МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПУТНИКОВЫХ И СВЕТОДАЛЬНОМЕРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЪЁМОЧНЫХ РАБОТ НАСООРУЖЕНИЯХЛИНЕЙНОГО ТИПА

Научная статья

Федоров С.А.^1,*, Хромченко А.В.²

¹ ORCID: 0000-0002-5410-3916;

^{1, 2} Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия

*Корреспондирующий автор (fedoroff27[at]mail.ru)

Аннотация

Авторами выполнен анализ особенностей применения метода построения сети и метода определения висячих пунктов при создании геодезической планово-высотной основы с использованием спутниковых приёмников на линейных объектах большой протяжённости при разреженной плотности расположения исходных геодезических пунктов и реперов. Предложена методика построения на местности съёмочной основы в виде линейчатого базового хода, включающего линейную комбинацию векторов базовых линий,измеренных с использованием нескольких последовательно расположенных базовых станций.

В статье рассмотрены условия совместного использования спутниковых приёмников и электронных тахеометров для создания планово-высотной основы и съёмки элементов линейного сооружения и прилегающей к нему местности. Предложена методика построения съёмочной основы в виде совокупности пунктов ромбовидного базового хода и точек последовательно построенных светодальномерных теодолитных ходов, опирающихся на базисы ромбовидного хода. Съёмочные работы выполняют электронными тахеометрами с пунктов базисов и точек теодолитных ходов.

Ключевые слова: спутниковые приёмники, электронные тахеометры,базовые линии, висячие определения, статика, кинематика, съёмочная основа, линейчатый базовый ход,ромбовидный базовый ход.

METHODOLOGICAL ASPECTS OF USING SATELLITE AND OPTICAL DISTANCE MEASUREMENT IN SURVEYING ON LINEAR TYPE STRUCTURES

Research article

Fedorov S.A.^{1, *}, Khromchenko A.V.²

¹ORCID 0000-0002-5410-3916;

^{1, 2} Pacific National University, Khabarovsk, Russia

* Corresponding author (fedoroff27[at]mail.ru)

Abstract

The article analyzes the features of the application of the network construction method and the method of determining hanging points when creating a geodetic plan-altitude basis using satellite receivers on linear objects of large extent with a sparse density of the location of the initial geodetic points and reference points. The authors propose a methodology for constructing a survey base in the form of a linear base run, including a linear combination of baseline vectors measured using several sequentially located base stations.

The article discusses the conditions for the joint use of satellite receivers and electronic total stations to create a planned high-altitude basis and survey elements of a linear structure and the surrounding area. Also, the study proposes a method of constructing a surveying basis in the form of a set of points of a diamond-shaped closed base traverse and points of sequentially constructed optical distance measurement theodolite traverse based on the bases of a diamond-shaped closed traverse. Surveying is carried out by electronic total stations from the points of bases and points of theodolite traverse.

Keywords: satellite receivers, electronic total stations, baselines, hanging definitions, statics, kinematics, surveying basis, linear base traverse, diamond-shaped closed base traverse. Введение

К числу наиболее прогрессивных геодезических средств измерений, применяемых в настоящее время при создании геодезических сетей и производстве съёмочных или разбивочных работ, относятся спутниковые приёмники геодезического класса и электронные тахеометры. В этой связи становится актуальным определить наиболее рациональные способы использования таких электронных приборов при создании геодезической планово-высотной основы (ПВО) для производства топографо-геодезических или специальных съёмочных работ на линейных объектах в зависимости от целей съёмки местности и элементов сооружений [1].

Так, например, при паспортизации и диагностике существующих автомобильных дорог выполняют определение пикетного положения (километража) характерных сечений элементов автомобильной дороги и искусственных сооружений на ней, дорожных знаков и дорожной разметки относительно установленного начала (исходного километра) автомобильной дороги [2],[3], [4]. При решении задач земельного кадастра выполняют съёмку границ полосы от водалинейных сооружений путём определения плоских прямоугольных координат в точках поворота (излома) границ земельных участков на местности с целью однозначного установления местоположения земельного участка на плоскости проекции Гаусса[5],[6],[7].

Методы и принципы исследования

Спутниковые приёмники геодезического класса подразделяются на классические приёмники, предусматривающие постобработку (РРК) всех видов спутниковых измерений после производства измерений в Глобальных навигационных системах (ГНС) и приёмники, обеспечивающие обработку статических и кинематических измерений в режиме текущих координат (РТК) непосредственно в процессе производства измерений (см. таблицу 1).

В приёмниках установлено специальное программное обеспечение, содержащее параметры действующих общеземных и референтных систем координат, параметры связи между системами координат и алгоритмы вычисления пространственных и плоских прямоугольных координат и отметок пунктов в национальных геодезических системах координат и высот. Необходимые настройки и установки для приёмника производят с помощью контроллера.

Таблица1–Характеристики спутниковых приёмников

Параметр		Тип приёмника
		Javad Sigma-G3T	Topcon GR-5	Sokkia GRX2
Число каналов, шт		216	226	226
Глобальная нави-гационная система,частота	GPSГЛОНАСС Galileo	L1, L2, L5L1,L2 E1,E5A	L1,L2,l5L1,L2 Glove-A, B	L1, L2L1,L2 E1
Среднеквадратические погрешности(СКП)при измерениях в плане (по высоте),мм	Статика (St),Быстрая статика (FSt)Кинематика (РРКиРТК)	3+0,5ppm(5+0,5 ppm)10+1ppm(1 5+1ppm)	3+0,5ppm(5+0,5 ppm)10+1ppm(1 5+1ppm)	3+0,5ppm(5+0,5 ppm)10+1ppm(1 5+1ppm)

При производстве относительных спутниковых измерений используют минимум два одновременно работающих приёмника – базовый и подвижный.В процессе совместной обработки информации, принятой каждым приёмником от спутников Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), определяются параметры пространственного вектора базовой линии, соединяющего центры антенн приёмников. К числу параметров вектора относят азимут, угол наклона и длину базовой линии. При установке базового приёмника на геодезическом пункте с известными координатами и отметкой по значениям параметров вектора базовой линии автоматически вычисляются координаты и отметка подвижного приёмника, установленного в определяемой точке.

В случае установки базовой станции в произвольном месте местности – «свободная база» – выполняют привязку этой станции с помощью подвижного приёмника к ближайшим геодезическим пунктам и реперам государственной плановой и высотной сетей. При отсутствии связи спутниковых измерений с геодезическими пунктами и реперами по-прежнему получают параметры векторов базовых линий между приёмниками, однако результаты таких автономных определений местоположения базового и подвижного ГНС-приёмников могут существенно отличаться от истинных координат и отметок определяемых точек в системе координат СК-42(95) и Балтийской системе высот БСВ-1977.

Электронные тахеометры включают в себя электронный теодолит, светодальномер и миникомпьютер для обработки данных. Поэтому электронные тахеометры классического исполнения измеряют в электронном режиме три базовые величины – горизонтальные и вертикальные углы и наклонные светодальномерные расстояния от тахеометра до цели (см. таблицу 2) [8]. Программное обеспечение тахеометра предусматривает вычисление в тахеометре дополнительных так называемых псевдо-измеренных величин – превышений, проложений линий,координат и отметок точек и др.

Таблица2–Точностныехарактеристики тахеометров Sokkia серии SETs10

Наименование параметра	SET310	SET510	SET610
СКП измерения углов, не более	±3//	±5//	±6//
СКП измерения расстояний D,мм: - на призму точное измерение - на призму быстрое измерение - на плёнку точное измерение	2+2·10-6D 5+5·10-6D 4+3·10-6D

При практических геодезических и топографических работах применяются классические с отражательными призмами и безотражательные электронные тахеометры отечественных и зарубежных производителей. Точность измерения расстояний в безотражательном режиме для электронных тахеометров может составлять±5-30ммнарасстояниях350-2000м.

Спутниковые приёмники и электронные тахеометры используются для создания на местности специальных геодезических сетей, построения геодезической съёмочной или разбивочной основы и для непосредственного производства съёмочных работ.

Основные результаты

Основанием для использования спутниковых приёмников геодезического класса при проведении измерений в процессе создания планово высотной основы (ПВО) и съёмки местности служат положения Инструкции[9], регламентирующей правила применения двух методов организации измерений – метода построения сети и метода определения висячих пунктов.Основу методов составляют реализованные на местности схемы взаимного расположения измеренных векторов базовых линий между исходными и определяемыми пунктами, с помощью которых определяют координаты и отметки новых пунктов построенной сети(см.рисунок 1).

При развитии съёмочного ПВО методом построения сети предусматривается, чтобы все линии сети были определены независимо друг от друга,включая линии, опирающиеся на пункты плановой и высотной геодезической основы.Здесь каждый определяемый пункт съёмочного обоснования должен быть связан базовыми линиями не менее чем с тремя другими пунктами (см.рисунок 1, а). Базовые линии между спутниковыми приёмниками измеряют,как правило, в режиме «Статика (St)» продолжительностью 25-30 и более минут в зависимости от типа приёмников и расстояний между пунктами. Метод построения сети используют при создании ПВО на обширных по площади объектах для создания опорных геодезических сетей специального назначения или для обеспечения геодезической основой сплошных съёмочных работ.

Рис. 1 – Регламентированные схемы развития съёмочного обоснования методом построения сети(а) и методом определения висячих пунктов(б)

Следует заметить, что при построении сети в принципе нет необходимости измерять базовые линии между смежными геодезическими пунктам и исходной сети, поскольку после обработки всех базовых линий и уравнивания измерений затем используются каталожные координаты исходных пунктов,по значениям которых вычисляют координаты новых пунктов сети.Этим самым производится вставка новой сети в существующую исходную сеть с жёстким расположением пунктов и поэтому результаты измерения базовых линий между исходными пунктами не могут изменить каталожные координаты этих пунктов.

Построение съёмочного обоснования методом определения висячих пунктов производится посредством определения базовых линий для каждого нового пункта от ближайшего к нему пункта геодезической основы, а также между соседними исходными пунктами (см. рисунок 1, б). Метод определения висячих пунктов применяют при производстве съёмочных работ на небольших по площади территориях и на объектах вытянутой конфигурации.

Метод определения висячих пунктов по своей сути основан на использовании однократных прямых или обратных засечек базовыми линиями определяемых точек ПВО соответственно с пунктов или на пункты исходной геодезической основы. При однократной засечке висячего пункта контроль измерения координат и высот определяемых точек по висячему направлению может обеспечиваться проведением на данной линии повторных измерений без заметного перерыва во времени между определениями. Измерение базовых линий производят, как правило, в режиме «быстрая статика (FSt)» продолжительностьюдо15-25мин.

Во многих районах Дальнего Востока пункты государственных плановых и высотных сетей на межселенной территории зачастую труднодоступны, поскольку расположены в таёжной, заболоченной и (или) гористой местности. Кроме того, количество пунктов, находящихся в непосредственной близости или на удалении 1,5-3,0 км от автомобильных и железных дорог,может характеризоваться продольной плотностью один пункт на 20-30 и более километров дороги. Поэтому при съёмке вытянутых границ землепользований, включающих элементы сооружения линейного типа, становится неэффективным применять схемы определения висячих не связанных между собой пунктов для создания съёмочного обоснования с помощью спутниковых измерений.

Предложенные авторами методика и схема развития съёмочного обоснования с помощью спутниковых измерений на линейных объектах большой протяжённости предусматривают создание вдоль объекта линейчатого многозвенного базового хода, в котором положение новых пунктов ПВО получают на основе идеологии последовательного определения связанных между собой висячих пунктов (см.рисунок2).

Технология построения линейчатых разомкнутых ходов в виде многозвенной конструкции из однотипных элементов вида«Пункт-База-С_№»и«С_№-База-С_№+1»предусматривает установку базовых станций по способу«свободная база» на оптимальном расстоянии от пунктов геодезической основы и между собой так, чтобы между смежными в ходу базами существовали общие связующие точки С_№(см. рисунок 2). Длины базовых линий в полигональном ходе и количество установок базовых станций в«пролётах»между геодезическими пунктами назначается с учётом продольной плотности расположения пунктов исходной геодезической основы в окрестности сооружения и согласовываются с предельной дальностью измерения базовых линий приёмниками в режиме «статика (St)» или «быстрая статика (FSt)». Базовые станции и связующие точки назначают в близи линейного сооружения в местах, обеспечивающих наилучшие наблюдения созвездия навигационных спутников. Опорные геодезические пункты и связующие точки в базовом ходе наблюдают с точек «свободная база» методом определения висячих пунктов обратными или прямыми засечками.

Рис.2–Схема построения линейчатого базового хода и съёмки точек

Кинематические РРК или RTK-измерения координат и отметок характерных точек элементов линейного сооружения и местности или границ полосы от водазанимаемых земель при соответственно топографических и межевых работах выполняют в режиме «Stop-and-Go (St/Go)» подвижным приёмником. Измерение векторов базовых линий на подвижный приёмник производится в моменты кратковременных остановок приёмника.Продолжительность наблюдений на точке назначается равной не менее трех эпох и составляет15-30секунд.

Практические работы по созданию ПВО и съёмке местности ведутся совместно на «захватке» в пределах действия каждой базовой станции и последовательно по мере построения следующих новых звеньев линейчатого базового хода.

На автомобильных дорогах и других объектах линейного характера,имеющих значительную протяжённость и небольшие поперечные размеры полосы съёмочных работ, ПВО целесообразно создавать в виде комбинированной геодезической сети, включающей пункты опорного ромбовидного базового хода с«перемычками» (базисами) между сдвоенными пунктами сети и звенья съёмочных светодальномерных ходов(см.рисунок 3).

  Рис.3–Схемапостроенияопорногоромбовидногобазового хода и съёмочных ходов

Схема образования ромбовидного базового хода строится на основе идеологии не только метода определения висячих пунктов, но и метода построения сети, что повышает жёсткость построения основы. Для контроля спутниковых измерений в ромбовидном ходе линии базисов могут быть дополнительно измерены рулетками или электронными тахеометрами и сопоставлены с длинами векторов«перемычек».

Съёмочную или разбивочную геодезическую сеть создают на основе ромбовидного базового хода путём развития разомкнутых светодальномерных теодолитных ходов, опирающихся на пункты базисов ромбовидного хода. Теодолитные ходы размещают вблизи бровки земляного полотна автодороги. Съёмочные работы выполняют с пунктов базисов и точек светодальномерных теодолитных ходов полярными координатами и тригонометрическим нивелированием.

При совместном использовании результатов спутниковых и наземных измерений, выполненных электронными тахеометрами, следует учитывать,что длины векторов базовых линий, измеренные в СК-42(95), относят к плоскости проекции Гаусса, а светодальномерные проложения длин линий – к плоскости горизонта. По этой причине при создании разрядных и высших поточности плановых сетей производят предварительное трансформирование светодальномерных проложений линий на плоскость картографической проекции [10],[11].

Заключение

При производстве съёмочных работ с использованием спутниковых приёмников на линейных объектах большой протяжённости в случае наличия разреженной сети исходных геодезических пунктов и реперов целесообразно создавать планово-высотную основу в виде линейчатого базового хода, с точек которого выполняют кинематическую съёмку местности и элементов сооружения. Преимуществом построения линейчатого базового хода является возможность его последовательного многократного наращивания по мере продвижения съёмочных работ вдоль трассы объекта при использовании минимально двух спутниковых приёмников.

Совместное использование приёмников и электронных тахеометров позволяет рекомендовать для использования технологию создания планововысотной основы на линейных объектах в виде совокупности пунктов ромбовидного базового хода и точек разомкнутых светодальномерных теодолитных ходов, опирающихся на базисы ромбовидного хода. Работы по построению ромбовидного базового хода и развитию светодальномерных ходов могут производиться одновременно или раздельно, поскольку выполняются разными типами приборов. Съёмочные работы выполняют электронными тахеометрами.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. СП47.13330.2016. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96. – Введ.01июля2017.–М.:Стандартинформ,2017.–90с.
2. ОДМ218.4.039-2018. Рекомендации по диагностике и оценке технического состояния автомобильных дорог. Издан на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 04.07.2018№2481-р[Электронный ресурс]. – URL://rosavtodor.ru/storage/app/uploaded-files (дата обращения 20.02.2019).
3. Леонович И. И. Диагностика автомобильных дорог : учеб. пособие / И. И. Леонович, С. В. Богданович, И. В. Нестерович. – Минск : Новоезнание; М.:Инфра-М,2011.–350с.:ил.
4. ВСН 4-81. Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах. – Введ. 1982–01–01. – М. : Минавтодор РСФСР,1981.–32с.
5. Инструкцияпомежеваниюземельныхучастков.ЕСДЗем.04-06- Федеральная служба земельного кадастра России. – М.: Росземкадастр,2002.–29с.
6. Основные положения об опорной межевой сети. ЕСДЗем. 0-06005-02. – М.: Федеральная служба земельного кадастра России (Росземкадастр),2002.–16с.
7. Степанов В. Я. Использование спутниковых технологий при проведении кадастровых работ / В. Я. Степанов, М. А. Яковлев, А. Н. Петрова //Фундаментальная наука.–2016.–№6(8).–С.2.
8. Хромченко А. В. Методология совместного использования спутниковых и наземных измерений при создании съёмочной основы на автомобильных дорогах / А. В. Хромченко, С. М. Соколов // Материалы 59-й студенческой научно-технической конференции инженерно-строительного института ТОГУ. Ответственный редактор В.А. Кравчук. – 2019. – С. 69-72.
9. Инструкция по развитию съёмочного обоснования и съёмке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.ГКИНП(ОНТА)-02-262-02.–М.:ЦНИИГАиК,2002.–124 с.
10. Закатов П. С. Курс высшей геодезии/П. С. Закатов. –Изд. 4,перераб.идоп.–М.:Недра,1976.–511с.
11. Селиханович В.Г.Геодезия: учебник для вузов/В.Г.Селиханович.–М.:Недра,1981.–544с.

Список литературы на английском языке / References  in English

1. SP47.13330.2016. Inzhenernyye izyskaniya dlya stroitel'stva. Osnovnyye polozheniya. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP11-02-96 [Engineering surveys for construction. Basic provisions. Updated edition of SNiP 11-02-96]. –Introdused.01iyulya2017.–M.:Standartinform,2017.–90p.[inRussian]
2. ODM218.4.039-2018.Rekomendatsii po diagnostike i otsenke tekhnicheskogo sostoyaniya avtomobil'nykh dorog.Izdan na osnovanii rasporyazheniya Federal'nogo dorozhnogo agentstva ot 04.07.2018№2481-r[Recommendations for the diagnosis and assessment of the technical condition of high ways. Published on the basis of the order of the Federal Road Agency dated04.07.2018 No. 2481-r] [Electronic resource].–URL: //rosavtodor.ru/storage/app/uploaded-files(accessed20.02.2019).[inRussian]
3. Leonovich I. I. Diagnostika avtomobil'nykh dorog : ucheb. posobiye[Diagnostics of highways : manual] / I. I. Leonovich, S. V. Bogdanovich, I. V.Nesterovich.–Minsk:Novoe znanie;M.:Infra-M,2011.–350p.:il.[inRussian]
4. VSN 4-81. Instruktsiya po provedeniyu osmotrov mostov i trub naavtomobil'nykh dorogakh [Instructions for conducting inspections of bridges andpipesonhighways].–Introdused1982–01–01. M.:Minavtodor RSFSR,1981.–32[inRussian]
5. Instruktsiya po mezhevaniyu zemel'nykh uchastkov. YESDZem. 0406-02. Federal'naya sluzhba zemel'nogo kadastra Rossii [Instructions for land surveying.ESDZem.04-06-02.FederalLandCadastreServiceof Russia].–M.:Roszem-cadastre,2002.–29p.[inRussian]
6. Osnovnyye polozheniya ob opornoy mezhevoy seti. YESDZem. 0-06005-02[Basicprovisionsonthebasicboundarynetwork.ESDZem.0-06-005-02].M .: Federal Land Cadastre Service of Russia (Roszemkadastr), 2002. –16 p. [inRussian]
7. Ya.Ispol'zovaniyesputnikovykhtekhnologiypriprovedenii kadastrovykh rabot [The use of satellite technologies in carrying outcadastral works] / V. Ya. Stepanov, M. A. Yakovlev, A. N. Petrova // Fundamental'nayanauka[FundamentalScience].– 2016.– №6 (8).– P.2.[inRussian]
8. Khromchenko A. V. Metodologiya sovmestnogo ispol'zovaniya sputnikovykh i nazemnykh izmereniy pri sozdanii s"yomochnoy osnovy na avtomobil'nykh dorogakh [Methodology of joint use of satellite and ground measurementswhen creating a survey base on highways] / A. V. Khromchenko, S. M. Sokolov //Materialy59-ystudencheskoynauchno-tekhnicheskoykonferentsiiinzhenernostroitel'nogo instituta TOGU. Otvetstvennyy redaktor V.A. Kravchuk [Proceedingsof the 59th student scientific and technical conference of the PNU Civil EngineeringInstitute.Executive editorV.A.Kravchuk].–2019.–P.69-72.[inRussian]
9. Instruktsiya po razvitiyu s"yomochnogo obosnovaniya i s"yomke situatsii i rel'yefa s primeneniyem global'nykh navigatsionnykh sputni-kovykh sistemGLONASS i GPS. GKINP (ONTA)-02-262-02 [Instructionsfor the developmentof filming substantiation and filming of the situation and relief using the globalnavigationsatellitesystemsGLONASSandGPS.GKINP(ONTA)-02-262-02].– :TSNIIGAiK,2002. –124p.[inRussian]
10. S.Kursvyssheygeodezii[Thecourseofhighergeodesy]/P. S. Zakatov.–Ed.4, rev.andadd–M.:Nedra, 1976.–511p. [inRussian]
11. Selikhanovich V. G. Geodeziya: uchebnik dlya vuzov [Geodesy: amanual for universities] / V. G. Selikhanovich. – M. : Nedra, 1981. – 544 p. [inRussian]