ОБ ОСНОВНЫХ ТРЕБОВАНИЯХ К ТАХЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ ХОЛМИСТОЙ МЕСТНОСТИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье описаны основные требования при выполнении топографической съемки с помощью глобальной навигационной спутниковой системы в местах, где уклон составляет выше шести угловых градусов. Приведены некоторые характеристики рельефа, которые влияют на точность ГНСС съемки. Изложена методика измерений в холмистой местности с помощью электронно-оптических и навигационных приборов. На примере территории поселка “Таваксай” анализируется степень конфигурации и плотность установки пикетных точек. Подчеркивается, что перед проведением тахеометрической съемки на пунктах геодезической сети следует выполнить центрирование инструмента. Для оперативной геодезической съемки предлагается использовать режим навигационной съемки RTK. При выборе новой системы координат следует применять трехградусную зону проекции Гаусса из-за незначительности измеряемого участка.

ABSTRACT

This article describes the basic requirements for performing a topographic survey using a global navigation satellite system in places where the slope is more than six degrees of angle. Some characteristics of the relief that affect the accuracy of the GNSS survey are given. The technique of measurements in a hilly area with the help of electronic and navigation instruments is described. On the example of the territory of the village "Tavaksay" the degree of configuration and density of picketing on a hill is analyzed. It is emphasized that before conducting a tacheometric survey at the points of the geodetic network, the tool should be centered. For operational tacheоmetric surveys in such places, it is proposed to use the RTK navigation survey mode. When choosing a new coordinate system, a three-degree Gaussian projection zone should be used due to the insignificance of the measured area.

Ключевые слова: рельеф, ГНСС, тахеометрическая съемка, центрирование, масштаб, геодинамический полигон.

Keywords: relief, GNSS, tacheometric survey, centering, scale, geodynamic polygon.

Известно, что горы и холмистые места занимают значительную часть территории Республики Узбекистан, где проходят административно-территориальные границы республик Центральной Азии, а также сосредоточены основные горно-добывающие объекты и сооружения. Соответственно, проведение полевых геодезических работ в этих местах сопровождается с определенностью трудностью, т.к. плотность пикетных точек вдоль наклонной поверхности больше, чем в равнинной местности. В каждом конкретном случае надо рассматривать характеристики рельефа, которые влияют на точность и продолжительность геодезической съемки [5]. Прежде всего, необходимо учесть физико-географические характеристики и геолого-минералогические свойства исследуемого участка, а также топографо-геодезическое обеспечение. Естественно, перед проведением топографической съемки следует произвести рекогносцировку местности и пунктов триангуляции. Такие подготовительные работы снижают вероятность погрешности при проведении тахеометрической съемки и, тем самым, создают оптимальные условия для инженерно-изыскательских работ. Точность топографической карты зависит не только от принятого масштаба, но и от угла наклона, высоты сечения рельефа (Таб.1). При создании специализированных топографических планов допускается отображение на плане не всей ситуации местности, применение нестандартных сечений рельефа, снижение или, наоборот, повышение требований к точности контуров [9]. Используют различные виды съемок, но наиболее точным считается наземная топографическая съемка.

Таблица 1.

Характеристики рельефа для тахеометрической съемки

Наземная фототопографическая съемка применяется как самостоятельная в горных районах, так и в сочетании с аэрофототопографической – в горных районах и города. В отдельных случаях (отсутствие материалов аэрофотосъемки или наземной фотосъемки местности, экономическая нецелесообразность, небольшие участки и т.п.) применяются тахеометрическая или теодолитная. Такая съемка с помощью оптических теодолитов выполняется для небольших районов, когда другие виды геодезических измерений не обеспечивают требуемой точности. Этот вид съемки стал очень популярным и востребованным в городских условиях, что все организации, связанные с земляными работами, активно используют съемку при инженерно-изыскательских и строительных работах. Если участок находится в горной или предгорной местности, то роль таких геодезических работ приобретает особый статус, но топографическая съемка в горной местности отличается от равнинной, густотой и конфигурацией пикетов. Относительные превышения местности, вычисленные с помощью тахеометрической съемки, влияют на точность построения пространственной цифровой модели местности. По результатам съемки составляют топографическую карту или план с изображениями ситуаций, предметов и рельефа местности [10].

С внедрением современных электронных тахеометров, процесс вычисления координат и высот пикетов стал универсальным, но формулы вычисления координат и высот остались прежними. Традиционно считается, что, чем больше пикетов при съемке, тем точнее получается план или топографическая карта. Однако, эти пикеты должны быть распределены по всему участку. Для равнинной местности эти требования легко выполняются, а для горной местности приходится учитывать множество ситуаций, связанных с большими перепадами высот и уклоном рельефа. Конечно же, полевая съемка, выполненная с помощью электронного тахеометра, отличается от GNSS съемки по точности и времени [1]. Поэтому в данной работе приведены основные требования к ГНСС съемке горной местности, т.к. методика и принцип работы с помощью электронных тахеометров, а также требования к ним, подробно описаны во многих монографиях и учебных пособиях. Хотя имеются некоторые инструкции для полевых геодезических работ, данная статья направлена именно на особенности использования ровера при ГНСС измерениях предгорного участка Ташкентской области (Рис.1). Ниже описана методика измерений с помощью электронно-оптического тахеометра и глобальной спутниковой навигационной системы в горной местности вблизи приграничной территории, проходящей между Республиками Узбекистан и Казахстан [8].

Рисунок 1. Тахеометрическая съемка с Trimble M3 DR5^//

Методика измерений с помощью электронно-оптических тахеометров ничем не отличается от классических оптических теодолитов. Основное преимущество современных геодезических инструментов состоит в том, что они стали более универсальными и автоматизированными, позволяющими сохранять отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам в специальную память. Еще одним достоинством этих приборов является измерение наклонного расстояния до пикетной точке, где установлена веха с отражателем. Измеренные данные легко можно импортировать в компьютер для дальнейшей обработки. Что касается размещения пикетов на плане или карте, то согласно инструкции по тахеометрической съемке, должны быть соблюдены расстояния до вехи и между вехами в зависимости от рельефа местности [6]. 

Для исследования были использованы результаты измерений, выполненные авторами на геодинамическом полигоне “Таваксай” Ташкентской области с помощью электронного тахеометра Trimble M3 DR5^” и GNSS приемника Trimble R4 на интервале с 2019 по 2023гг. В измерениях участвовали преподаватели, студенты и докторанты Национального университета Узбекистан, Самаркандского Государственного Архитектурно-Строительного института, Термезского Государственного Университета, Ташкентского Архитектурно-Строительного института и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Следует отметить, что эти работы выполнялись в рамках научного направления кафедры геодезии и геоинформатики НУУз., а также в связи с международным договором между НУУз. и лабораторией изучения Земли из космоса г. Ковильян (Португалия). Выбор этого района связан с тем, что здесь имеется локальная геодинамическая сеть института сейсмологии Академии наук Республики Узбекистан, где выполняются научные эксперименты по выявлению деформационных процессов в верхних слоях мантии Земли [11]. Например, в 2022 году сотрудниками НУУз. произведены ГНСС и гравиметрические измерения с целью сравнения ортометрических высот геодезических пунктов, полученных с помощью тригонометрического и гравиметрического нивелирования [7].

Территория “Таваксая” имеет холмистую местность на вершинах которых установлены пункты государственной геодезической сети главного управления геодезии и картографии. Геодезическая сеть, составленная из этих пунктов, является фрагментом Ташкентского геодинамического полигона (ТГДП), образованная после землетрясения в 1966г. Под горным массивом проходит Каржатауский тектонический разлом, образованный в результате деформации верхнего слоя мантии Земли [4]. К сожалению, тахеометрическая съемка этой территории не была выполнена из-за реформирования топографо-геодезического подразделения Республики Узбекистан. Эта первая попытка произвести топографическую съемку небольшого участка горной местности с помощью приемника ГНСС.  Измерения выполнялись в режиме реального времени (РТК) с длительностью 20 секунд по методу спирали на расстоянии 50 -150 м между пикетами, где в качестве вехи использовался GNSS ровер. В период съемки основное внимание уделялось оврагам, обрывам, ущельям и гидрографическим характеристикам. Недостатком этой съемки является ограниченность действия сигналов между базовой станцией и ровером.

Всего получено 178 пикетных точек с прямоугольными координатыми в универсальной поперечно-цилинтрической прооекции Меркатора (UTM) и высотой относительно поверхности MSL. Все измернния и вычисления были редуцированы в систему координат WGS84. Для исследования влияния рельефа на прием сигналов со спутника было произведено измерение в разных местах маршрута от ГГС ”Клад” до самой низкой точки исследуемого участка. При этом использовался дифференциальный метод в режиме быстрая статика.

Рисунок 2. Установка ровера на пикетной точке

В процессе измерений выявлено, что тахеометрическая съемка с помощью ГНСС приемников является наиболее оперативней и экономичной по сравнению с электронным тахеометром. Но расстояния между станцией и пикетами более точными получаются с использованием электронных тахеометров, т.к. наклонная дальность определяется по лазерному отражателю, который был установлен на пикетной точке. В ГНСС измерениях расстояние или хорда между двумя пунктами вычисляется аналитически по формуле:

где  B, L, H, N, e – широта, долгота, высота, радиус кривизны первого вертикала, эксцентриситет.

Высота инструмента и ровера играет немаловажную роль при измерении и вычислении координат. В таких случаях следует обратить внимание на расстояние от центра базовой станции до желтой полоски GNSS Trimble R4, т.к. все сигналы со спутников поступают именно в верхнюю часть приемника. Ошибка центрирования инструмента приводит к погрешности вычисления координат базовой станции и ровера. Это относится не только к ГНСС измерениям, но при линейно-угловых измерениях с помощью электронно-оптического тахеометра. При навигационных измерениях поправка за редукция равна нулю, т.к. отсутствуют угловые измерения.

Рисунок 3. Схема центрировки инструмента [3]

                                                    (1)

Математическая обработка исследуемого участка должна быть произведена в принятой проекции и системе высот, которая содержит анализ координат и высот исходных пунктов. Также следует выполнить обработку линейно-угловых измерений и оформление материалов определения элементов приведения, включая вычисление длин и координат пикетных точек. Поскольку измеряемый район является небольшим, то при выборе новой системы координат следует использовать трехградусную зону проекции Гаусса. Произвольный осевой меридиан должен проходить по центральной части измеряемого участка для того, чтобы поправки за редукции на плоскости были в три раза меньше погрешности измерений. На участках со значительными высотами допускается относить уровенную поверхность к среднему уровню съемочного объекта.

Таким образом можно сделать вывод о том, что соблюдение основных требований при навигационных измерениях позволяют исключить случайные и систематические ошибки, вызванные неточностью центрировки инструмента и конфигурацией плотности пикетов в исследуемом участке. Отмечается, что использование крупно-масштабных съемок дает более корректную пространственную цифровую модель рельефа по сравнению с мелкомасштабной съемкой. Для ГНСС съемки наиболее подходящей считается использование режима RTK, т.к. за короткое время можно охватить значительную территорию с большим уклоном местности. Эти минимальные требования составляют основу создания цифровых топографических карт и планов в масштабе от 1 : 500 до 1 : 5000, которые  используются при инженерно-изыскательских и строительных работах приграничных зон. В каждом конкретном случае надо учитывать всевозможные варианты уточнения тахеометрической съемки, включая современные цифровые технологии [2].

Список литературы:

1. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. М: Картгеоцентр, 2005, т.1,2.
2. Бекбаев Г.К., Белевич С.В. Геодезическая сеть Республики Узбекистан и ее совершенствование с использованием приборов спутникового позиционирования // Геология, Геохимия, Геодезия, № 29. Ташкент, 2007.
3. Закатов П.С. Курс Высшей геодезии. М.: Недра, 1976. – 512с.
4. Корешков Н.А., Пискулин В.А., Райзман А.П. Некоторые результаты геодезических исследований современных движений земной поверхности на геодинамических полигонах Узбекистана / Тезисы докладов VII Всесоюзного совещания по изучению современных движений земной коры. Львов, 16-21 мая 1977 г., кн.2, Москва, 1968 г.
5. Мирмахмудов Э.Р., Ковалев Н.В., Олтибоев Ж. Анализ математической основы топографических карт горных районов Республики Узбекистан// Глобальные науки и инновации 2021. Нурсултан, Казахстан. 2021.С.24-28.
6. Мирмахмудов Э.Р., Салахитдинова С. С., Олтибоев Ж.М. Теоретическая интерпретация геометрической поверхности цифровой модели местности со сложным рельефом // Вестник науки. Инновационные научные исследования. г. Уфа. №2-2(16), февраль 2022. С.86-97.
7. Мирмахмудов Э.Р., Зиябов Ш. Р., Ражабова Д.Р., Тастемирова М.Г. Предварительные гравиметрические измерения на геодинамическом полигоне “Таваксай” (Узбекистан) // Вестник науки. Инновационные научные исследования. г. Уфа, №5-3(19), май 2022. С.85-95.
8. Мубораков Х.,Мирмахмудов Э., Камилов Б. Современное состояние геодезических работ на ташкентском геодинамическом полигоне // 7 Universum. Москва, 2020. №5(74). С.56-59.
9. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1 : 5000, 1 : 2000, 1 : 1000, 1 : 500. ГКИНП -020033-82.
10. Шувалов Я.А. Основы Топографии. М.: Учпедгиз.1951.- 353с.
11. Уломов В.И. О роли горизонтальных тектонических движений в сейсмогеодинамике и прогнозе сейсмической опасности. Физика Земли. 2004, № 9. С. 14 - 30.