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].

Статья научная