Использование глобальных систем позиционирования при проведении инженерно-геодезических изысканий
Автор: Манухов В.Ф., Шпак Д.Д., Эрфурт В.С.
Журнал: Огарёв-online @ogarev-online
Статья в выпуске: 5 т.9, 2021 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена использованию глобальных систем позиционирования при ведении инженерно-геодезических изысканий. Основываясь на полевых геодезических измерениях, произведена оценка точности GPS-определений векторов с исходных пунктов ОМС на определяемые точки опорной сети (репера). Создан инженерно-топографический план масштаба 1:500.
Глобальные навигационные системы позиционирования, инженерно-геодезические изыскания, программное обеспечение credo, электронный тахеометр
Короткий адрес: https://sciup.org/147250077
IDR: 147250077
Текст научной статьи Использование глобальных систем позиционирования при проведении инженерно-геодезических изысканий
В настоящее время все чаще для проведения инженерно-геодезических изысканий используются технологии спутникового позиционирования с использованием космических систем GPS и ГЛОНАСС. В процессе прохождения производственной практики с использование данных систем была поставлена задача по определению координат и высот на поверхности Земли с повышенной точностью. Системы позиционирования позволяют определить параметры перехода от общеземной системы координат WGS-84 к государственным или местным (локальным) системам координат.
В рамках прохождения производственной практики была получена кадастровая выписка из Росреестра, в которой содержатся сведения о координатах и высотах пунктов опорных межевых сетей в СК-13 на земельный участок с кадастровым номером 13:10:0101033:87, расположенный в Ичалковском районе Республики Мордовия (см. таблицу 1).
Наименование пунктов ОМС |
Координаты, м |
Отметка, м |
|
X |
Y |
H |
|
Кергуды 53 |
450 817,7100 |
1 291 688,7990 |
107,094 |
Кергуды 54 |
450 833,4900 |
1 291 670,9660 |
106,589 |
Кемля 55 |
448 630,9220 |
1 295 868,3790 |
110,219 |
Кемля 56 |
448 551.2460 |
1 296 080,2250 |
107,497 |
Кемля 93 |
448 836,8670 |
1 295 465,3840 |
0,000 |
Кемля 94 |
449 049,4280 |
1 294 960,3270 |
0,000 |
Кемля 95 |
449 385,0240 |
1 294 404,8820 |
0,000 |
Кемля 96 |
449 626,6490 |
1 294 046,0230 |
0,000 |
В ходе полевого обследования исходных пунктов опорной межевой сети (ОМС) была произведена оценка их пригодности к использованию (см. таблицу 2).
Таблица 2
№ п/п |
Номер или название пункта, класс сети, тип центра и номер марки, ориентировочные пункты |
Сведения о состоянии пункта |
Работы, выполненные по возобновлению внешнего оформления |
||
центра |
наружного знака |
ориентирных пунктов |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
ОМС-53, мет.уголок, класс ОМС |
сохран ился |
сохранился |
Сохранен |
Не проводились |
2 |
ОМС-54, мет.уголок, класс ОМС |
сохран ился |
сохранился |
Сохранен |
Не проводились |
3 |
ОМС-55, мет.уголок, класс ОМС |
сохран ился |
сохранился |
Сохранен |
Не проводились |
4 |
ОМС-56, мет.уголок, класс ОМС |
сохран ился |
сохранился |
Сохранен |
Не проводились |
В результате обследования было получено заключение, что данные исходные пункты ОМС могут быть использованы для производства инженерно-геодезических изысканий. В ходе топографо-геодезических работ от данных пунктов ОМС были определены координаты и высоты точек съёмочного обоснования (реперов) с помощью спутниковых GPS/ГЛОНАСС приёмников EFT M1[4]. При выполнении топографо-геодезических работ использовалось следующее геодезическое оборудование и программное обеспечение: 1) комплект спутниковой геодезической двухчастотной GPS аппаратуры (EFT M1), с помощью которой были определены координаты и высоты съёмочных точек (реперов) [10]; 2)
электронный тахеометр Sokkia CX-106, с помощью которого производились измерения углов и длин линий с точек съемочного обоснования; 3) программное обеспечение EFT Field Survey использовалось для вычисления координат и высот съемочных точек (реперов) в режиме реального времени; 4) программное обеспечение CREDO DAT 4.0 Lite, где производилась предобработка и уравнивание всех полевых измерений, а также ПО CREDO ТОПОПЛАН, где производилось составление топографического плана.
Определение координат производилось в режиме реального времени с использованием ПО EFT Field Survey. GPS-съёмки в режиме RTK (Real Time Kinematics – реальный кинематический режим) – это кинематическая съёмка, когда оценка результатов может быть проведена непосредственно в поле. Съёмки в реальном времени могут быть: одночастотными; двухчастотными с автоматической инициализацией в статическом режиме; двухчастотными с автоматической инициализацией в процессе движения. Этот режим позволяет получать координаты с точностью до нескольких сантиметров непосредственно в полевых условиях [2; 3]. При использовании данного метода применялись два спутниковых геодезических приёмника EFT M1, причём один неподвижный устанавливался над исходным пунктом опорной сети, осуществлял сбор навигационных данных, выступая в качестве референтной базовой станции, навигационным компьютером спутникового геодезического приёмника формировались поправки с использованием координат и высот этого же пункта по данным спутниковых наблюдений. При помощи радиопередающего оборудования осуществлялась радиопередача корректирующих поправок в формате simplex на подвижный спутниковый геодезический приёмник, внутренний модем которого принимал данные поправки. Далее навигационный компьютер подвижного приёмника, имея вычисленные координаты, высоту и поправку на заданную эпоху вычислял своё точное местоположение на эту эпоху. Наблюдения при определении координат съёмочных точек в режиме RTK выполнялись с соблюдением следующих условий: 1) дискретность записи измерений - 1 сек.;
-
2) период наблюдений на точке – 10 сек.; 3) маска по возвышению – 10°; 4) допустимый коэффициент снижения точности измерения за геометрию пространственной 3
засечки - PDOR – 5 ед.; 5) количество одновременно наблюдаемых спутников – не менее 6; 6) плановая ошибка по внутренней сходимости – 20 мм; 7) высотная ошибка по внутренней сходимости – 15 мм; 8) погрешность измерения высоты антенны +/- 1 мм; 9) определение пикетов без прохождения "инициализации" не допускалось. Результаты измерений заносились на жёсткие диски полевых ПК и копировались на автономные носители информации с целью их последующей математической обработки. Для обработки измерений использовалось программное обеспечение EFT Field Survey, поставляемое вместе с комплектом спутниковой аппаратуры. После окончания полевых наблюдений необработанные данные GPS-измерений передаются из памяти приёмников в программное обеспечение EFT Field Survey. В итоге была получена ведомость оценки точности GPS-определений векторов с исходных пунктов на определяемые точки опорной сети (репера) и координаты пунктов в системе WGS-84 (см. таблицу 3).
Следующим шагом работы является преобразование полученных координат в исходную систему. Наиболее общим видом трансформирования является трехмерное преобразование согласно [1]. Затем производится уравнивание каждого из векторов, образованных в ходе первичной обработки данных. Далее, после получения координат пунктов в WGS-84, создается пользовательская система координат. Для этого устанавливается система координат СК-42 zona 8, которая включает в себя территорию Республики Мордовия. Напротив каждой координаты СК-42 вводим координаты в СК-13. Эти введенные значения являются новыми координатами пунктов в новой системе координат. Программа произведет пересчет значений координат из системы СК-42 в локальную систему координат СК-13.
Оценка точности GPS-определений векторов с исходных пунктов на определяемые точки опорной сети (репера)
Имя |
dN (m) |
dE (m) |
dHt (m) |
CKO В плане (m) |
CKO по высоте (m) |
Pn.l-OMC-53 |
-1284.402 |
1277.903 |
48.016 |
0.009 |
0.008 |
Pn.l-OMC-54 |
-1300.181 |
1295.739 |
48.521 |
0.005 |
0.014 |
Рп.1- OMC-55 |
902.382 |
-2901.682 |
44.891 |
0.007 |
0.016 |
Pn.1-OMC-55 |
982.062 |
-3113.524 |
47.613 |
0.010 |
0.009 |
РП.2-ОМС-53 |
-1155.001 |
1404.598 |
45.136 |
0.009 |
0.009 |
РП.2-ОМС-54 |
-1170.782 |
1422.444 |
45.641 |
0.009 |
0.014 |
Pn.2- OMC-55 |
1031.792 |
-2774.978 |
42.011 |
0.005 |
0.017 |
РП.2-ОМС-50 |
1111.471 |
-2986.823 |
44.733 |
0.010 |
0.012 |
Рп.З-ОМС-53 |
-1178.760 |
1588.303 |
41.606 |
0.012 |
0.014 |
Рп.З-ОМС-54 |
-1194.639 |
1606.132 |
42.111 |
0.011 |
0.010 |
Рп.З- OMC-55 |
1007.934 |
-2591.278 |
38.481 |
0.010 |
0.011 |
Рп.З-ОМС-56 |
1087.603 |
2803.119 |
41.203 |
0.014 |
0.010 |
Уравнивание
Control Tie Analysis: failed
Adjustment type: План + Высота, Ограниченное
Confidence level: 95 %
Number of adjusted points: 3
Number of plane control points: 4
Number of used GPS vectors: 4
A posteriori plane or 3D UWE: 1 , Bounds: (1,1)
Number of height control points: 4
Number of rejected GPS vectors by height: 4
A posteriori height UWE: 0.5078024, Bounds: ( 3.8674676E-02,2.088749)
Следом были определены координаты и высоты трёх временных реперов, которые представляют собой металлическую арматуру, глубина закладки которой 1,20 м [8]. По результатам вычислений был составлен каталог координат и высот пунктов временного закрепления (таблица 4).
Таблица 4
Номер п/п |
Название пункта |
Координаты, м |
Отметка, м |
|
X |
Y |
H |
||
1 |
Рп.1 |
449533,306 |
1292966,702 |
155,110 |
2 |
Рп.2 |
449662,712 |
1293093,402 |
152,230 |
3 |
Рп.3 |
449638,850 |
1293277,100 |
148,700 |
На очередном этапе производилось измерение длин и углов линий с точек съемочного обоснования с помощью электронного тахеометра Sokkia CX-106. Средние погрешности определения планово-высотного положения контуров местности, зданий и сооружений, выходов подземных коммуникаций составили: 1) горизонтальные углы – 8"; 2) вертикальные углы – 10"; 2) горизонтальное проложение – +/- 6 мм; 3) абсолютные отметки – 9 мм; 4) погрешность определения координат – 6 мм.
Топографическая съёмка масштаба 1:500 с высотой сечения рельефа сплошными горизонталями через 0,5 м, выполнена методом тахеометрической съёмки и методом с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС на площади 7,8 Га [5]. Тахеометрическая съёмка выполнялась с точек планово-высотного съемочного обоснования с помощью электронного тахеометра Sokkia CX-106 с регистрацией и накоплением измерений в памяти прибора и составлением полевых абрисов. При камеральной обработке данные экспортировались в ПК и обрабатывались в ПО CREDO DAT 4.0 Lite. Результаты уравнивания выведены в виде ведомости координат и высот точек. Затем эти данные загружаются в ПО CREDO ТОПОПЛАН и производится составление топографического плана в условных знаках масштаба 1:500-1:5000, издания 2000 года с отображением элементов ситуации и рельефа и нанесением границ земельных участков.
Съёмка надземных и подземных коммуникаций проводилась в соответствии со строительными нормами и правилами [9]. Работа выполнялась с точек съемочного обоснования полярным способом, а также с помощью электронного тахеометра Sokkia CX-106 одновременно со съёмкой ситуации и рельефа. При полярном способе углы измеряют одним полуприёмом, линии – в одном направлении. Средние погрешности съёмки рельефа и его изображения на инженерно-топографическом плане относительно ближайших точек съемочного обоснования не превышает от принятой высоты сечения рельефа: ¼ – при углах наклона поверхности до 2° для планов в масштабе 1:500.
В итоге были получены координаты временных пунктов в системе координат СК-13 из системы WGS-84, получен инженерно-топографический план в масштабе 1:500 с коммуникациями. Фрагмент инженерно-топографического плана показан на рисунке 1.

Рис. 1. Фрагмент инженерно-топографического плана в масштабе 1:500.
Результатом выполненного задания явилось: 1) Приобретение навыков и опыта работы с современными геодезическими приборами и программным оборудованием; 2) Освоение технологии расчета перехода параметров преобразования от общеземных систем координат WGS-84 к местным (локальным) системам координат СК-13; 3) Оценка точности GPS-определений векторов с исходных пунктов ОМС на определяемые точки опорной сети (репера); 4) Получение инженерно-топографического плана масштаба 1:500 с целью проведения изыскательских работ; 5) Закрепление соответствующих компетенций в рамках освоения курсов по направлению подготовки 05.03.03 «Картография и геоинформатика [7; 11].