Измерение способы измерений геодезии

Современные методы геодезических измерений местности

Современные методы геодезических измерений местности

Современные методы геодезических измерений местности наряду с традиционными основаны на технологиях топографических съёмок. При помощи геодезических приборов определяют границы и площади земельных участков, составляют планы и карты. Геодезические измерения необходимы для землеустройства, строительства, маркшейдерского дела, археологических работ, картографии.

Разрастаются города, все больше строится уникальных сооружений – кардинальным образом меняется рельеф местности, границы населенных пунктов. В сейсмических районах наблюдаются незначительные движения земной коры, повышается или понижается уровень воды в природных источниках. Все это требует оперативного реагирования. При сборе новых данных необходимо учитывать сотые доли миллиметра.

В геодезии есть традиционные и инновационные методы геодезических измерений:

• линейные;
• угловые;
• высотные или нивелирование;
• тахеометрические, или координатные;
• фотограмметрические;
• спутниковые: GPS, VLBI, альтиметрия.

Линейные измерения

Горизонтальные углы, расстояния, зенитные углы и перепады высот измеряются на поверхности земли. Эти измерения определяют относительные пространственные положения точек поверхности.

Линейным методом геодезических измерений определяют длины сторон, расстояния между точками. Используемые приборы: традиционные и лазерные рулетки, оптические и световые дальномеры, теодолиты.

Угловые измерения

Горизонтальный угол определяется как угол, измеренный в горизонтальной плоскости между двумя вертикальными плоскостями. Он формируется за счет разницы в направлениях к целевым точкам, которые определяют вертикальные плоскости.

Теодолит может быть использован для измерения направлений.

Электронные теодолиты имеют телескопы и градуированные круги, похожие на оптические теодолиты. Микроскопы оснащены оптико-электронными сканирующими системами. Микропроцессор контролирует и оценивает работу прибора.

В сочетании с электронным блоком измерения расстояния электронный теодолит может быть использован и в тахеометрической съёмке. Зенитный угол измеряется с помощью вертикального круга теодолита. Наблюдаемый зенитный угол относится к локальному направлению отвесной линии и изогнутого луча света. Этот метод геодезических измерений расстояния устанавливает масштаб топографических сетей.

Угловым способом измеряют горизонтальные и вертикальные углы. Используемые приборы: теодолиты, тахеометры.

Нивелирование (измерение превышений)

При геометрическом нивелировании различия в высоте определяются с использованием горизонтальных линий визирования между точками в непосредственной близости друг от друга.

Выравнивание проводится с помощью уровня и выравнивающих стержней. Линия визирования выводится в горизонтальное положение при помощи пузырька в сочетании с наклонным винтом или автоматически при помощи компенсатора.

Компенсатор – это оптико-механическая часть с гравитационным маятником. Для нивелирования высочайшей точности используются точные уровни. Используемые измерительные стержни представляют собой 3-метровые инвариантные стержни с двумя противоположными и ступенчатыми градуировками.

Методом геодезического измерения превышений определяют разность высот точек поверхности. Используемые приборы: нивелиры.

Фотограмметрия с использованием беспилотников

Наряду как с классическими методами геодезических измерений, так и современными приборами и технологиями, применяемыми для съёмки местности, все чаще используют беспилотники, квадрокоптеры.

К дронам крепят цифровые фотокамеры и получают с их помощью:

• цифровые 3D-модели местности и рельефа;
• фотосхемы и фотопланы при аэрофотосъемке;
• ортофотопланы, топографические планы.

Беспилотники и квадрокоптеры для геодезических измерений оснащены встроенными или выносными геодезическими платами-приёмниками. Для картографирования местности маршрут съёмки планируют между специальными опорными точками.

Среди преимуществ беспилотников и квадрокоперов как инструментов фотограмметрического метода геодезических измерений:

• система точного позиционирования;
• автоматизация маршрута съёмки;
• возможности крепления полезной нагрузки;
• работа в неблагоприятных погодных условиях;
• возможность использования при низких температурах;
• умное распределение энергии;
• длительность пребывания в воздухе;
• наличие автопилота;
• компактность.

Таким способом определяют координаты объектов, создают фотографии местности. При помощи цифровой камеры и GPS-приёмника определяются все данные для построения топографии местности. Используемые приборы: беспилотники, цифровые камеры, GPS-приёмники, геодезические платы, опорные точки.

Спутниковые измерения

Практически во всех астрономических и спутниковых методах геодезических измерений электромагнитные волны служат носителями сигнала. По мере того, как они распространяются в атмосфере, они меняют скорость и кривизну пути (преломление).

В этой группе измерений используются точки и датчики, которые не расположены на поверхности Земли. Искусственные спутники Земли имеют наибольшее значение в этом отношении.

Источник

Геодезические измерения: виды, классификация и характеристики.

Получения результатов значений физических величин, путем выполнения непосредственных действий при помощи специальных геодезических приборов и технологий принято называть — геодезические измерения.

В геодезии, в каком бы направлении не работали специалисты, в большинстве случаев окончательной целью работы считается определение координат точек, других параметров измерений в математической форме, их отображение в графических материалах и определения фактического положения относительно исходных данных. Для этого необходимо проводить прямые и косвенные измерения. То есть, если значение величины можно получить с помощью приборов непосредственным контактом при измерении, это считается прямыми измерениями. При невозможности получить требуемую величину непосредственным путем их определяют через функциональную зависимость такой величины и инструментально измеряемой. Такие измерения считаются косвенными.

Геодезические измерения – виды и области

Классифицировать геодезические измерения можно также по области применения, признакам измерения и назначению измеряемых величин. В результате чего следует выделить целый список:

• угловые;
• линейные;
• высотные;
• координатные;
• топографическая съемка;
• астрономо-геодезические;
• геодинамические;
• базисные;
• гироскопические;
• створные.

Угловые геодезические измерения сводятся к измерениям горизонтальных углов между точками наблюдений и вертикальных углов, которые необходимы для вычислений значений таких величин как горизонтальные проложения (длина линии на горизонтальной плоскости).

Линейные геодезические измерения представляют собой непосредственные определения расстояний между теми же точками наблюдений, которые участвовали при угловых измерениях, возможны измерения только длин сторон между точками съемки.

Высотные измерения выполняются с целью определения разности высот между точками и получения их высотных координат (абсолютных отметок).

Координатные измерения используются с помощью технологий, позволяющих определять положение точек наблюдений в исходной системе отсчета (координат). К таким геодезическим измерениям относятся тахеометрическая съемка, спутниковые наблюдения, определение координат точки стояния, с использованием опций предусмотренных в современных электронных тахеометрах по решению обратной геодезической засечки непосредственно в полевых условиях.

Топографическая съемка считается областью геодезических измерений, результатом которой становится графическое изображение всех снимаемых точек местности в определенном масштабе (план, карта). Следует отметить, что для получения образно говоря «картинки» выполняется большой объем измерений с получением числовых значений, получающий свою форму в современной цифровой электронной модели.

Астрономо-геодезические измерения позволяют определять геодезические координаты пунктов.

Геодинамические измерения заключаются в определение положения геодезических пунктов относительно исходных точек с учетом временного фактора.

Базисные измерения сводятся к определению длины опорной базисной стороны с помощью специального мерного базисного прибора.

Гироскопические измерения имеют своей целью определение дирекционных углов сторон, с помощью предназначенных для этого специальных приборов гироскопов. Применяется такой способ измерений, например, для повышения точности измерений в подземной опорной маркшейдерской сети методом вставки стороны полигонометрического хода с дополнительным высокоточным измеренным дирекционным углом.

Створные измерения связаны с определением отклонений местоположения точек от прямой (створной) линии. Использоваться такой способ можно, например, для определения фактического положения линии очистного забоя при маркшейдерском обслуживании в угольных шахтах.

Составляющие факторы геодезических измерений

Геодезический процесс измерений возможен при наличии нескольких факторов, а именно:

• объекта съемки, имеется в виду, что именно измеряется,
• субъекта измерений, то есть — кто производит измерения, его квалификация и навыки,
• средств измерений, а именно геодезических приборов и инструментов,
• методов съемок, имеется в виду набора правил и приемов с использованием средств измерений,
• соответствующих условий окружающей внешней среды в момент исполнения съемки.

Характеристики и дальнейшая классификация измерений

В рамках геодезических измерений следует отметить, что любое из них выражается:

• количественной характеристикой, в виде собственно измеренных величин горизонтального угла, длины, высоты или других параметров,
• и качественной характеристикой, которая дает оценку точности полученных результатов

Геодезические измерения, выполненные специалистами одинаковой квалификации (в идеале одним и тем же физическим лицом), приборами одной и той же точности, с применением такого же метода исполнения, в тех же условиях окружающей среды (сезон, время суток, температура, давление и некоторых других) называют равноточными. Если хотя бы одно из перечисленных условий не соблюдено, то измерения считаются неравноточными.

Многие измерения производят геодезическими приборами, которые конструктивно предназначены выполнять измерения с задекларированными техническими характеристиками. Отсюда следует, что их можно классифицировать, как собственно и сами средства измерений по следующей шкале:

• технической точности;
• точные;
• высокоточные.

Интересно отметить, что для получения результата какого-либо измерения требуется померить его всего один раз. То есть это считается необходимым измерением. В геодезической и маркшейдерской практике, согласно разным методам выполнения измерений, для исключения грубых погрешностей и соблюдения требуемой точности работ предусматривают разное количество измерений. Так длины сторон полигонометрического хода меряют рулетками по два раза со смещениями по шкале рулетки. Горизонтальные и вертикальные углы также измеряются двумя повторениями. При измерении расстояний электронными тахеометрами можно выставить опцию однократного или многократного измерений. Выполняя измерения превышений нивелиром между точками, в определенных случаях меряют его два раза с изменением горизонта инструмента. Все эти измерения считаются достаточными или избыточными. Таким образом, заключительная классификация геодезических измерений включает в себя:

• необходимые;
• достаточные (избыточные) измерения.

Источник

Геодезические измерения

Геодезия и маркшейдерия относятся к таким областям техники, где измерения являются необходимым элементом производственной деятельности. И не только необходимым, но таким массовым в своем исполнении, что и вообразить себе невозможно. Достаточно сказать, например, что для съёмки местности площадью всего в 1 га в масштабе 1:500 (для сравнительно средней сложности местности) понадобится около 200 точек, для каждой из которых определяются три координаты: две плановые (х, у) и высота (Н).

Измерения в геодезии являются количественной и качественной основой для изучения Земли, отдельных ее фрагментов, для получения исходной информации при решении всех инженерно-геодезических задач и выполнения топографических работ. Любое измерение выражается количественной характеристикой (величиной угла, длиной линии, превышением, площадью участка местности и т.п.) и имеет качественную сторону, которая характеризует точность полученного результата.

Величины, которые получают в процессе производства геодезических работ, можно классифицировать на измеренные и вычисленные. В первом случае величину получают обычно непосредственно, путем сравнения её с единицей средства измерения, или косвенно, как функцию двух или нескольких непосредственно измеренных величин. Например, площадь прямоугольника может быть получена как произведение его сторон, измеренных непосредственно.

Результаты геодезических измерений

Под результатом геодезического измерения подразумевается конечный результат, который получается в процессе всех произведённых измерений и вычислений. Например, конечным результатом может быть высота точки, её плановые координаты, площадь участка и т.п.

Равноточные и неравноточные измерения

Результаты геодезических измерений в своей группе могут быть равноточными и неравноточными.

Если измерения выполнены прибором одного и того же класса точности, по одной и той же методике (программе), в одинаковых внешних условиях, одним и тем же наблюдателем (либо наблюдателями одной квалификации), то такие измерения относят к равноточным. При несоблюдении хотя бы одного из перечисленных выше условий результаты измерений классифицируют как неравноточные.

Примером равноточных измерений могут являться результаты измерений длины одной и той же линии либо линий, примерно равных друг другу, полученные при неизменных условиях внешней среды, одним и тем же измерительным средством (прибором), одними и теми же исполнителями работ, по общей для всех результатов измерений программе.

Если в процессе измерений длины линии, например, светодальномером, изменится температура окружающего воздуха, влажность, давление, то это может привести к получению части неравноточных результатов в общей группе результатов измерений, поскольку при изменении внешних условий может произойти и изменение характеристик измерительного прибора, характеристик прохождения светового луча в атмосфере.

Необходимые и избыточные числа измеренных величин и измерений

Число измеренных величин и число измерений может быть необходимым и избыточным.

При измерении, например, углов в треугольнике число необходимых измеренных величин равно двум, в семиугольнике – шести. Значение третьего (седьмого) угла можно вычислить по сумме двух (шести) измеренных углов. Если необходимо решить плоский треугольник, то дополнительно к измеренным двум углам обязательным является знание длины хотя бы одной из его сторон, в связи с чем число необходимых измеренных величин должно быть равно трём (одно измерение – линейное, два – угловые). Та же задача решается и при выполнении двух линейных измерений и одного угла, заключённого между измеренными сторонами треугольника.

Таким образом, числом необходимых измеренных величин является минимально необходимое их число, при котором обеспечивается решение поставленной задачи. Число же измеренных величин, превышающих число необходимых, называется числом избыточных величин. В геодезии, в маркшейдерии принято, но и не только принято, а является обязательным, получать и избыточные величины, что обеспечивает обнаружение грубых погрешностей и промахов, позволяет повысить точность результатов измерений. Поэтому в треугольнике, например, обязательно измеряют все три угла и сравнивают полученную сумму углов с теоретической.

Если сформулировать задачу с точки обеспечения заданной точности измерений, то необходимое число измерений должно обеспечивать заданную точность измерения одной величины или самого результата измерений. Так, в том же треугольнике, каждый из его углов может быть измерен несколько раз. Все избыточные измерения повышают надёжность результатов, а также их точность, но в то же время и увеличивают объём работ, и часто прирост увеличения точности становится экономически нецелесообразным из-за большого числа измерений. Иногда говорят, что числом необходимых измерений, например, горизонтального угла, является одно измерение, остальные – избыточные. Это не всегда так, поскольку, одно измерение не позволяет производить оценку точности и может содержать неконтролируемую грубую погрешность (промах).

Виды геодезических измерений

При геодезических работах основной объём информации получают с помощью геодезических измерений, которые классифици­руются следующим образом:

• по назначению;
• по точности;
• по объёму;
• по характеру получаемой информации;
• по инструментальной природе получаемой информации;
• по взаимозависимости результатов измерений.

Классификация по назначению

По своему назначению геодезические измерения бывают:

• угловые;
• линейные;
• нивелирные (измеряются высоты или превышения);
• координатные (измеряются координаты или их приращения);
• гравиметрические (измеряют ускорения силы тяжести).

В связи с этим сформировались следующие технологические процессы топографо-геодезических работ:

• топографическая съёмка
• разбивочные работы
• определение деформаций зданий, сооружений, земной коры
• триангуляция
• трилатерация
• полигонометрия
• спутниковые измерения
• астрономические определения
• гравиметрические работы
• створные измерения

В зависимости от типов используемых средств геодезические измерения делят на три группы:

• высокоточные
• точные (средней точности)
• технические (малой точности)

Процесс измерения в геодезии осуществляется при наличии пяти составляющих (факторов):

1. объект — что измеряется
2. субъект — кто измеряет
3. средство — чем измеряется
4. метод — как измеряется
5. внешняя среда — в каких условиях и где измеряется.

Конкретное содержание и состояние факторов геодезического измерения определяются условиями, которые могут быть классифицированы по следующим признакам:

По физическому исполнению:

• прямые измерения, в которых значение измеряемой величины получают непосредственным сравнением с однородной физической величиной (эталоном). Примером прямого измерения служит измерение длины линии рулеткой или мерной лентой;
• косвенные измерения, в которых значение определяемой величины получают из вычислений, в которых в качестве исходных используют результаты измерений величин, связанных с определяемой. Например: измерение длины линии светодальномером. В этом случае измеряется непосредственно время прохождения светового сигнала от дальномера до отражателя и обратно, а затем вычисляется длина линии.

По роду:

• однородные (измерения однородных физических величин)
• разнородные (все прочие по отношению к однородным)

По количеству:

• необходимые измерения дают только по одному значению каждой измеряемой величины
• дополнительные или избыточные измерения производятся для получения нескольких значений измеряемой величины в целях контроля, исключения грубых погрешностей или повышения качества результатов измерений

По точности:

• равноточные, которые выполняются в одинаковых условиях, т. е. объекты одного и того же рода измеряют исполнители одинаковой квалификации, приборами одного класса, по единой методике, в достаточно схожих по характеру условиях внешней среды
• неравноточными считаются измерения, выполняемые в случаях, когда по крайней мере одна из составляющих процесса измерения существенно отличается от аналогичной составляющей других измерений

По физической природе носителей информации:

• визуальная фиксация результатов измерения, когда передача информации в системе «прибор — цель» осуществляется с участием наблюдателя (оператора);
• невизуальные измерения в основе своей полностью или частично исключают участие наблюдателя. В этом случае используют средства радиоэлектроники, микропроцессорной техники и др.

По взаимозависимоcти:

• независимые
• зависимые
• коррелированные

При составлении данной статьи использовались материалы из книг «Геодезия в маркшейдерском деле» (автор Чекалин С.И.), «Геодезия» (автор Юнусов А.Г.).

Источник