Тахеометрическая съемка

Тахеометрическая съемка (тахеометрия обозначает быстрое измерение) выполняется с помощью тахеометров и является в настоящее время самым распространенным видом съемки застроенных территорий, участков архитектурных ансамблей, а также узких полос местности при изысканиях под проектирование и строительство автомобильных и железных дорог, трубопроводов, каналов и др. Внедрение в производство тахеометров-автоматов существенно сокращает сроки проведения съемки и повышает качество работ. Применение тахеометров-автоматов позволяет получить цифровую модель местности — основу для систем автоматизиро- ванного проектирования. Приемы и методы тахеометрической съемки применяются также при обмерах архитектурных сооружений. В процессе тахеометрической съемки ситуацию и рельеф снимают одновременно, план местности составляется в камеральных условиях.

Тахеометры предназначены для измерения горизонтальных и вертикальных углов, расстояний и превышений.

Съемочным обоснованием тахеометрической съемки служит теодолитно-нивелирный ход, а также — тахеометрический ход. Эти хода должны быть привязаны к пунктам государственной геодезической сети. В тахеометрических ходах определяются: углы, линии и превышения с помощью теодолита или тахеометра-автомата. Одновременно с проложением тахеометрического хода производится съемка ситуации и рельефа. Расхождения расстояний, измеренных нитяным дальномером между станциями хода в прямом и обратном направлениях не должны превышать 1:300 (при измерении расстояний нитяным дальномером). Горизонтальные и вер- тикальные углы хода измеряются при двух положениях вертикального круга — КП и КЛ. Расхождение значений углов не должно превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита.

Координаты вершин тахеометрического хода вычисляются так же, как в теодолитном ходе; высоты точек определяются методом тригонометрического нивелирования.

Расхождение значений превышений, полученных в прямом и обратном направлениях, не должны быть более 4 см на 100 м.

Требования, предъявляемые к тахеометрическим ходам, приведены в табл.

Допустимая угловая невязка тахеометрического хода определяется по той же формуле, как и для теодолитного хода.

Допустимая невязка в периметре хода вычисляется по формуле:

F_{s доп.}=S/Т

где S — длина хода в м, 1: Т — относительная ошибка измерения сторон, n — число сторон в ходе. Невязка превышений хода вычисляется по формуле:

f_h=Σh_ср. - (Н_кон. - Н_нач.),

- для разомкнутого хода;

f_h=Σh_ср

— для замкнутого хода,

где h_ср — среднее арифметическое из превышений, определенных между точками хода в прямом и обратном направлениях, Н_кон. и Н_нач— высота конечной и начальной точек хода соответственно.

Допустимая невязка превышений для ходов тригонометрического нивелирования определяется из выражения:

f_{h доп.}= 0,20 м

где S — длина хода в км.

Съемка ситуации и рельефа выполняется с точек хода, где устанавливается теодолит. Вокруг точки хода — станции намечаются характерные точки рельефа и ситуации, на которых последовательно устанавливается рейка. Такие точки называются пикетами или реечными точками, они не закрепляются на местности. Пикеты должны быть расположены таким образом, чтобы в дальнейшем, после определения их планового положения и высоты, можно было составить топографический план.

Среднее расстояние между соседними пикетами зависят от масштаба съемки и соответственно равны: 10 м для масштаба 1:500; 20 м для 1:1 000; 50м для 1:2000 и 100 м для масш- таба 1:5 000. Количество пикетов на станции зависит от масштаба съемки, характера рельефа и особенностей ситуации. Расстояния от прибора до рейки не должны превышать: 60 м — при масштабе плана 1:500, 80 м — при масштабе плана 1:1 000, 100 м — при масштабе плана 1:2 000 и 150 м — при масштабе плана 1:5 000. При определении нечетких контуров и при съемке рельефа эти расстояния допускается увеличивать в 1,5 раза.

Наблюдение пикетов выполняется при одном положении круга, как правило, при круге лево — КЛ.

Плановое положение пикетов определяется способом полярных координат: по горизонтальному углу от исходного направления (направление ориентирования) и расстоянию от инструмента до рейки. Высоты пикетов определяются тригонометрическим нивелированием.

Для выполнения съемки теодолит устанавливают на станции и приводят его в рабочее положение. Нулевой штрих лимба горизонтального крута ориентируют по исходному направлению — на одну из соседних точек хода. Для этого при закрепленном положении лимба нулевой штрих алидады совмещается с нулевым штрихом лимба и алидада закрепляется; ослабив закрепительный винт лимба, наводят трубу на соседнюю точку хода и закрепляют лимб. Таким образом, при нулевом отсчете по горизонтальному кругу зрительная труба наведена на соседнюю точку хода. Далее в процессе измерений горизонтальных углов наведение зрительной трубы на пикеты выполняется путем вращения алидады горизонтального круга при закрепленном лимбе. Полученные значения отсчетов по горизонтальному кругу равны горизонтальным утлам, составленным направлением на соседнюю точку хода с направлениями на пикеты.

Место нуля — МО вертикального круга измеряется наблюдениями на 2 — 3 точки, расхождение значений не должно превышать 1 минуты. Высота инструмента на станции измеряется с точностью 1 см.

При визировании на пикеты средний штрих сетки нитей зрительной трубы наводится на высоту инструмента — i, отмеченную на рейке, и определяются отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам. В том случае, если труба наведена на другую высоту на рейке — v, последняя должна быть занесена в соответствующую графу журнала. Все результаты измерений записываются в журнал. Пример заполнения журнала приведен в табл. Следует отметить, что в данном журнале опущена графа высоты наведения — v, т.к. на всех пикетах зрительная труба наводилась на высоту инструмента i, отмеченную на рейке. Одновременно с ведением журнала составляется абрис съемки (рис.), в котором, дано схематическое расположение станций, пикетов, обозначены характерные линии рельефа, направления скатов (стрелками), показано примерное расположение горизонталей. Ситуация на абрисе изображается условными знаками или надписями.

После наблюдения 15 — 20 пикетов и по окончании работы на станции проверяют ориентирование лимба горизонтального круга путем визирования на точку хода, по направлению которой было выполнено первоначальное ориентирование. Отклонение от нулевого отсчета не должно быть более 1,5'.

По данным измерений вычисляются и записываются в журнале углы наклона, горизонтальные проложения d и превышения h. Расчеты выполняются с помощью компьютера, микрокалькулятора или тахеометрических таблиц. Высоты пикетов вычисляются с точностью 0,1 м.

Составление плана выполняется на планшете. Строится координатная сетка, наносятся по координатам Х, У точки геодезического обоснования — станции тахеометрической съемки. С помощью транспортира и масштабной линейки

Электронный тахеометр ЗТа5

откладываются горизонтальные углы и горизонтальные проложения и обозначаются пикеты, подписываются их высоты. Путем интерполяции между пикетами проводятся горизонтали. Условными знаками изображается ситуация.

В настоящее время в тахеометрической съемке успешно применяются электронные тахеометры-автоматы: Ta3М и 3Ta5 (Россия), SET 600 и SET411 OR (Япония), ТС 500 (фирмы Лейка) и др.

Электронные тахеометры совмещают функции точного электронного теодолита, светодальномера и компьютера, а управление ими осуществляется с помощью клавиш и дисплея. Результаты измерений выводятся на дисплей. На определяемой точке (пикете) устанавливается специальная вешка с отражателем, состоящим из одной или нескольких призм. От количества призм зависит дальность линейных измерений.

Важным преимуществом электронных тахеометров ряда фирм является возможность производить измерения не только на призменные отражатели, но и на небольшие самоклеющиеся рефлекторные пленки (марки), что упрощает работу, когда невозможно поставить веху с отражателем непосредственно на наблюдаемую точку, например, на угол здания. Самоклеющиеся визирные марки удобны также и в тех случаях, когда требуется проводить многократные повторные измерения на те же точки, например, при определении деформации объекта.

Последним существенным достижением в конструкции электронных тахеометров является возможность измерений без отражателей, используя отражательные свойства самого предмета. В этом случае измерения может выполнять один человек, что значительно сокращает сроки проведения работ. Технология безотражательной тахеометрической съемки по существу является сканированием местности: производятся измерения множества точек, по которым можно составить цифровую модель местности и затем трансформировать ее для получения информации в различном отображении: в виде традиционных «бумажных» карт и планов, ЗD— моделей и пр.

В зависимости от объема внутренней памяти прибора регистрируются данные измерений определенного количества пикетов. Электронные тахеометры оснащены набором универсальных прикладных программ, что дает возможность обрабатывать данные измерений непосредственно в полевых условиях. При этом используются полевые компьютеры, предназначенные для решения следующих задач: 1) управления приборами, 2) накопления полевых данных, 3) производства необходимых вычислений в полевых условиях.

В настоящее время выпускаются полностью роботизированные станции с дистанционным управлением, а также с системой автоматического слежения за целью и набором универсальных полевых программ (Robotic фирмы Trimble).

Электронные тахеометры ЗТа5 (Россия) применяются для выполнения крупномасштабных топографических съемок, при изысканиях под строительство линейных сооружений, при производстве разбивочных работ на стройплощадке и др. Программное обеспечение тахеометра позволяет производить измерения полярных и прямоугольных координат земельного участка, определить недоступное расстояние и высоту сооружения. Результаты измерений мо- гут быть записаны в карту памяти PCMCIA и переданы в персональный компьютер IBM РС для последующей обработки.

Данная технология съемки местности базируется на использовании новейших достижений в области спутниковых радионавигационных систем: ГЛОНАСС (Россия) и НАВСТАР (США). Первые работы в России в этом направлении еще только начинаются, но они весьма перспек- тивны. Цифровой план можно создать непосредственно в полевых условиях в режиме реального времени. Плановое и высотное положение пикетов определяется с точностью не менее 2 — 3 см с помощью высокотехнологичного оборудования, принимающего сигналы с искусственных спутников Земли.

Различают следующие режимы съемки: дифференциальный, статический (с последующей обработкой результатов измерений — постобработкой), кинематический (с постобработкой) и кинематический RTK (в режиме реального времени). Статический режим является наиболее точным и применяется, как правило, при создании или обновлении опорных геодезических сетей.

Полевой комплект для съемки состоит из оборудования, размещаемого на базовой станции и из переносного комплекта (или нескольких комплектов). В качестве базовой станции может быть использован пункт государственной геодезической сети или другая точка, координаты которой известны с высокой степенью точности. На базовой станции размещается приемная аппаратура (приемник). С помощью спутниковой антенны принимаются сигналы с искусственных спутников Земли навигационной системы НАВСТАР (США) и/или ГЛОНАСС (Россия). Спутниковый приемник обрабатывает сигнал, принятый антенной и с помощью передающего модема транслирует данные в эфир (рис.). Центрирование прибора над точкой выполняется с помощью оптического отвеса. Высота антенны измеряется секционной рейкой дважды, допустимое расхождение результатов измерений — не более 2 мм.

Переносной комплект состоит спутниковой антенны, приемника, принимающего модема и управляется многофункциональным контроллером-накопителем. Все это оборудование при транспортировке размещается в рюкзаке. На определяемых точках (пикетах) последовательно устанавливается спутниковая антенна, закрепляемая на вехе с круглым уровнем. Измеряется разность фаз от двух приемников, находящихся в зоне радиовидимости как минимум 4-х спутников, что позволяет вычислить разность координат базовой и определяемой точек. Исполнитель со- храняет полученные данные в контроллере (накопителе информации), где фиксирует описание пикета: номер, код объекта, сведения о последовательности соединения с другими пикетами и пр. Наблюдения на базовой станции и определяемой точке осуществляются одновременно в течении 2 — 5 секунд.

В настоящее время количество и траектории полета ис- кусственных спутников Земли (НИСЗ) обеспечивают 100% охват видимостью как минимум 4-х спутников с любой точки поверхности Земли. Приемники спутниковых радионавигационных систем одновременно следят за сигналами нескольких спутников (до 12 и более). Такая аппаратура выпускается рядом фирм: Trimble Navigation (США), Wild Heerburg (Швейцария) и др.

Приемник спутниковой навигации GPS

Следует отметить, что в настоящее время глобальная спутниковая система HABCTAP — более развита и доступна, чем ГЛОНАСС. Новейшей разработкой GPS-аппаратуры является приемник Trimble Total Station 5700 (рис.). Это двухчастотный приемник, предназначенный для съемки всех типов в режимах как последующей обработки (постобработки), так и в режиме реального времени (RTK). По сравнению с предыдущими образцами, в данном приемнике уменьшено энергопотребление и вес, увеличена точность измерений. Одна базовая станция может обслуживать несколько передвижных. В комплект оборудования, кроме приемника (1), входит: GPS-антенна (2), радио-антенна (3) и контроллер (4) с программным обеспечением.

Основными источниками погрешностей измерений являются радиопомехи случайного характера. Наиболее эффективный способ снижения их влияния — использование двухчастотных приемников вместо одночастотных.

Точность определения координат и высот пикетов зависит от применяемой технологии съемки. При статической съемке погрешность определения точки равна: 5 мм + 0,5 мм/км (в плане) и 5 мм + 2 мм/км (по высоте). Подразумевается, что на всех пунктах непрерывно отслеживаются минимум 5 спутников при измерениях на двух частотах. При съемке в режиме реального времени (RTK) погрешность определения положения точки равна: 10 мм + 1 мм/км (в плане) и 20 мм + 2 мм/км (по высоте).

Все характеристики точности зависят от количества видимых спутников, препятствий, длины базовой линии, точности базовой станции и пр.

Спутниковые технологии имеют ограничения при съемке на застроенной и залесенной территориях. Например, нельзя установить антенну в утол здания, т.е. измерить координаты этой точки. В таких случаях рекомендуется сочетать спутниковые технологии с традиционными топографическими съемками, при этом наиболее эффективным представляется использование тахеометрической съемки и электронных тахео метров — автоматов.

Применение спутниковых технологий в геодезическом производстве экономически выгодно, т.к. производительность труда по сравнению с традиционными методами повышается в 10 — 15 раз. Обеспечивается высокая точность полученных результатов. Аппаратура может функционировать в трудных физико — географических условиях, днем и ночью, при отсутствии видимости между пунктами. Диапазон температуры воздуха: от — 40 до + 70 С.

Одним из главных достоинств цифровой технологии съемки состоит в том, существенно облегчается процесс передачи данных в ГИС и САПР.

В настоящее время спутниковые технологии применя- ются главным образом при топографической съемке, построении и обновлении опорных геодезических сетей и при производстве инженерных изысканий.

В Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии (МГУГК) разработана концепция реконструкции опорных геодезических сетей крупных городов России на основе спутниковых методов. Данная концепция была апробирована при реконструкции Московской городской опорной геодезической сети. Были выполнены полевые спутниковые измерения на 222 пунктах сети. Применялись спутниковые приемники концерна Leica ( Швейцария) WILD GPS SYSTEM-200 и Leica GPS SYSTEM-300. Работы велись в статическом режиме. Обобщенная оценка качества спутниковых измерений характеризуется средней квадратической погрешностью порядка 6 мм и относительной ошибкой 1/2000000 при среднем расстоянии между пунктами 13 км. Результаты измерений контролировались использованием светодальномерами. Полевые работы проведены в короткие сроки и с высокой точностью в сложных городских условиях. Полученная база геодезических данных позволяет качественно проводить в городе все виды геодезических измерений и служит основой для разного рода исследований, в том числе опасных деформационных процессов на территории г. Москвы.

Только благодаря использованию новейшей спутниковой технологии стало возможным создание единой высокоточной геодезической сети, необходимой для решения новых задач:

• создания и ведения высокоточного городского кадастра (учета и оценки земельных участков),

• разработки ГИС,

• выделения и продажи земельных участков в пределах города и его окрестностей.