Нормативная база

Содержание
Введение
Нормативная база
Установление местных систем высот
Виды систем высот
Заключение
Используемая литература
1. Введение.
Основная проблема высоты - если мыслить в категориях высшей геодезии - состоит в ее двойственной сущности. С одной стороны, высота, как одна из координат, используемая для описания местоположения точки в трёхмерном пространстве, есть понятие геометрическое и должна выражаться в линейной мере. С другой стороны, по своей физической сущности она характеризует энергетический потенциал точки в поле силы тяжести Земли, который не может и не должен оцениваться в линейных единицах (для работы и энергии существуют свои единицы измерения). Это уже само по себе создаёт противоречие между необходимостью выразить высоту точки в линейной мере (для целей описания местоположения точки в трёхмерном пространстве) и потребностью оценить ее энергетический потенциал по отношению к другим окружающим ее точкам пространства, в том числе, для решения инженерно-прикладных задач (например, для выяснения, в каком направлении из этой точки потечёт вода под действием силы тяжести).
Геодезическая высота, которая является одним из трёх параметров системы геодезических координат (наряду с геодезическими широтой и долготой) и представляет собой отрезок нормали к поверхности референц-эллипсоида из точки околоземного пространства. Геодезическая высота необходима для однозначного описания пространственного положения точки в системе геодезических координат и используется для изучения геометрии фигуры Земли в целом как планеты. Однако, поскольку поверхность референц-эллипсоида не является уровенной (она всего лишь сглаживает и заменяет неправильную поверхность геоида), геодезическая высота никак не может характеризовать действительный энергетический уровень точки в смысле потенциала силы тяжести.
Поэтому высотное положение точки в околоземном пространстве, в том числе для решения различных инженерно-прикладных задач, принято описывать так называемой ортометрической высотой - отрезком отвесной линии из этой точки до поверхности геоида. Но у ортометрической высоты тоже есть свои проблемы. Дело в том, что в точном очертании различные уровенные поверхности не параллельны между собой: вследствие эллипсоидальности Земли ее уровенные поверхности сближаются по высоте к полюсам. Кроме того, не параллельность уровенных поверхностей возникает из-за всевозможных локальных неоднородностей в распределении масс внутри земной коры. Не параллельность уровенных поверхностей ведёт к тому, что разные точки одной и той же уровенной поверхности, отличной от геоида, могут иметь неодинаковую ортометрическую высоту (здесь речь идёт, конечно, только о высокоточных высотных определениях).
2. Нормативная база.
Высоты квазигеоида над референц-эллипсоидом Красовского определены методом астрономо-гравиметрического нивелирования.
Сеть линий астрономо-гравиметрического нивелирования покрывает всю территорию страны и образует 909 замкнутых полигонов, включающих 2897 астрономических пунктов. При вычислениях превышений квазигеоида использованы данные гравиметрических съёмок масштаба 1:1000000 и крупнее.
Точность определения превышений высот квазигеоида характеризуется средними квадратическими ошибками:
- 0,06...0,09 м при расстояниях 10...20 км,
- 0,3...0,5 м при расстоянии около 1000 км.
Производственный цикл построения геодезических сетей состоит из следующих основных видов работ: проектирование, рекогносцировка и закрепление геодезических пунктов, выполнение измерений, математическая обработка, составление каталогов и технических отчётов.
ФАГС создаётся в соответствии с научно-техническим проектом и специальным руководством.
Проектирование геодезических сетей выполняется с учётом всех ранее исполненных работ после обследования сохранности геодезических пунктов.
Выбор места расположения геодезического пункта и типа центра должен обеспечивать долговременную сохранность и устойчивость пунктов в плане и по высоте в течение длительного периода времени и удобства его использования.
Пункты СГС-1 располагаются, как правило, в легко и круглогодично доступных местах с условиями, благоприятными для спутниковых наблюдений. При соблюдении указанных требований пункты СГС-1 могут совмещаться с существующими пунктами АГС или реперами нивелирной сети I ... III классов.
В геодинамически активных регионах при выборе местоположения пунктов учитываются данные о вертикальных движениях земной поверхности, а также данные о структуре разломов земной коры. СГС-1 на территориях существующих геодинамических и техногенных полигонов проектируется с учётом уже созданных на них плановых и высотных геодезических построений.
Типы центров устанавливаются в зависимости от физико-географических условий района работ, глубины промерзания и оттаивания грунтов, гидрогеологического режима и других особенностей местности.
В целях обеспечения длительной сохранности центров геодезических пунктов, они подлежат периодическому обследованию и при необходимости восстановлению.
Геодезический пункт считается утраченным, если не сохранился ни верхний, ни нижний центр и утрата центра подтверждена данными инструментально-геодезического поиска.
Ответственность за поддержание в рабочем состоянии пунктов ГГС в пределах закреплённой территории несут Предприятия Роскартографии.
3. Установление местных систем высот.
В настоящее время на территории России существует обширная сеть геометрического нивелирования разных классов. По размерам и точности определения отметок реперов она по утверждению научного руководства ЦНИИГАиК не имеет равных во всём мире.
Установлены 4 класса точности нивелирных сетей: I класс, II класс, III класс и IV класс. Ошибки измерения превышений по классам точности нивелирования приведены в таблице 1.2.
Нивелирование с предельной ошибкой 50 мм на 1 км хода называют техническим нивелированием, а с ошибкой 70 мм – инженерно-техническим.
Таблица 1
Ошибки измерения превышений в государственном нивелировании
Нивелирные сети III и IY классов относятся к высотным сетям сгущения; они создаются внутри полигонов высшего класса (I или II) как отдельными линиями (ходами), так и в виде систем линий (ходов); при этом и отдельные линии, и системы линий должны опираться не менее, чем на 2 репера высшего класса. Периметр полигонов в нивелировании III класса для обжитых районов составляет 60-150 км, для малообжитых районов 100-300 км, для городов 25-40 км. В сетях IY класса периметр полигонов составляет для обжитых районов 20-60 км, для необитых районов 25-80 км, для городов 8-12 км.
Класс нивелирования Населённые пункты Обжитая местность Необжитая местность
III 25 – 40 км 60 – 150 км 100 – 300 км
IV 8 – 12 км 20 – 60 км 25 – 80 км
Таблица 2
Периметры полигонов нивелирования III и IV классов
Линии нивелирования III и IY классов закрепляются на местности реперами не реже, чем через 5 км (в труднодоступных районах через 7 км). Каждый репер должен иметь индивидуальный номер, не повторяющийся как на данной линии, так и на ближайших линиях. Местоположение реперов отмечают на карте масштаба 1:25000 и крупнее, а также на аэроснимках, и определяют их географические координаты с точностью 10-15 дуговых секунд (200 – 300 м по широте и 300 – 450 м по долготе). На каждый репер составляют абрис и дают описание его местоположения. Кроме того, расположение всех реперов показывают на карте масштаба 1:100000, и эту карту впоследствии прикладывают к материалам нивелирования.
Если нивелирование III класса выполняется в горной местности (а для нивелирования I и II классов обязательно), то в измеренные превышения вводятся поправки за переход к системе нормальных высот.
Все работы по проложению нивелирных линий выполняют по утверждённым проектам.
В процессе любых геодезических измерений можно выделить 5 составляющих (пять аспектов):
- объект измерения,
- измерительный прибор,
- субъект измерения (исполнитель, наблюдатель, оператор и т.п.),
- методика измерений, реализующая достижения теории; методика измерений разрабатывается для каждого вида измерений и должна обеспечивать наибольшую эффективность при наименьших затратах;
- различного рода помехи, в частности, внешние условия, при которых выполняются измерения.
При переходе к измерениям более высокой точности приходится:
- более тщательно готовить объект измерений к процессу измерений,
- подбирать более точный измерительный прибор и выполнять его поверки и исследования,
- готовить кадры для точных и высокоточных измерений,
- разрабатывать и применять более совершенную методику измерений,
- более тщательно учитывать влияние внешних условий и другие помехи,
- применять более строгие способы математической обработки измерений с обязательной оценкой точности результатов обработки.
Объектом нивелирования является превышение между точками, зафиксированными на местности центрами реперов; именно это превышение и нужно измерить в процессе прокладки нивелирных линий. Перед началом работы следует опознать реперы со 100%-ной надёжностью и сделать их доступными для постановки нивелирных реек (откопать центры и устранить все помехи). Нужно выполнить также рекогносцировку линии нивелирования, выбрать наиболее простой её вариант и, если можно, наметить места постановки нивелира и реек.
Геодезические измерения, в результате которых определяются высоты точек местности, называют нивелированием.
Высоты опорных геодезических пунктов определяют методами геометрического нивелирования, которое состоит в измерении и суммировании разностей высот каждых двух последовательных точек, расположенных на расстоянии (в зависимости от класса) 100—300 м одна от другой по некоторой линии, образующей нивелирный ход. Разности высот определяют нивелиром как разность отсчётов по имеющим точные деления рейкам, когда они установлены по отвесу, а визирная линия трубы нивелира строго горизонтальна. Линии геометрического нивелирования в зависимости от последовательности и точности выполнения работы подразделяются на классы.
В СССР нивелирование 1 класса производится по особо намеченным линиям, образующим замкнутые полигоны с периметром около 1600 км, и выполняется с наивысшей точностью, достижимой при применении современных инструментов и методов работы. Так, по линиям I класса случайная ошибка нивелирования не превышает 0,5 мм и систематическая ошибка составляет всего лишь 0,03 мм на 1 км нивелирного хода. Нивелирная сеть II класса строится из линий, прокладываемых вдоль железных, шоссейных, грунтовых дорог и больших рек и образующих замкнутые полигоны с периметром около 600 км. По линиям нивелирования II класса разности высот определяются со средней случайной ошибкой не более 1 мм и систематической — не более 0,2 мм на 1 км нивелирной линии. Нивелирные сети I и II классов сгущаются линиями нивелирования III и IV классов.
Линии нивелирования всех классов закрепляются на местности реперами или марками, которые закладываются через каждые 3—5 км в грунт, стены каменных зданий и т. д. На линиях нивелирования I, II и III классов через 50—80 км и в местах их пересечения закладывают т. н. фундаментальные реперы, рассчитанные на долговременную сохранность. Высоты реперов и марок нивелирования вычисляют в той или иной системе высот над уровнем моря в каком-нибудь исходном пункте. В нивелирных работах СССР принята система нормальных высот, а исходным пунктом служит Кронштадтский футшток, нуль которого совпадает с многолетним средним уровнем Балтийского моря.
Для определения координат и высот пунктов опорной геодезической сети необходимы данные о распределении силы тяжести на земной поверхности. Вопросы измерения силы тяжести рассматриваются в гравиметрии, которая представляет собой самостоятельный раздел геодезических знаний. Методы использования гравиметрических данных для решения научных и практических задач Г. составляют содержание геодезической гравиметрии, созданной трудами советского учёного М. С. Молоденского.
При установлении системы высот определяющим является выбор поверхности относимости, от которой ведётся отсчёт высот. На практике используются геодезические, ортометрические и нормальные высоты. Геодезические высоты отсчитываются от поверхности эллипсоида (общеземного или референцного). Ортометрические высоты отсчитываются от геоида, а нормальные – от квазигеоида.
4. Виды систем высот.
Геоид фигура Земли, образованная уровенной (эквипотенциальной) поверхностью потенциала силы тяжести, совпадающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия и продолженной под материками. Точное определение положения геоида относительно выбранного эллипсоида из наземных измерений невозможно. Математически строго по наземным гравиметрическим данным может быть определен квазигеоид поверхность, близкая к геоиду. Несовпадение между геоидом и квазигеоидом составляет в среднем 2 5 см в равнинной местности и может достигать 2 м в высокогорных районах.
В Российской Федерации принята Балтийская система нормальных высот. В этой системе нормальные высоты передаются от исходной точки (нуль пункт Кронштадтского футштока) на пункты высотной (нивелирной) сети методом геометрического нивелирования. В настоящее время действует Балтийская система высот 1977 года.
Связь между геодезической и нормальной высотами устанавливается соотношением:
,
где высота квазигеоида над принятым эллипсоидом.
В отличие от геодезических высот нормальные высоты не зависят от системы координат. Геодезические высоты и высоты квазигеоида в разных системах координат разные. Нормальные высоты отображаются на топографических картах и приводятся в каталогах координат геодезических пунктов.
Под высотой точки понимается расстояние по отвесной линии из этой точки до уровенной поверхности, принятой за отсчётную. (Высота обычно обозначается заглавной латинской буквой Н).
Если в качестве отсчётной уровенной поверхности принимается поверхность геоида, то такую высоту называют абсолютной.
Если же в качестве отсчётной для высот берётся какая-то другая, отличная от геоида уровенная поверхность, то такую высоту принято называть условной.
Превышением (или относительной высотой) называется разность высот двух различных точек пространства. Т.е. превышение характеризует взаимное высотное положение двух конкретных точек пространства и даёт представление о том, насколько одна из этих точек выше или ниже другой. В этом смысле превышение инвариантно (независимо) к выбору начала отсчёта высот - абсолютных или условных, не важно. (Превышение традиционно обозначается строчной латинской буквой г.)
Отметкой в геодезии называется высота точки, выраженная числом каких-то линейных единиц - метров, футов, аршинов и пр. (в России и большинстве других стран - метров). Т.е. если высота - это отрезок, то отметка - количественная оценка этого отрезка в линейной мере.
Понятия отметки и высоты точки можно использовать как синонимы.
Причём, термин «отметка» никогда не применяется для характеристики положения точки в плане. Т.е. если «отметка», то она характеризует положение точки по высоте, и никак иначе.
Условные высоты могут использоваться при изучении небольших участков земной поверхности, а также при проектировании, строительстве и обустройстве отдельных объектов недвижимости, когда положение этих участков и объектов относительно уровня моря не играет никакой роли.
При изучении значительных участков земной поверхности пользуются абсолютными высотами.
5.Заключение.
Таким образом, требования к определению высот точек и превышений между отдельными точками колеблются в очень широких пределах в зависимости от целей использования высот.
Для изображения рельефа на топографических картах и планах высоты точек нужно определять с относительно невысокой точностью – порядка сантиметров и десятков сантиметров. Но для проектирования и строительства различных инженерных сооружений или при изучении вертикальных смещений блоков земной коры или отдельных элементов сооружения высоты точек и их разности нужно определять с точностью миллиметров и даже долей миллиметра. Понятно, что такие точности могут быть обеспечены только при теоретически строгом решении проблем измерения превышений и вычисления высот точек.
Список используемой литературы.
Красовский Ф. Н., Руководство по высшей геодезии, ч. 2, М., 1942
Папковский П.П. "Из истории геодезии, топографии и картографии в России" – Москва- 1983.
Стороженко А.Ф., Некрасов О.К. "Инженерная геодезия" – Москва "Недра", 1993.
Хренов Л.С. "Хронология отечественной геодезии с древнейших времен" – Ленинград, 1987.
ГКИНП 01-006-03 Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации