Съемки нивелирования поверхности Земли

Нивелирование поверхности производят для детального изображения рельефа местности на строительных площадках, промплощадках предприятий, для проектирования осушительных и оросительных систем, планировки земельных участков и т. п. Полученные результаты могут быть использованы для создания ЦММ.

В зависимости от характера рельефа, имеющейся ситуации местности, требуемой точности, а также площади нивелируемой поверхности применяются различные способы нивелирования: способ магистрального хода с поперечниками; способ параллельных линий; по квадратам и др.

Способ магистрального хода с поперечниками применяют в условиях пересеченной местности при изысканиях сооружений линейного типа (дороги, каналы, прокладка трубопроводов и т. п.). По характерным линям рельефа, например по линии водораздела, прокладывают основной магистральный нивелирный ход ABCDE (рис. 17) [11] и разбивают пикетаж. При необходимости от основной магистрали разбивают дополнительные магистрали BB¢, CC¢ и т. д. Начальную и конечную точки магистрали привязывают к планово-высотной геодезической сети. Перпендикулярно к линиям магистрали разбивают поперечники с шагом и длиной, зависящими от характера местности. Одновременно с разбивкой пикетажа вдоль линии магистрали и поперечников ведется съемка ситуации с составлением абриса.

Рис. 17. Схема нивелирования поверхности
при использовании способа магистралей с поперечниками

Нивелирование магистрали и поперечников проводят способом геометрического нивелирования аналогично нивелированию трасс. В результате обработки измерений получают плановое и высотное положение точек магистрали и поперечников.

Способ параллельных линий используют в условиях равнинной или слабовсхолмленной местности при съемках строительных площадок. Посередине снимаемого участка обычно прокладывают основной теодолитно-нивелирный прямолинейный ход или два взаимно перпендикулярных хода (рис. 18) [16], которые привязываются к пунктам планово-высотной геодезической сети. Эти линии являются планово-высотным обоснованием съемки.

Рис. 18. Способ параллельных линий

Перпендикулярно к линиям основных ходов разбивают параллельные съемочные ходы, по которым в характерных точках закрепляют пикеты. Расстояния между съемочными ходами и между пикетами зависят от назначения и требуемой точности.

Точки основных ходов нивелируют в соответствии с IV классом нивелирования, а съемочные ходы – с технической точностью. При обработке результатов измерений сначала уравнивают и вычисляют отметки точек основных нивелирных ходов, а затем – точек съемочных ходов.

Способ нивелирования по квадратам применяют при топографической съемке открытых участков местности со слабо выраженным рельефом в крупных масштабах (1 : 500 – 1 : 5000) с высотой сечения рельефа 0,1–0,5 м в целях составления проекта вертикальной планировки и подсчета объемов земляных работ.

При разработке сетки квадратов сначала строят наружный полигон в виде квадрата или прямоугольника (рис. 19) [11]. Для этого вдоль границы снимаемого участка на местности закрепляют опорную линию AB и на ней с помощью рулетки откладывают длины сторон квадратов (A–2, 2–3,…
5–B). Затем в точках A и B последовательно устанавливают теодолит и восстанавливают перпендикуляры AC и BD к линии AB. Для контроля измеряют длину линии CD, которая не должна отличаться от длины линии AB более чем на 1/2000 ее длины. Контролем является также равенство диагоналей AD и CB. На перпендикулярах и линии CD откладывают длины сторон квадратов. Размеры квадратов принимаются от 10 до 100 м в зависимости от характера рельефа, требуемой точности его изображения, сложности и назначения будущего сооружения. Вершины полигона ABCD и точки на его сторонах закрепляют грунтовыми реперами.

Разбивка квадратов внутри полигона выполняется по створным линиям 1–1, 2–2, …, 6–6. Вершины квадратов закрепляют колышками, на которых пишут их номер. Нумеруют линии в одном направлении заглавными буквами русского алфавита, а в перпендикулярном – арабскими цифрами.

Рис. 19. Схема разбивки сетки и нивелирования поверхности
по каждому квадрату

При необходимости на сторонах квадратов в точках перегиба рельефа местности закрепляют плюсовые точки. При длинах сторон наружного полигона до 300 м разбивку квадратов удобно выполнять с помощью нерастяжимых тросов или шнуров, размеченных с шагом, равным длине стороны квадрата.

Одновременно с разбивкой сетки квадратов производят съемку ситуации линейными промерами от сторон квадратов до характерных точек контуров и местных предметов. Результаты съемок заносят в абрис, на котором дополнительно показывают стрелками направления скатов.

Нивелирование по квадратам

После завершения разбивки участка местности на квадраты приступают к нивелированию. О количестве необходимых станций заранее сказать нельзя: все зависит от размера участка, рельефа и особенностей инструмента.

При небольшой площади и ровном рельефе иногда можно ограничиться и одной стоянкой прибора (станцией). Если число станций больше трех, то их необходимо объединить, создав замкнутый нивелирный ход (ход ABCDA на рис. 20). Станции выбирают таким образом, чтобы каждая из них могла обслужить возможно большее число точек.

На одну из станций передается отметка от ближайшего репера высотной геодезической сети. Далее опорный нивелирный ход нивелируется способом «из середины» по черной и красной сторонам реек, устанавливаемых на колышки. Высотная невязка хода должна удовлетворять условию , где – сумма превышений связующих точек; n – число станций. Иногда используется критерий , мм, где L – длина хода, км.

Распределение высотной невязки, вычисление исправленных превышений и отметок связующих точек производится так же, как и в ходе продольного технического нивелирования.

Нивелирование вершин квадратов со станций A, B, C и D (см. рис. 20) осуществляется способом «вперед» как промежуточных точек, т. е. только по черной стороне реек, устанавливаемых непосредственно на землю. При установке рейки реечник должен назвать номер точки, чтобы оператор (нивелировщик) мог сделать соответствующую запись. Записав отсчеты по всем точкам, доступным с данной станции, оператор переходит на следующую. Некоторые из точек должны быть пронивелированы с разных станций и будут являться контрольными. Отметки вершин квадратов определяются как отметки промежуточных точек, т. е. через горизонт инструмента.

Наличие компенсаторов у нивелиров дает возможность заметно повысить производительность полевых работ. Использование приборов с лимбами дает возможность при разбивке планово-высотного обоснования использовать только один прибор – нивелир. При работе с электронными нивелирами, имеющими запоминающие устройства, может быть полностью автоматизирован процесс сбора, регистрации и обработки данных.

Рис. 20. Схема нивелирования сетки квадратов
на основе опорного полигона

После вычислительной обработки результатов нивелирования составляют топографический план участка местности в выбранном масштабе (рис. 21) [11]. На план наносят границы участка, вершины квадратов, плюсовые точки и ситуацию. Возле каждой вершины квадрата, а также у каждой плюсовой точки подписывают ее отметку с округлением до 1 см и проводят горизонтали с заданной высотой сечения рельефа.

Рис. 21. План нивелирования поверхности
(М 1 : 1000, сечение рельефа через 0,25 м)

Использование способа квадратов является удобной основой для создания ЦММ, поскольку мы имеем дело с регулярной моделью в узлах квадратной сетки.

4.3. Лазерные и электронные цифровые нивелиры.
Преимущества и недостатки их использования

Лазерные нивелиры основаны на использовании оптического квантового генератора (лазера), создающего видимую визирную линию или плоскость. При пересечении этой видимой плоскостью нивелирной рейки на ней появляется горизонтальная красная линия, по которой берут отсчет. Для этой цели используют визуальную или фотоэлектрическую индикацию светового пучка. Один лазерный нивелир может одновременно обслуживать несколько реек.

Все лазерные нивелиры подразделяют на три большие группы:

с цилиндрическим уровнем на корпусе излучателя или на зрительной трубе нивелира, к которой крепится лазерный излучатель;

с самоустанавливающимся лазерным лучом, например нивелир с компенсатором и лазерной насадкой;

с вращающимся лазерным лучом, создающим видимые опорные горизонтальные плоскости в пространстве.

Лазерные нивелиры создаются в виде самостоятельных приборов (например, «Лимка-Горизонт»), либо в виде насадок к обычным нивелирам, обеспечивающих возможность работы серийного оптического нивелира, например нивелира 2H-3Л в режиме лазерного прибора.

В нивелирах с насадками лазерный луч устанавливается параллельно визирной оси зрительной трубы нивелира (рис. 22, а). Иногда лазерный луч совмещается с оптической осью нивелира с помощью призменных систем (рис. 22, б). Окуляр нивелира может быть снабжен откидной призмой, позволяющей работать с прибором как с обычным нивелиром. Если лазерная насадка устанавливается на нивелире с компенсатором, лазерный пучок принимает горизонтальное положение самопроизвольно [11].

Принципиально новым конструктивным решением для лазерных нивелиров является возможность задавать в пространстве горизонтальную или наклонную опорную световую плоскость. Это позволяют осуществить так называемые ротационные лазерные нивелиры (лазерные построители плоскости), которые могут быть с успехом использованы для нивелирования площадей, производства геодезического контроля вертикальной планировки и выполнения других нивелирных работ.

Рис. 22. Схемы лазерных насадок к нивелирам:

а – с параллельным излучателем; б – с призменным вводом светового пучка

Например, система контроля плоскости (СКП), изображенная на рис. 23, предназначена для производства геодезического контроля планировки земельных участков под горизонтальную площадку. Система состоит из трех основных блоков: лазерного излучателя (передатчика), роль которого играет лазерный построитель плоскости; фотоприемного устройства, закрепленного вертикально на строительной машине (бульдозере, скрепере и т. п.), и индикатора положения фотоприемного устройства относительно лазерной плоскости, устанавливаемого в кабине оператора машины. Получая постоянную информацию о высотном положении рабочего органа машины, оператор вручную им управляет. Эти же действия могут выполняться автоматически.

Рис. 23. Схема геодезического контроля планировки с помощью системы СКП-1:

1 – фотоприемник; 2 – передатчик; 3 – репер; 4 – отсчетная уровенная поверхность

Такого рода системы обеспечивают контроль планировки, выполняемой любым количеством землеройных механизмов, работающих на площади радиусом до 500 м (до 80 га), практически в любое время суток, при этом производительность труда повышается на 30 %.

Существенное ускорение процесса проведения нивелирных работ стало возможным с появлением электронных цифровых нивелиров. Цифровой нивелир представляет собой комбинацию оптического прибора, специализированного мини-компьютера и специальных нивелирных реек с закодированными делениями, позволяющими автоматизировать процесс взятия отсчетов.

На рис. 24 изображен нивелир SDL50, особенностью которого, как и других цифровых нивелиров, является наличие электронного датчика с высокой точностью, снимающего отсчеты по специальной штрих-кодовой рейке. После визирования наблюдателем на рейку и нажатия кнопки прибор в автоматическом режиме выполняет все измерения и отображает на экране значения отсчета по рейке и расстояния до нее. Использование цифровых нивелиров с кодовой регистрацией отсчетов по рейкам с последующей их обработкой на встроенных в приборы мини-ЭВМ и возможностью соединения с персональным компьютером позволяет практически полностью автоматизировать процесс нивелирных работ.

Рис. 24. Нивелир SDL50:

1 – ручка; 2 – зеркало уровня; 3 – круглый уровень; 4 – объектив; 5 – кремальера; 6 – клавиша измерений; 7 – горизонтальные наводящие винты; 8 – порт для передачи данных; 9 – подъемные винты; 10 – подставка; 11 – кольцо перестановки лимба горизонтального круга; 12 – лимб горизонтального круга;
13 – юстировочный винт сетки нитей с защитной крышкой; 14 – крышка аккумуляторного отсека; 15 – окуляр; 16 – клавиатура; 17 – экран; 18 – визир

К сожалению, наряду со многими положительными факторами применение лазерных и цифровых нивелиров имеет и ряд недостатков, аналогичных недостаткам, присущим электронным тахеометрам и подробно рассмотренным в разд. 3.7.

5. топографическая съемка местности
с применением систем спутникового позиционирования

5.1. Организация работ по топографической съемке
с помощью спутниковых приемников

Топографическая съемка с использованием геодезических спутниковых приемников выполняется в три этапа: подготовительные работы, создание геодезического съемочного обоснования, собственно съемка [4].

В ходе подготовительных работ выбирают места для закрепления точек съемочного обоснования с таким расчетом, чтобы не было помех от расположенных вблизи сооружений, высоких деревьев, источников мощного радиоизлучения. Все эти факторы могут существенно снизить качество выполняемых спутниковых измерений. Кроме того, особое внимание уделяется планированию наблюдений, для этих целей используют специальный модуль в программном обеспечении спутникового приемника. Этот модуль позволяет получить характеристику процесса позиционирования на любой момент времени и, таким образом, выбрать наиболее благоприятный период для выполнения измерений.

Определение координат пунктов геодезического съемочного обоснования производится методом статических спутниковых наблюдений. Данный метод является наиболее надежным и точным методом, позволяющим получить разность координат смежных пунктов с миллиметровой точностью. Один из приемников, называемый базовым, устанавливают на штативе над исходной точкой с известными координатами (пункт государственной геодезической сети, геодезической сети сгущения), а второй, называемый мобильным, – поочередно на пункты съемочной сети. При этом должно быть обеспечено условие синхронных измерений базовым и мобильным приемниками.

Длительность времени наблюдений выбирается в зависимости от длин базовых линий, количества одновременно наблюдаемых спутников, класса используемой спутниковой аппаратуры и условий наблюдений. С учетом всех перечисленных факторов время измерения каждой базовой линии может составлять от 15–20 мин. до 2,5–3,0 ч. Работа с каждым приемником на станции включает в себя: центрирование приемника над пунктом с помощью нитяного или оптического отвеса, измерение высоты антенны с помощью секционной рейки, включение приемника. При измерении в статическом режиме во время работы не требуется производить каких-либо действий. Приемник автоматически тестируется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, производит GPS-измерения и заносит в память всю информацию. По истечении необходимого времени наблюдений мобильный приемник переносят на следующую определяемую точку. После окончания измерений производят обработку полученных результатов, которая включает в себя вычисление длин базовых линий и координат пунктов обоснования в системе координат WGS-84, строгое уравнивание сети по методу наименьших квадратов, трансформирование уравненных координат в государственную или местную (условную) систему координат. Точность определения планового местоположения точек статическим способом достигает
(5–10 мм) + (1–2 мм на км), высотного – в 2–3 раза ниже.

Топографическая съемка местности выполняется посредством проведения кинематических спутниковых измерений, позволяющих получать координаты и высоты точек за короткие промежутки времени. Для этого базовый приемник на штативе устанавливается на пункте съемочного обоснования, а мобильный – поочередно на снимаемых точках, причем приемник вместе с источником питания располагают в специальном рюкзаке, а приемная антенна и контроллер, с помощью которого осуществляется управление процессом съемки, крепятся на вехе (рис. 25).

Вначале выполняется инициализация – привязка мобильной станции к базовой, для чего измерения на первой точке проводят несколько дольше (20 – 30 с), чем на последующих точках. Установив веху с антенной на точку и задав в контроллере все необходимые параметры (высоту установки антенны на вехе, номер пикета, его признак: например: угол забора, смотровой колодец и т. п.), начинают съемку, контролируя вертикальность вехи по пузырьку круглого уровня.

Рис. 25. Базовый (а) и мобильный (б) приемники

Время наблюдения на точке обычно не превышает 5–10 с, после чего измерения останавливают и, не выключая приемника, переходят на следующую точку. Если снимаемая точка располагается в непосредственной близости от строения, высоких деревьев, других объектов, закрывающих видимость на спутники, время измерений должно быть увеличено. Кроме того, измерения можно повторить, вернувшись на эти точки еще раз. Завершают съемку участка наблюдениями на первой точке либо на пункте с известными координатами. После завершения съемки производят обработку результатов так же, как и для статических измерений. Точность способа кинематических измерений составляет 2–3 см в плане и 6–8 см по высоте. Результаты измерений могут быть представлены как в цифровом виде, так и в графической форме.

5.2. Комплексное использование спутниковой аппаратуры
и традиционных геодезических средств

Для использования технологий спутниковых координатных определений необходимо обеспечение видимости на момент измерений по линии «спутник – антенна приемного устройства». Во многих случаях практики обеспечить такую видимость не удается. Поэтому актуальным становится комплексное использование для решения геодезических задач спутниковой аппаратуры и традиционных геодезических средств (светодальномеров, теодолитов, нивелиров, электронных тахеометров). Наиболее эффективно использование GPS-аппаратуры с электронными тахеометрами. Это обусловлено следующими причинами.

Электронные тахеометры являются универсальными геодезическими приборами. Они предназначены для измерения углов и расстояний. В результаты измерений тахеометром автоматически вводятся поправки за метеоусловия (причем отдельные тахеометры сами определяют температуру и давление), за приведение длин линий к плоскости горизонта и др. Тахеометры обеспечивают цифровую индикацию горизонтальных и вертикальных углов, дирекционных углов, наклонных расстояний, горизонтальных проложений, приращений координат и других величин. Время на выполнение комплекса измерений (горизонтальное направление + вертикальный угол + расстояние + вывод результата) составляет несколько секунд. Большинство тахеометров имеет собственную память, встроенный микропроцессор и библиотеку программ для выполнения геодезических работ. Ряд современных тахеометров позволяет выполнять измерения до невидимых точек (например, через листву) с помощью специального отражателя, а также работать с микропризменными наклейками.

Современные тахеометры и GPS-приемники имеют одинаковые форматы записи полевой информации, взаимозаменяемые карты памяти. Возможна также автоматизированная передача полевых измерений в пакет совместной обработки с последующей передачей результатов измерений в базы данных ГИС.

Принципиально возможно использование спутниковой геодезической аппаратуры (СГА) и традиционных геодезических средств по следующим направлениям:

1) геодезические построения на объекте работ, выполненные СГА, и традиционные не имеют между собой никаких связей;

2) спутниковые и традиционные геодезические построения связаны между собой; при этом возможно три варианта связей:

развитие сети традиционными методами от пунктов, определенных спутниковыми приемниками;

развитие сети методами GPS-измерений от пунктов, определенных традиционными методами;

ступенчатое развитие сетей, при котором спутниковые и традиционные измерения чередуются.

Традиционными методами определения плановых координат пунктов являются: триангуляция, полигонометрия, трилатерация, засечки. При выборе метода учитываются требуемая точность координатных определений, сроки выполнения работ, характер местности и состояние исходной геодезической основы в районе выполнения работ, прогноз погоды, условия видимости и пр.

Определение координат пунктов с помощью СГА может выполняться следующими методами: лучевым (рис. 26), сетевым (рис. 27), совмещенным (рис. 28).

На этих рисунках выполнено в следующие условные знаки:

треугольник – исходный пункт сети с известными координатами в системе, установленной проектом работ;

квадрат – опорная станция в сети;

круг – мобильная станция в сети.

Рис. 26. Лучевой метод из одного (а) и двух (б) опорных пунктов	Рис. 27. Сетевой метод

При лучевом методе определяемые пункты координируются с одного опорного пункта (см. рис. 26, а). Рассматриваемый метод часто называют радиальным. Он широко используется для выполнения топографических съемок в кинематическом режиме. Недостаток лучевого метода заключается в отсутствии контроля определения координат. Для организации такого контроля определяемые пункты при развитии геодезической сети лучевым методом координируются не менее чем с двух опорных пунктов (рис. 26, б).

Укажем на важную особенность координатных определений с помощью спутниковой аппаратуры. Пусть определяемые точки 3, 4 находятся на расстоянии 100 м одна от другой и на удалении ≈ 10 км от опорных пунктов 1, 2 (см. рис. 26, б). Угол засечки g примем равным 45°. Пренебрегая ошибками центрирования, вычислим среднюю квадратическую ошибку положения определяемых точек по формуле

, (5.1)

где m_S – ошибка измерения расстояния, в статическом режиме для двухчастотной аппаратуры примем m_S = 5 мм + 1 мм ∙ 10 = 15 мм.

В результате получим m_xy = 30 мм. Средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов 3, 4: = 42 мм, что при расстояниях между определяемыми точками 100 м дает относительную ошибку 1/2400. Такая точность существенно ниже той, которая могла бы быть получена при непосредственном измерении линии 3–4 как с помощью СГА, так и топографическими светодальномерами.

Сетевой метод спутниковых координатных определений предполагает проведение измерений на каждой линии сети (см. рис. 27). Это по сути аналог трилатерационных построений.

При сетевом методе целесообразно использовать несколько одновременно работающих станций. Это позволяет в каждом сеансе наблюдений измерять не только запроектированные линии, но и дополнительные, соединяющие любую пару участвующих в наблюдениях приемников. По окончании сеанса часть станций остается на месте, а другие – устанавливаются на следующих, согласно проекту, пунктах. В очередном сеансе линии между пунктами первой группы измеряют повторно, что позволяет осуществлять контроль их определения. При значительном числе двойных измерений можно выполнять предварительный контроль качества измерений по их разностям.

При использовании сетевого метода контроль качества измерений осуществляется также по невязкам замкнутых построений. В итоге сетевой метод позволяет за счет избыточных измерений существенно повысить точность и надежность координатных определений.

При совмещенном методе часть пунктов сети определяется сетевым, а часть пунктов – лучевым методом (см. рис. 28).

Рассмотрим схемы геодезических построений, в которых спутниковые и традиционные геодезические построения связаны между собой. В этом случае возможны различные варианты (рис. 29–32).

Рис. 28. Совмещенный метод	Рис. 29. Полигонометрический ход опирается на пункты GPS-сети

Рис. 30. Определение координат пункта засечками от GPS-пунктов: а – линейные; б – обратные линейно-угловые группы пунктов	Рис. 31. Сеть GPS опирается на традиционную

Использование спутниковых приемников и электронных тахеометров весьма эффективно при выполнении топографических или кадастровых съемок. Для этого на объекте работ GPS-методом определяют сеть пунктов (минимум два пункта). Тахеометр устанавливают в любом месте, удобном для проведения съемок. Координаты точек стояния тахеометров определяются по координатам GPS-пунктов любой из известных засечек (см. варианты на рис. 30). Съемку выполняют как обычно.

Рис. 32. Ступенчатое развитие сетей	Рис. 33. Блочная тахеометрия

Если с какой-либо точки стояния тахеометра нет видимости на GPS-пункты, и соответственно невозможно определить координаты точек стояния, то можно использовать принцип блочной тахеометрии (рис. 33).

В этом случае участок разбивают на блоки, в пределах каждого из которых выполняю съемку с одной установки электронного тахеометра. В программу наблюдений включаются кроме пикетов имеющиеся в блоке исходные пункты и связующие точки (1 и 2, см. на рис. 33).

По связующим точкам осуществляется последующее объединение отдельных блоков в единый блок. Число связующих точек между смежными блоками должно быть не менее двух. Особенностью метода является то, что необязательна видимость между смежными установками тахеометра.

5.3. Преимущества и недостатки спутниковых систем
и перспективы их использования

Основными преимуществами спутникового позиционирования являются всепогодность, глобальность, оперативность, точность и эффективность. Эти качества зависят от баллистического построения системы, высокой стабильности бортовых эталонов частоты, выбора сигнала и способов его обработки, а также от способов устранения и компенсации погрешностей. Параметры систем и их отдельных элементов, а также математическое обеспечение выбирают так, чтобы ошибка навигационных определений по координатам была не более 10 м, а по скорости – до 0,05 м/с.

В качестве недостатка спутниковых систем можно отметить возникновение при их работе ошибки, вызываемой «многолучевостью», которая обусловлена многократными переотражениями сигнала со спутника от окружающих предметов и поверхностей до того, как он попадает в антенну приемника, а также дифракцией на мелких предметах, соизмеримых с длиной волны, находящихся на пути радиолуча. При этом радиолуч проходит по другому пути, что вызывает изменение его амплитуды и фазы. В приемной антенне происходит интерференция прямого и отраженного лучей, и, следовательно, изменяются амплитуда и фаза результирующего поля, что, в свою очередь, ведет к искажению измеряемой дальности. Ошибки, вызванные «многолучевостью», все время меняются, что вызвано движением спутников. Искажения в значительной степени можно компенсировать, если наблюдения длятся дольше периода изменения погрешностей, а накопленные измерения обрабатываются совместно.

Для уменьшения влияния этого эффекта в спутниковых приемниках применяются специальные антенны и усовершенствованная техника обработки сигналов.

Одним из факторов, ухудшающих результаты спутниковых измерений, могут также стать помехи от близко расположенных мощных источников радиоизлучений: локаторов, теле- и радиопередающих станций и т. п.

Важнейшей характеристикой качества спутниковых измерений является геометрический фактор, характеризующий потери точности из-за геометрии засечки, т. е. расположения наблюдаемых спутников. Установлено, что точность определений тем выше, чем больше объем треугольной пирамиды, в вершинах которой располагаются спутники. Поскольку параметры орбит спутников точно известны, можно заранее определить время, когда геометрия спутников будет наилучшей для измерений. Поэтому спутниковым наблюдениям всегда предшествует очень важный этап планирования работ. В измерения включают все видимые в данный момент спутники, максимальное число которых может достигать 12–13; это позволяет повысить точность определений на 15–20 %.

В настоящее время спутниковое геодезическое оборудование применяется для решения широкого круга геодезических задач, в первую очередь спутниковые координатные определения при создании геодезических сетей.

Как известно, государственная плановая геодезическая сеть состоит примерно из 350 тыс. геодезических пунктов, включая пункты триангуляции и полигонометрии 1-го и 2-го классов, которых около 164 тыс. Ошибки координат пунктов увеличиваются к востоку и северу относительно исходного пункта и достигают 10–15 м.

Существуют предложения не только восстанавливать и поддерживать существующую сеть, но и создать спутниковую геодезическую сеть 2-го класса. Точность определения приращений координат при длительности сеанса наблюдений 1–2 ч двухчастотными приемниками характеризуется величиной порядка 1 × 10^-6 от расстояния между пунктами. При этом из экономических соображений сеть 2-го класса целесообразно создавать для отдельных регионов страны. Современные методы уравнивания такой сети, в которой используются результаты как прежних традиционных измерений, так и полученные по спутниковым наблюдениям, позволяют не искажать спутниковых данных. В настоящее время разрабатываются основные положения о государственной геодезической сети, которые базируются на использовании спутниковых наблюдений.

Применение спутниковых приемников для привязки центров фотографирования позволило в несколько раз снизить общую стоимость работ за счет уменьшения объемов полевых работ, связанных с привязкой аэрофотоснимков.

Широкое применение получили спутниковые измерения в режиме RTK, которые используются для плановой и высотной съемки открытых территорий, создания локальных сетей сгущения на небольших удаленных объектах, выноса в натуру проектов. Режим кинематики обычно используется при топографической съемке.

С созданием спутникового геодезического оборудования значительно расширились возможности изучения вертикальных движений земной коры на больших территориях, вызванных движением материковых плит, наблюдений за деформациями земной поверхности, вызываемыми осадками (снегом, дождем и т. д.), а также изучения деформаций земной поверхности, вызываемых техногенными факторами.

Благодаря преимуществам спутниковых технологий Федеральной службой геодезии и картографии России принята концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений. Согласно этой концепции дальнейшее развитие государственной геодезической сети будет выполняться исключительно спутниковыми методами.

Одним из важнейших направлений совершенствования и развития спутниковой радионавигации является совместное использование сигналов ГЛОНАСС и GPS, а в будущем – Galileo. Основные цели этого процесса – повышение точности и надежности (доступности, непрерывности обслуживания и целостности) навигационных определений.

Концепция развития главной геодезической основы в соответствии с Основными положениями о государственной геодезической сети предусматривает на ближайшую перспективу развитие высокоточных геодезических сетей, ориентированное на широкое использование спутниковых технологий.

Современные спутниковые методы, основанные на применении спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами геодезических измерений. К основным из них относятся следующие:

возможность оперативной и точной передачи координат на большие расстояния;

отсутствие необходимости обеспечения взаимной видимости между смежными опорными пунктами; это позволяет располагать пункты в местах, благоприятных для их долговременной сохранности и удобных для последующего использования; при этом отпадает необходимость сооружения дорогостоящих наружных геодезических знаков;

снижение требований к плотности исходной геодезической основы, позволяющее резко сократить число опорных пунктов;

простота организации и высокий уровень автоматизации работ, возможность выполнения работ в любое время суток и при любых погодных условиях;

возможность объединения на базе единой технологии плановой и высотной геодезических основ, совмещения пунктов носителей плановых координат и высот и связи существующих плановых и высотных сетей.

Согласно новой концепции и программе перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений предусматривается построение сетей высшего класса точности, связанных между собой по принципу перехода «от общего к частному». К таким геодезическим сетям относятся:

1. Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС), являющаяся высшим звеном координатного обеспечения. ФАГС реализует общеземную геоцентрическую систему координат ПЗ-90 при решении задач координатно-временного обеспечения территории страны.

ФАГС представляет собой систему равномерно распределенных по территории страны пунктов, удаленных друг от друга на 800–1000 км. Число таких пунктов составит 50–70, из которых 10–15 пунктов будут постоянно действующими, а остальные – переопределяться группами через определенные промежутки времени в зависимости от динамической активности региона.

Пространственное положение пунктов ФАГС определяется в общеземной системе координат с максимально возможной точностью, которая может быть обеспечена использованием всего комплекса существующих методов космических измерений (радиоинтерферометрических, лазерных и др.). При этом средние квадратические погрешности взаимного положения пунктов не должны превышать 2 см в плане и 3 см по высоте.