Использование глобальных систем позиционирования при проведении инженерно-геодезических изысканий

Аннотация

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.

Полный текст

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).

Таблица 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 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).

Таблица 3

Оценка точности GPS-определений векторов с исходных пунктов на определяемые точки опорной сети (репера)

Имя	НИ (т)	аЕ (т)	анг	СКО В плане (т)	СКО по высоте (т)
Рп.1-ОМС-53	-1284.402	1277.903	48.016	0.009	0.008
Рп.1-ОМС-54	-1300.181	1295.739	48.521	0.005	0.014
Рп.1- ОМС-55	902.382	-2901.682	44.891	0.007	0.016
Рп.1-ОМС-50	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
Рп.2- ОМС-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- ОМС-55	1007.934	-2591.278	38.481	0.010	0.011
Рп.З-ОМС-50	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)

 

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.

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].