17.Поняття про Державну геодезичну мережу (дгм). Методи побудови планових та висотних мереж

Для визначення планового положення точок в системі прямокутних чи географічних координат використовують методи тріангуляції, полігонометрії та трилатерації. Залежно від черговості побудови, точності вимірів кутів та відстаней, довжин вимірюваних ліній планова державна геодезична мережа поділяється на чотири класи.

Тріангуляція. На території країни прокладаються ряди суміжних трикутників, вершини яких, закріплені на місцевості, служать точками геодезичної мережі (вершини трикутників є пунктами тріангуляції). Ряди тріангуляції прокладаються вздовж меридіанів та паралелей. Визначають довжину однієї із сторін трикутника – базис чи вихідну сторону та всі кути першого трикутника, а за теоремою синусів визначають довжини всіх сторін. Знаючи координати вихідної точки в трикутнику та напрям вихідної сторони, визначають координати інших вершин цього трикутника. Відома сторона цього трикутника стає базисом наступного трикутника і т.д. Щоб визначити за відомими формулами довжину базисної сторони, будують базисну сітку (чотирикутник). в якому вимірюють базис і всі кути при вершинах побудови. На кінцях базисних сторін розташовують так звані пункти Лапласа, в яких за астрономічними спостереженнями отримують широту й довготу пункту та азимут орієнтованого напряму (базисної сторони).

В тріангуляції I-го класу для вихідних пунктів визначають широту й довготу першої точки найточнішим – астрономічним – способом. Метод запропонований нідерландським вченим Снелліусом в 1614-17 рр. Мережу тріангуляції I-го класу згущують мережею II-го класу, всередині неї прокладають мережі III-го і IV-го класів, від точок яких проводять безпосереднє знімання на місцевості.

Тріангуляційна сітка I-го класу має вигляд системи полігонів периметром 800-1 000 км. Полігони складаються із ланок-ланцюгів трикутників довжиною до 200 км уздовж меридіанів та паралелей. Форма трикутників повинна бути близькою до рівносторонньої з довжиною сторін не менше 20 км. Трикутники II-го класу заповнюють суцільною сіткою полігони I-го класу. Довжини сторін трикутників II-го класу 7-20 км. Державні геодезичні мережі III-го та IV-го класу розташовують усередині трикутників II-го класу.

Полігонометрія. На місцевості будують ламані ходи, у яких вимірюють всі кути та сторони. Як правило, полігонометричні ходи будують на закритій місцевості – у містах, інших населених пунктах, на залісеній місцевості, вздовж доріг, долинами річок. Полігонометричні ходи роблять замкнутими, утворюючи багатокутники (полігони). За основу беруть початкову точку ходу, визначають точно її координати, а за дирекційним кутом першої лінії та її довжиною визначають координати другої точки і т.д. Вершини полігонометричних ходів мають назву пунктів полігонометрії.

Трилатерація. Її схема подібна до схеми тріангуляції, однак, на відміну від тріангуляції, тут радіодалекомірами із високою точністю (1:400 000) вимірюють всі три сторони в побудованих трикутниках, кути отримують із обчислень, а потім обраховують координати вершин трикутників.

Вибір методу побудови сітки визначають за економічною та технічною доцільністю.

Державну геодезичну мережу першого та другого класів створюють методами тріангуляції та полігонометрії й використовують у наукових дослідженнях, пов’язаних з визначенням форми (фігури) та розмірів Землі як планети, для поширення єдиної системи координат на всю території країни. Вона є основою для розвитку мереж наступних класів.

Складовими частинами ДГМ є планова і висотна геодезичні мережі, пункти яких повинні бути суміщені або мати між собою надійний геодезичний зв'язок.

Планова геодезична мережа складається з:

- астрономо-геодезичної мережі 1 класу;

- геодезичної мережі 2 класу;

- геодезичної мережі згущення 3 класу.

Висотна геодезична мережа складається з:

- нівелірної мережі I та II класів;

- нівелірної мережі III та IV класів.

1 Астрономо-геодезична мережа 1 класу (АГМ-1) будується у вигляді однорідної за точністю просторової геодезичної мережі, яка складається з системи рівномірно розміщених геодезичних пунктів, віддалених один від одного на 50-150 кілометрів.

2 Геодезична мережа 2 класу будується у вигляді однорідної за точністю просторової геодезичної мережі, яка складається з рівномірно розміщених геодезичних пунктів існуючої геодезичної мережі 1 та 2 класів. Нормальні висоти марок верхніх центрів пунктів геодезичної мережі 2 класу повинні визначатись геометричним нівелюванням, яке забезпечує точність взаємного положення пунктів за висотою з середньоквадратичною помилкою не більше 0.05 метра.

На всіх нових пунктах геодезичної мережі 2 класу встановлюються по два орієнтирні пункти (ОРП) з підземними центрами на відстані від 500 до 1000 м (на забудованій та закритій місцевості не менше 250 м) обов'язково із забезпеченням видимості (земля - земля) між пунктом мережі і орієнтирним пунктом. Середньоквадратична помилка визначення відстані між орієнтирним пунктом і пунктом мережі не повинна перевищувати 0,05 метра. Середньоквадратичні помилки визначення дирекційних напрямків на орієнтирні пункти не повинні перевищувати 5".

Геодезична мережа згущення 3 класу будується з метою збільшення кількості пунктів до щільності, яка забезпечує створення знімальної основи великомасштабних топографічних та кадастрових зйомок Нормальні висоти марок верхніх центрів пунктів геодезичної мережі згущення 3 класу повинні визначатись геометричним нівелюванням, яке забезпечує точність взаємного положення пунктів за висотою з середньоквадратичною помилкою не більше 0,05 метра

Висотна геодезична мережа створюється нівелювання за допомогою високоточних нівелірів і за точністю теж поділяється на чотири класи. Нівелювання першого, найвищого, класу проводиться трасами, які, як правило, з’єднують моря (Балтійське і Чорне вздовж 30° сх.д.). В результаті нівелювання I-го класу визначається різниця висот рівнів води в морях, повільні тектонічні підняття чи опускання. Ходи нівелювання II-го класу прокладаються вздовж основних автодоріг і залізниць, великих річок. Поміж лініями II класу прокладаються лінії III-го класу і згущуються лініями IV-го класу для безпосереднього висотного знімання (нівелювання) місцевості.

18. Принцип роботи навігаційної системи GPS та ГЛОНАСС

У жовтні 1982 року на орбіту було виведено навігаційний супутник Космос-1413 нової радянської навігаційної системи ГЛОНАСС. Пізніше орбітальне угруповання ГЛОНАСС було доведено до штатного складу - 24 супутника. З часом внаслідок занепаду космічної отраслі в Росії частина супутників системи вийшла з ладу. Але в останні роки приймаються активні зусилля з доведення угруповання супутників ГЛОНАСС до штатного стану та розвитку сегменту користувачів.

GPS та ГЛОНАСС - це системи другого покоління. Визначення положення приймача в них можна розглядати як вирішення просторової лінійної засічки: визначення відстаней від пункту (приймача) з невідомими координатами до кількох об'єктів (супутників) з відомими координатами. Поточні коорднати супутників розраховуються по відомим параметрам руху. Визначення відстаней від приймача до супутників виконується шляхом спостереження кодових сигналів, а у спеціальних високоточних приймачах також і за рахунок спостереження фази несучої сигналу. Висока швидкість руху супутників дозволяє за короткий інтервал спостережень отримати великий обсяг вимірювань відстаней для різних положень кожного супутника і застосувати методи статистичної обробки для отримання максимально точного результату.

GPS складається з трьох сегментів: управління, космічного та сегменту користувачів. Сегмент управління вбирає в себе з головну станцію контролю та управління, групу контрольних станцій та станцій зв'язк

Космічний сегмент GPS складається з 28 супутників (рис. 2), розташованих в шести площинах, розвернутих через 60˚ по довготі верхобіжного кута. Ексцентриситет орбіт становить від 0,02 до 0,001 - орбіти близькі до кругових. Приблизна висота обертання супутників H = 20150 км, період обертання T дорівнює близько 11 годин 58 хвилин. Нахил орбіти i = 55˚. Кожні 30 секунд супутник передає навігаційні повідомлення, в яких містяться дані про положення супутника на певний час, дані про якість сигналу, похибку супутникового годинника та коефіцієнти моделі іоносфери.

Сегмент користувачів складається з GPS- приймачів різних типів. Для високоточних вимірювань в геодезії та геодинаміці використовуються спеціалізовані двохчастотні багатоканальні приймачі, здатні здійснювати як кодові, так і фазові вимірювання в усіх можливих режимах. Для навігації, моніторингу транспортних засобів та широкого кола інших подібних задач застосовуються значно простіші та дешевші приймачі, здатні виконувати вимірювання тільки спостереженням за кодом сигналів.

Для визначення координат GPS-приймачі здійснюють кодові чи кодово-фазові вимірювання. Під час кодових вимірювань аналізується зміст повідомлень супутників та вимірюється запізнення сигналу по спеціальних далекомірних кодах. Аналіз цих даних дозволяє визначити відстані до супутників. На основі визначених відстаней та даних про положення щонайменше чотирьох супутників, використовуючи просторову лінійну засічку, GPS-приймачі визначають своє положення в просторі та часі.

При кодово-фазових вимірюваннях на основі кодових даних визначається положення супутників, а визначення відстані до супутника спирається на спостереження фази несучої. Такі вимірювання є похідними від вимірювань різності між опорним сигналом, сформованим внутрішнім генератором приймача, та сигналом, отриманим з супутника. Спостереження фази несучої є результатом цього процесу визначення різності.

Розрізняють кілька способів визначення положення: абсолютні та відносні. При абсолютних визначеннях координати визначаються лінійною засічкою по кодовим вимірюванням псевдовідстаней. Цей спосіб використовується в першу чергу в навігації. Абсолютні визначення в свою чергу поділяють на автономні та диференційні. Автономні визначення здійснюються одним приймачем і чутливі до будь-яких викажень. При диференційних визначеннях використовуються щонайменше два приймача. Один, так звана базова(опорна) станція, працює на точці з відомими координатами і формує поправки на основі різниці між визначеними по супутникам та наперед відомими координатами. Інший приймач безпосередньо здійснює позиціювання, використовуючи поправки створені базовою станцією.

Обладнання сегменту GPS-користувачів

1) геодезичні приймачі; 2) морські навігаційні приймачі; 3) автомобільні GPS-навігатори;4) картографічні GPS-приймачі; 5) засоби персональної навігації; 6) прилади моніторингу

В відносних способах координати визначаються спільною обробкою даних отриманих кількома приймачами, серед яких щонайменше один розташовано на точці з відомими координатами. При цьому здебільшого використовується кодово-фазовий тип визначення відстаней. Спосіб дає високоточні результати і широко використовується при геодезичних визначеннях. Між тим такі вимірювання вимагають значного ускладнення обладнання приймачів, програмного забезпечення для обробки даних спостережень.