Анализ точности геодезических пунктов топографических карт вблизи промышленных объектов

Analysis of the accuracy of geodetic benchmarks of topographic maps near industrial facilities
Цитировать:
Мирмахмудов Э.Р., Ниязов В.Р., Аралов М.М. Анализ точности геодезических пунктов топографических карт вблизи промышленных объектов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 2(83). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11285 (дата обращения: 24.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты топогеодезического обследования местности в окрестности карьера “Мурунтау”. Выбраны планово-высотные пункты на топографической карте вблизи горно-добывающего объекта. Дается характеристика геодезических опознавательных знаков и типов центров установленных в 1950-1960. Триангуляция и нивелирование выполнено аэрогеодезическим предприятием в 1959-1974гг.  с помощью высокоточных теодолитов ОТ-О2 и нивелиров НА-1. Описаны методы вычисления прямоугольных координат и высот пунктов в зависимости от точности класса сети.  Произведена рекогносцировка пунктов государственной геодезической сети (ГГС) на расстоянии 4-10 км от центра карьера. Выявлены значительные деформации верхних частей геодезических сигналов. Предлагается произвести аналогичную рекогносцировку пунктов не только вокруг карьера, но и вблизи крупных промышленных городов.

ABSTRACT

This paper presents the results of a geodetic survey of the area in the vicinity of the "Muruntau" quarry. The selected high-altitude points on the topographic map near the mining facility. The characteristic of geodetic points and types of centers for established in 1950-1960 is given. Triangulation and leveling was carried out by the aerogeodetic enterprise in 1959-1974, using high-precision instruments OT-O2 and NA-1. Methods for calculating rectangular coordinates and heights of points by classical tools are described, depending on the accuracy of the class. A reconnaissance of the points of the state geodetic network (SGN) at a distance of 4-10 km from the center of the quarry was carried out. Significant deformations of the upper parts of geodetic identification marks were found. It is proposed to carry out a similar reconnaissance of points not only around the quarry, but also near large industrial cities.

 

Ключевые слова: рекогносцировка, геодезический пункт, система координат, триангуляция, нивелирование, ГГС.

Key words: reconnaissance, geodetic point, coordinate system, triangulation, leveling, SGN.

 

Введение

В период строительства горно - добывающего объекта наиболее важным и ответственным видом работы является создание планово-высотной основы геодезической сети. Для этой цели используются угловые и линейные измерения, длины исходных сторон и превышения относительно закрепленных реперов [1]. При выполнении инженерных задач, связанных с поиском полезных ископаемых, необходимо начать с рекогносцировки местности, разработки схемы топографической съемки и составления плана (карты). Разработка точной карты это сложный технологический процесс, связанный с привлечением современных геоинформационных технологий, вычислений координат пунктов, которые должны быть привязаны к фундаментальным реперам ГГС. Хотя сама процедура не сложная и отработанная годами ведущими специалистами в области геодезии и картографии, но появляются не предвиденные ситуации, связанные со сменой проекции и переходом к новому эллипсоиду [2]. В таких случаях необходимо более внимательно отнестись к определению точных координат точек на топографической карте, где нанесены две системы координат: географическая (φ,λ) и прямоугольная (x,y).  Точность нанесения ГГС зависит от математической основы топографических карт (прямоугольная система координат, картографическая проекция, масштаб и, конечно же, система высот), которая меняется с развитием новых методов измерений. Погрешность нанесения условных знаков колеблется в диапазоне 0.1-0.8мм в масштабе карты, допустимое среднее смещение составляет 0.5 сечения. На практике исходный рельеф задается в виде пикетных точек, полученных с помощью тахеометрической съемки [3]. Горизонтали наносятся стереофотограмметрическим способом по результатам полевых работ и данным аэрофотосъемки. Эта процедура нанесения достигла такого совершенства и автоматизма, что стали все меньше обращать внимание на систему относимости, в результате на некоторых картах отсутствуют изолинии внутри протяженных объектов. Например, территория карьера “Мурунтау” на топографической карте масштаба 1:100000, составленной по материалам аэрофотосъемки 1986г, изображена условным знаком, где отсутствуют изолинии внутренней и внешней части карьера. С течением времени граница объекта расширилась в результате добычи полезных ископаемых. В таких случаях оптимальным способом является экспортирование значений высот внутри карьера из Google Earth в ГИС [4].

Координаты геодезических пунктов в каталоге содержат данные о прямоугольных координатах и нормальных высотах центров, расстоянии и дирекционных углах направлений. Они служат не только для решения инженерно-изыскательных работ, но и при проектировании сооружений. Известно, что геодезические измерения производятся с контролем для исключения грубых ошибок и оценки точности проводимых измерений на основе строгой математической обработки [5]. Разработка опорной геодезической сети (ОГС) для особо важных объектов является актуальной и важной научной задачей.

Планово-высотная основа

Координаты объектов и сооружений играют важную роль в процессе построения геодезических сетей сгущения. От того насколько точно будут привязаны эти объекты к местной или же региональной системе координат, будет зависеть степень достоверности карты. Если местная система отсчета получена в результате картографического проектирования, то появляются также различия в масштабах изображений. Основной интерес к местным системам отсчета обусловлен возможностью их открытого использования по сравнению с официальными ограничениями в отношении государственной и глобальных систем отсчета. При этом остается вопрос, относительно какой точки осуществляется разворот и смещение начал отсчета. Представляется логичным произвести взаимное смещение начала и разворот осей декартовых трехмерных систем координат. Что касается крупных промышленных городов и геологических карьеров, то здесь оптимальным является использование одного из пунктов геодезической сети или геометрического центра сооружения. Геодезические пункты обозначаются в виде треугольников и прямоугольников для полигонометрии (рис.1). 

 

Рисунок 1. Фрагмент схемы геодезической сети сгущения

 

Позже стали видоизменять конструкцию знаков в зависимости от рельефа местности и назначения геодезической сети. В [6] предложено использовать трубчатый тип конструкции с вынесенными на столик центрами (рис.2). Закрепление реперов сопровождается рядом дополнительных работ: создание конструктивных схем, составление различных документов, согласование работ с соответствующими структурами. Обычно, создание съемочной геодезической сети представляет собой сгущение от более точных сетей к определяемым точкам методом триангуляции или путем развития нивелирных ходов [7]. Из этого следует, что точность значений высот на порядок ниже точности плановых координат, которые вычислены на основе высокоточных угловых теодолитов ОТ-02 или Т1.

 

Рисунок 2. Изображение пункта ГГС : a- на топографической карте, б - на местсности

 

В последние годы получили развитие небольшие по размерам высокоточные ОГС, создаваемые для обоснования топографо-геодезических работ в городах и карьерах, обеспечения работ по сооружению и эксплуатации крупных инженерно-технических сооружений, изучения локальных движений земной коры. Такие сети обрабатываются в местных системах координат, применяя метод проектирования. Для этого необходимо определить элементы ориентирования поверхности относимости, которая может быть заменена отсчетной сферой. Радиус этой сферы можно принять за средний радиус кривизны RB принятого эллипсоида для некоторой широты в пределах сети.

,                                                        (1)

где  М - радиус кривизны меридиана, проходящий через определяемую точку, N - радиус кривизны первого вертикала,

,         (2)

.         (3)

Система прямоугольных координат основана на поперечно-цилиндрической (конформной) проекции Гаусса-Крюгера (Г-К), которая не имеет геометрической интерпретации и получена аналитически путем разложения комплексной функции от изометрических координат в степенной ряд. Она определяется тремя условиями: равноугольная, сохраняет длины на осевом меридиане и симметрична относительно меридиана и экватора. Точные координаты можно вычислить по следующим формулам [8]:

  (4)

       (5)

Отличие прямоугольных координат от декартовых заключается в том, что ось х направлена на север, а координата у отсчитывается от осевого меридиана по направлению на восток (рис.3). Поскольку топографические карты являются более точными по сравнению с тематическими картами, то положение объектов на карте можно определить в двух системах координат.

 

Рисунок 3. Координатная сетка топографической карты

 

Третья координата это высота точки на местности, которая определяется нивелированием. В горных районах результаты нивелирования используются для изучения строения земной коры, получения данных о скоростях и направленности движения отдельных блоков, выявления действующих разломов и разрывов в земной коре. Как уже упоминалось о методах определения высот на земной поверхности, геометрический метод нивелирования считается самым точным. В холмистых районах более практичным является тригонометрическое нивелирование, которое уступает по точности геометрическому методу. Поэтому при обработке результатов измерений приходится учитывать многие особенности теории фигуры Земли [9]. Данные геометрического нивелирования используются для решения физической задачи - определения взаимного положения физической поверхности Земли и уровневых поверхностей реального поля силы тяжести. Именно это необходимо при любых инженерно-геодезических изысканиях для строительства гидротехнических сооружений, дорог, карьеров и т.д. Разделение геодезической высоты на нормальную и высоту квазигеоида целесообразно в том случае, когда поверхность, т. е. референц-эллипсоид не является уровневой поверхностью нормального поля (рис.4). Переход к системе нормальных высот I и II классов, а также III класса в горных районах, исправляют поправками по формуле:

                                    (6)

где  – среднее из средних значений нормальной силы тяжести вдоль нормальных высот этих точек;  и  – нормальные ускорения силы тяжести на отсчетном эллипсоиде;  – среднее из аномалий силы тяжести на реперах А и В;  – среднее из абсолютных высот реперов А и В; h -  измеренное превышение между реперами А и В.

 

Рисунок 4. Схема отсчета высот поверхностей

 

Геодезические измерения вблизи карьера “Мурунтау”

Триангуляция 2-3 класса, аналитическая триангуляция 1-2 разряда,  нивелирование I класса выполнена  в 1958-1966гг. с целью проектирования горно-добывающего объекта “Мурунтау”. Созданное планово-высотное обоснование позволило корректно начать промышленную добычу полезных ископаемых в начале 1969г. Поскольку прошло значительное время с момента первых полевых измерений, то представляется логичным выполнить повторные геодезические измерения с навигационными приемниками GNSS. При проведении рекогносцировки в 2019г. было выявлено, что большинство геодезических пирамид не сохранились, но заложенные репера сохранились в первоначальном виде [10].

Заключение

Таким образом, рекогносцировка геодезических пунктов в окрестности карьера Муруньау привела к тому, что созданная классическая геодезическая сеть нуждается в модернизации и обновлении с использованием современных информационных технологий. Можно сделать вывод, что рекогносцировка является неотъемлемой частью геодезических работ, которая позволит сократить объем земляных работ, связанных с восстановлением и реконструкцией опорных пунктов. Предлагается произвести аналогичное обследование не только вокруг карьера, но и вблизи крупных промышленных городов.

 

Список литературы:

  1. Яковлев Н.В. Высшая геодезия. Учебник для вузов. М.: Недра, 1989.  –445с.
  2. Справочник по картографии/А.М.Берлянд, А.В.Гедымин, Ю.Г.Кельнер и др. – М.: Недра, 1988. – 430с.
  3. Гиршберг М.А. Геодезия. М.: Наука, 1967.Т.1. – 384с.
  4. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. – М.: Изд-во КДУ, 2008. – 424с.
  5. Большаков В.Д., Гадаев П.А. Теория математической обработки геодезических измерений. М.:Недра,1977. – 368с.
  6. Мурзайкин И.Я., Сивакова Н.И. Геодезические знаки (центры) при создании опорных межевых сетей // Геодезия и картография. 2013. № 5.
  7. Инструкция по нивелированию I, II, III, IV кл. М.: Недра,1974. –160с.
  8. Справочник геодезиста/В.Д. Большаков, Г.П. Левчук.М.:Недра, 1975. – 455с.
  9. Грушинский Н.П. Теория фигуры Земли. М. 1976. – 512с.
  10. Временная инструкция по обследованию и восстановлению пунктов и знаков государственной геодезической и нивелирной сетей. М.:РИО ВТС, 1970.
Информация об авторах

канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра геодезии и геоинформатики, Национальный университет Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент

associate prof., Ph.D., geodesy and geoinformatics department, National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

докторант, Самаркандский государственный архитектурно-строительный институт, Узбекистан, г. Самарканд

Postgraduate, Samarkand state architecture and building institute, Uzbekistan, Samarkand

преподаватель, Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши

Teacher, Karshi Engineering and Economic Institute, Uzbekistan, Karshi

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top