Сведения о государственных геодезических сетях

Геодезическая сеть состоит из точек, закреплённых на земной поверхности, положение которых определено в единой системе координат.

Геодезическая сеть в нашей стране строится на основе принципа перехода "от общего к частному". Сначала на территории государства создаётся редкая сеть пунктов, координаты которых известны с большой точностью.

Затем эта редкая сеть геодезических пунктов сгущается, расстояния между пунктами уменьшаются, точность положения пунктов более густой сети понижается. Такой принцип построения геодезической сети России позволяет обеспечить территорию страны пунктами с известными координатами такой густоты, которая необходима для производства инженерных работ и топографических съёмок в данном районе.

При создании геодезической сети на местности производят геодезические измерения — измерения горизонтальных и вертикальных улов, расстояний, превышений, причём все геодезический измерения производят с контролем их правильности. Результаты геодезических измерений подвергаются математической обработке и позволяют определить плановое или высотное положение пунктов геодезических сетей.

По своему назначению и точности геодезические сети подразделяются на государственную геодезическую сеть, сети сгущения и съёмочные сети.

Методы создания геодезических сетей


Плановое положение пунктов геодезической сети определяется методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии, а также другими методами.

Геодезическая сеть, созданная методом триангуляции*, представляет собой сеть треугольников, в вершинах которых расположены геодезические пункты; в этой сети измеряют все горизонтальные углы и некоторые из сторон — базисы.

Метод трилатерации** состоит в определении планового положения вершин треугольников, в которых расположены геодезические пункты, измерением длин всех сторон треугольников и одного горизонтального угла.

В настоящее время в связи с широким использованием светодальномеров метод трилатерации получает всё более широкое применение.

Метод полигонометрии***
состоит в построении геодезической сети путём измерения расстояний и горизонтальных углов между пунктами. Метод полигонометрии для развития геодезической сети широко применяется в закрытой (занесённой, застроенной) местности.

Государственная плановая геодезическая сеть

Государственная плановая геодезическая сеть служит основой для решения научных задач геодезии, для топографических съёмок, для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Государственная плановая геодезическая сеть подразделяется на четыре класса. Геодезическая сеть Один класса создаёт исходную геодезическую основу для дальнейшего развития сетей, служит распространению единой системы координат на всю территорию страны. Сети Два класса опираются на пункты Один класса, сгущают её и используются также для решения научно-технических задач. Сети Три и Четыре классов опираются на пункты старших по точности классов и используются для сгущения этих сетей до необходимой плотности для решения инженерных задач и съёмок. Сеть геодезических пунктов Один класса состоит из полигонов, образованных звеньями, длиной до Двести км. и вытянутых вдоль меридианов и параллелей (рис. Три.Пять).

* — Триангуляция — от латинского слова triangulum — треугольник.

** — Трилатерация — от латинских слов tri (три) и latus (сторона).

***- Полигонометрия — от греческих слов  — много, , -угол,  — измеряю.

Рис. Три.Пять. Схема государственной плановой геодезической сети

Государственная координатная система США Одна тысяча девятьсот двадцать семь (SPCSДвадцать семь)

Государственная координатная система США 1927г. была утверждена в Одна тысяча девятьсот тридцать г. государственным геодезическим комитетом для того, чтобы установить взаимопонимание и единую систему для геодезистов, картографов и инженеров (NAD Двадцать семь). При ее разработке, руководствовались следующими критериями:

* Применение конформных картографических проекций.

* Снижение максимальных масштабных расхождений до уровня менее чем одна часть на Десять тысяч.

* Охват всей территории страны минимально возможным числом зон с разными способами проекции.

* Определение границ зон действия определенных проекций.

Нельзя нанести на плоскую карту, при картографировании, объекты, находящиеся на искривленной поверхности Земли, без нарушения углов, азимутов, расстояний и площадей. Но можно изготовить карту таким образом, что некоторые из этих четырех величин останутся неизменными, если выбрать соответствующую "картографическую проекцию". Картографическая проекция при которой углы на искривленной земной поверхности, будучи спроецированы на плоскую карту, остаются неизменными — называется "конформной" проекцией. При разработке государственной координатной системы использовались три конформные проекции. Коническая конформная проекция Ламберта, поперечная проекция Меркатора и косая проекция Меркатора. Проекция Ламберта применялась в тех штатах, форма которых вытянута с востока на запад (напр. Кентукки, Северная Каролина, Теннеси) или которые предпочитали "разбивку" своей территории на несколько зон, простирающихся с запада на восток. Поперечное проецирование Меркатора использовалось в штатах (или в зонах внутри штатов), простиравшихся с юга на север (напр. Вермонт, Индиана). Косая проекция Меркатора применялась в зоне Аляски, где предыдущие методы проецирования не давали удовлетворительных результатов.

Наземные измерения расстояний в 1930г.г. обычно делались при помощи рулетки или чем ни будь еще, с еще меньшей точностью. Точность измерений редко превышала Один/Десять тысяч. Поэтому, разработчики SPCS27 пришли к выводу, что систематические погрешности масштаба, при проецировании, порядка Один/Десять тысяч будут "поглощены" точностью измерений и вычислений. Если измерения расстояний можно будет делать с точностью, превышающей Один/Десять тысяч, то проблема может быть решена с помощью вычислений, в которых учитывается поправочный коэффициент масштаба. Таким образом, точность Один/Десять тысяч была принята в качестве стандартного уровня, но и там, где требовалась более высокая точность, эта система хорошо работала при внесении корректировки.

При разработке системы SPCS27, для того, чтобы сделать масштабные погрешности менее Один/Десять тысяч; некоторые штаты нужно было разделить на несколько "зон действия определенной проекции". Так, некоторым штатам оказалось достаточной лишь одна зона, некоторым потребовались две или три, а Аляску потребовалось разбить на Десять зон и применять там все три проекции. За исключением Аляски, границы зон определялись границами каждого штата. Обычно существовали значительные области перекрытия этих зон для возможности геодезических работ на объектах, пересекающих границы зон, где точность должна быть не ниже Один/Десять тысяч.

Потребовалось проделать большую работу многим геодезистам и произвести корректировку топографических измерений с учетом поправочного масштабного коэффициента. С применением этой корректировки, границы зон стали менее важны и любой объект может быть продолжен за границу прилегающей зоны.

Государственная координатная система Одна тысяча девятьсот восемьдесят три (SPCS Восемьдесят три)

Исследования снова вернулись к поперечной проекции Меркатора, но с шириной зоны в Два°. Эта координатная сетка удовлетворяла первичным условиям как единая национальная система. Уменьшив ширину зоны, фактор масштаба и корректировка "дуга-хорда" стали не хуже, чем в системе SPCS Двадцать семь. она включает в себя три типа проекции и Сто двадцать семь зон.

Были начаты исследования, цель которых состояла в том, чтобы установить можно ли создать систему, которая бы лучше удовлетворяла принципиальным требованиям, чем SPCS Двадцать семь. Эти требования включают в себя лучшее понимание, упрощение вычислений и применения геодезического измерительного оборудования. В начале казалось, что универсальная поперечная система проецирования Меркатора (UTM) — будет лучшим решением, поскольку для нее уже была установлена длина координатной сетки во всем диапазоне ее использования и основные формулы были идентичны для всех ситуаций. Однако дальнейшие исследования показали, что ее ширина зоны в Шесть градусов представляет собой серьезную проблему для применения геодезистами. Например, для того, чтобы расширить зону, необходимо на центральном меридиане установить значение поправочного коэффициента шкалы, равного Один/Две тысячи пятьсот, тогда как на границах этой зоны, его значение должно быть Один/Одна тысяча двести пятьдесят. Как обсуждалось выше, аналогичный коэффициент в "старой" SPCS редко превышал значение Один/Десять тысяч. В дополнение к этому, корректировочный элемент "дуга-хорда", который "привязывает" наблюдаемый геодезически угол к углам координатной сетки, оказывается завышенным и требует более частого применения. И, наконец, границы геодезических зон не совпадают с границами штатов и других административно- территориальных единиц. Эти проблемы не являлись непреодолимыми, но большинство геодезистов и инженеров считали уже существующую систему SPCS Двадцать семь более простой, а UTM не приемлемой из-за слишком резкого изменения фактора масштаба координатной сетки.

В середине семидесятых годов рассматривалось несколько альтернативных вариантов существующей государственной координатной системы. Некоторые геодезисты защищали старую систему (способы проецирования, границы, определяющие константы), другие полагали, что необходимо принять систему на основе только одной проекции. Сторонники новой системы считали действующую систему слишком громоздкой, т.к. Основной недостаток Два градусной ширины поперечной проекции Меркатора состоял в том, что зоны, будучи ограниченными меридианами, редко совпадали с границами страны и самостоятельных административных образований.

Более детальное изучение показало, что, поскольку многим штатам понадобилось бы две или более зон, Два° ширина сетки не может быть повсеместно введена из-за несовпадения границ зон с границами административных единиц. Пришлось бы мириться с тем обстоятельством, что фактор коррекции масштаба или "хорда-дуга" в некоторых случаях был бы больше, чем в системе SPCS Двадцать семь. Кроме этого, среднее число зон, приходящееся на один штат, в этом случае — увеличивается.

При изучении этой проблемы, стали очевидными три фактора в пользу возврата к идеологии системы SPCS Двадцать семь. Эта система была принята в законодательном порядке Тридцать семь-ю штатами. Существующая координатная сетка применялась на протяжении более Сорок лет и большинство геодезистов и инженеров были хорошо с ней знакомы. С появлением электронных калькуляторов и компьютеров, появилась возможность уменьшить число зон и типов проекции. Появилась возможность вносить улучшения в систему, не требующие утверждения в законодательном порядке. Именно это и послужило причиной к возврату к основам философии построения новой системы SPCS Восемьдесят три по принципу SPCS Двадцать семь.

Необходимость разработки SPCS Восемьдесят три вытекала из принятия NAD Восемьдесят три (Северо-Американская система данных). В рамках NAD Восемьдесят три были переопределены новые координаты для всех горизонтальных контрольных точек в Национальной Системе Геодезических Опорных Точек (NGRS). Величины NAD Двадцать семь больше не отвечали требованиям горизонтального контроля, необходимого для геодезистов и инженеров и их нужно было пересчитывать в каждом районе для привязки к координатной сетке. Преимущества NAD Восемьдесят три состояли в следующем:

*Сто пятьдесят лет непрерывных геодезических наблюдений (всего Один,Восемь миллиона измерений) постоянно корректировались с математическими расчетами, необходимыми для их обобщения, устраняя появляющиеся ошибки.

* Точность межконтинентальной спутниковой триангуляции, точность определения опорных расстояний методами на основе Доплеровского эффекта, интерферометрическими методами улучшило точность координатной сетки.

*Новая форма Земли, согласно Геодезической Системе Отсчета от Одна тысяча девятьсот восемьдесят г. (GRS Восемьдесят), которая лучше отражает реальность, чем сфероид Кларка 1866г., который применялся в NAD Двадцать семь.

* Начало координат, которое переместили со станции Мидз Ранч, Канзас, в центр массы Земли для лучшей совместимости со спутниковыми системами. Это не только привело к изменениям геодезических координат каждой контрольной точки, но и потребовало изменить Государственную координатную систему по следующим причинам:

* Плоские координаты математически вычисляются (при помощи "картографических уравнений") из геодезических координат.

*Новая форма Земли, в соответствии с эллипсоидом GRS Восемьдесят, определяется отличными от старой модели параметрами (большая и малая оси, эксцентриситет). Эти новые параметры эллипсоида включаются в картографические уравнения и их использование дает разницу в плоских картографических координатах.

* Картографические уравнения стали точными до миллиметра, тогда как старая система, основанная на вычислениях с помощью логарифмической линейки, обычно давала приблизительные результаты.

* Определяющие константы нескольких зон были исправлены.

*Численные величины сетки координат каждой зоны были существенно изменены, что создавало впечатление существенного отличия координат.

*Все координаты в Государственной координатной системе были выражены в метрических единицах.

*В SPCS Восемьдесят три применялась поперечная проекция Меркатора в приближении Гаусса-Крюгера, тогда как в SPCS Двадцать семь применялась форма уравнений Гаусса-Шрайбера.

Обратите внимание: