводом может оснащаться специальной системой управления по радио, при этом съёмку может производить только один человек, находясь непосредственно на измеряемой точке. Подобная схема съёмки увеличивает производительность проведения съемочных работ примерно на 80% процентов. Если прибор с сервоприводом имеет безотражательный дальномер, то получаете систему для съёмок при проведении туннельных работ, съёмки фасадов зданий, съёмки карьеров, съёмки поверхности дорог и других площадных объектов для построения ЦММ с высокой степенью точностью. Также роботизированные системы могут быть использованы для слежения за деформациями объектов, съёмки движущихся объектов и т.д.

 За последние два года на рынке геодезического оборудования появились новые безотражательные электронные тахеометры. Практически все фирмы-изготовители предложили модели приборов, простых в использовании и надежных в работе. Массовое производство безотражательных тахеометров позволило существенно снизить цены, что сделало их более доступными и более привлекательными для потребителей.

 Для того, чтобы обеспечить требуемые точностные и другие характеристики при формировании объектов кадастра недвижимости, достаточно выполнять измерения простейшими электронными тахеометрами.

Таким образом, в распоряжении землеустроителей и инвентаризаторов находятся тахеометры, относящийся к простейшей группе приборного ряда, что обеспечивает их невысокую стоимость, и обладающие исключительными возможностями: высокопроизводительный и высокоточный безотражательный дальномер, расширенное программное обеспечение, выносная инфракрасная клавиатура, практически неограниченное расширение памяти.

МЕТОДЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПО КАРТЕ И

БЕЗ КАРТЫ. ОРИЕНТИРОВАНИЕ НА МЕСТНОСТИ

Определение местоположения относительно окружающих географических объектов по карте и аэрофотоснимку, определение сторон горизонта подручными средствами, умение запоминать окружающую местность и находить дорогу домой — все это входит в понятие ориентирования на местности.

 При ориентировании важно знать направление движения относительно сторон горизонта. Его определяют по карте, по аэрофотоснимку, по естественным предметам, по солнцу и созвездиям. Самым точным можно считать ориентирование по карте, аэрофотоснимку и компасу, но и в их отсутствие можно всегда найти способ определить стороны горизонта.

 Для того чтобы не заблудиться при движении по местности, запоминают или записывают по маршруту ориентиры, встречающиеся в пути, отмечают время движения, а на местности, бедной ориентирами, стараются соорудить их - сложенные ветки, надломленные сучки, камень на обочине и т. п. Эти несложные приметы помогают найти обратную дорогу в путешествии.

 Ориентирами могут служить высокие точечные объекты (башни, вышки, шпили зданий и т. д.), а также точки пересечения основной трассы движения с другими линейными объектами (дорогами более высоких классов, реками, оградами, полосами леса). Резкие повороты дороги тоже могут служить ориентирами в однообразной местности. Холмы и горные гряды являются замечательными ориентирами в пересеченной местности.

 Угол наклона местности, по которой проходит маршрут, может быть ощутим путешественником при его величине более 2,5°. Переходы от повышения к понижению и наоборот тоже могут служить точечными ориентирами.

 Площадные объекты — угол кромки леса, болото, поляна, поле и т. д., расположенные вблизи трассы следования, также заметные ориентиры.

 Функция ориентирования по карте включает в себя не только знание самой карты и условных знаков, но и умение безошибочно определять местоположение путешественника. Ориентируются по карте с помощью линий и ориентиров местности, опознаваемых на карте, или по компасу, помещенному на восточную сторону рамки карты. При этом важно уметь опознать окружающие местные предметы на карте или аэрофотоснимке.

 Для того чтобы определить местоположение на карте или аэрофотоснимке, нужно оценить видимые ориентиры вокруг себя на местности и отыскать их на карте. Карту нужно развернуть так, чтобы линейные объекты местности были параллельны условным знакам этих объектов на карте (дорога, река, линии связи и электропередачи, ограждения).

 Точка стояния (А) выбирается на одном из этих объектов, затем глазомерно с помощью визирной линейки определяют ее местоположение среди выбранных ориентиров Важно при этом не перепутать общее ориентирование карты С—Ю, иначе может получиться на дороге мнимая точка стояния А'.

Рис.49

Ориентирование карты по компасу. Предметное кольцо (лимб) компаса развернуть на отсчет 0—180°, положить компас к вертикальной рамке карты так, чтобы направление стрелки совпало с направлением рамки. Магнитная стрелка всегда указывает на направление магнитного меридиана, поэтому карту вместе с компасом нужно разворачивать в горизонтальной плоскости до тех пор, пока магнитная стрелка не укажет на величину магнитного склонения (со своим знаком) в данной местности. 

Рис.50  Определение местоположения туриста по карте и аэрофотоснимку (точка А найдена по местным ориентирам путем засечки): а — правильная ориентировка; б — неправильная ориентировка

Если отклонение магнитного меридиана от географического менее 3°, то можно пренебречь этой величиной и ориентировать стрелку вдоль рамки карты, так как шкала компаса часто нанесена с точностью до 3°.

Ориентирование по аэрофотоснимку происходит также, как и по карте, только перед походом или экспедицией нужно выполнить подготовительные работы:

- отобрать маршрутную полосу аэрофотоснимков, покрывающих исследуемую местность;

- определить заранее масштаб аэрофотоснимков по известным линиям местности или зная высоту полета самолета при производстве аэрофотосъемки, построить линейный масштаб; подписать некоторые значительные объекты — населенные пункты, направления дорог, реки, урочища;

- определить по карте или по приборам величину магнитного склонения и на аэрофотоснимке нарисовать линию, указывающую направление магнитного меридиана.

При отсутствии карты и компаса северное направление можно определить по звездам и планетам инструментально.

2. Ориентирование по небесным телам.

По солнцу определяют положение юга в полдень, однако это определение в летнее время сопровождается ошибкой до 25° из-за высокого положения солнца над горизонтом. Осенью, весной и зимой это определение более точно. Направление самой короткой в.течение дня тени от дерева укажет на север.

По луне тоже можно ориентироваться, как по солнцу, однако она в разные фазы имеет разные точки восхода и захода, но самая высокая ее точка над горизонтом всегда определяет юг.

Рис. 51

По солнцу и часам можно в любое время суток определить направление, точнее всегда утром и вечером, когда солнце низко стоит над горизонтом. Направление юг—север укажет биссектриса угла между направлением на солнце и направле­нием   часовой   стрелки   на 12 ч

Солнце в 7 ч утра стоит на востоке, а в 19 ч — на за­паде. Высота над горизонтом зависит от сезона года.

Самое точное определение направления на географическии северный полюс— по Полярной  эвезде. Нужно визуально отложить 5 отрезков, равных промежутку между. двумя крайними справа звездами в созвездии Большой Медведицы, это и будет Полярная звезда.

По созвездию Большая Медведица издавна определяли направления на крупные звезды в других созвездиях. По этим звездам составлялись астрономические таблицы, и геодезисты могли в разных частях земного шара определять долготы данного места. Их нетрудно отыскать на звездном небе. Ориентирование по местным предметам нужно использовать в комплексе, так как учет только одного из них может быть неверным. Так, в лесу кора деревьев с северной стороны грубее и часто покрыта лишайником, смола на коре выделяется с южной стороны. На скалах и валунах лишайник развивается с северной стороны. Снеготаяние начинается на южных склонах и происходит быстрее, чем на северных. Муравейники часто имеют северную сторону круче, чем южную, и располагаются в укрытиях с южной стороны ствола дерева. Поляны в лесу имеют весной и в начале лета цветущую пышную растительность в южной части и более желтую и выгоревшую в самое жаркое время года, а также ближе к осени.

Задачи по ориентированию на местности

Для географического кружка в школе целесообразно применить на практике некоторые из перечисленных методов ориентирования.

1.                Как узнать величину магнитного склонения в конкретной точке местности?

На географической площадке на пришкольном участке поставить вертикально шест (вертикальность нужно проверить по отвесу) и вокруг него начертить две-три концентрические полуокружности с северной стороны от шеста. При этом можно использовать веревку, привязанную к шесту. Радиус внешней полуокружности должен быть немного больше, чем тень от шеста в 10 ч утра. В солнечный день нужно отметить на внешней полуокружности точку, в которой ее коснется тень от шеста. Эту точку можно отметить колышком, если опыт проводится на земле, или мелом, если вместо грунта -асфальт.

 Также вести наблюдения за прохождениями тени в течение дня на остальных полуокружностях. Необходимо отметить-по часам, в какое время тень от шеста будет самой короткой. Этот момент может случиться от 12 до 13 ч, в зависимости от долготы места и декретного времени, принятого для данной территории. Когда тень начнет удлиняться, нужно отметить аналогичные точки пересечения конца тени от шеста с полуокружностями после полудня

.

Рис 52 После проведения всех испытаний соедините полученные точки на окружностях попарно хордами .

Средние точки этих хорд и точка стояния шеста образуют прямую линию, называемую полуденной, она совпадает с направлением местного географического меридиана. Его можно прочертить мелом или проложить натянутой от шеста веревкой.

Для определения величины и знака магнитного склонения нужно взять буссоль или компас с градусной шкалой и совместить штрихи прибора 0° и 180° с направлением географического меридиана. Магнитная стрелка прибора укажет на величину магнитного склонения. Если она отклонится к западу от прочерченного на местности меридиана, то магнитное склонение — западное, отрицательное; отклонение к востоку укажет на восточное, положительное значение магнитного склонения.

Во время проведения опыта нужно убедиться, что рядом с площадкой нет никаких массивных металлических объектов, так как магнитная стрелка прибора в таком случае встанет не вдоль магнитного меридиана, а отклонится на эти объекты.

2. Как на местности определить географический азимут направления из исходной точки на видимый ориентир?

Например, высокий шпиль здания, купол церкви или просто угол дома.

Измерения производятся компасом со шкалой или буссолью — прибором, в котором имеется предметное кольцо (с его помощью можно визировать на предмет). Перед проведением съемки нужно оценить шкалу компаса — определить величину минимального деления шкалы в градусах.

Для измерения азимута на местности нужно встать в исходную точку, убедиться, что стрелка компаса указывает на север. При этом компас должен занимать горизонтальное положение, а магнитная стрелка должна быть в открепленном состоянии. Если известна величина магнитного склонения точки местности, тогда нужно убедиться, что стрелка компаса указывает на отсчет, равный величине магнитного склонения с уч

етом его знака. Компас подносят к глазу, не теряя его ориентировки и следя за его горизонтальностью. Предметное кольцо поворачивают по направлению на ориентир и по шкале компаса (рис.) определяют величину азимута на искомый объект.

Рис. 53 Определение азимута на местный предмет с помощью компаса.

4. Приблизительное определение географического азимута.

Если на простом компасе нет вращающегося предметного приспособления, то можно использовать обыкновенный треугольник, установив его вертикально в качестве диаметра на шкале компаса. Углом треугольник направить на измеряемый объект. В этом случае отсчет по шкале компаса производят по часовой стрелке от 0 штриха, на который указывает конец треугольника, направленный на предмет. Полученное число и есть приблизительный географический азимут.