3 СТВОРЕННЯ ПЛАНОВИХ ГЕОДЕЗИЧНИХ
МЕРЕЖ МЕТОДОМ ПОЛІГОНОМЕТРІЇ
Полігонометрія — один з традиційних, найбільш поширених методів створення планових геодезичних мереж усіх класів і розрядів.
Комплекс робіт при створенні планових геодезичних мереж методом полігонометрії складається з таких процесів:
- проектування полігонометричних мереж;
- рекогностування полігонометричних ходів;
- виготовлення і закладання центрів;
- вимірювання кутів;
- вимірювання сторін;
- прив’язка полігонометричних мереж до пунктів вищого класу;
- попередня обробка результатів польових спостережень;
- вирівнювальні обчислення в полігонометрії.
Розглянемо комплекс полігонометричних робіт на прикладі створення мереж згущення 4 класу, 1 і 2 розрядів.
3.1 Проектування полігонометричних мереж
3.1.1 Складання проекту на топографічній карті
Полігонометричні мережі 4 класу, 1 і 2 розрядів створюють для згущення державних планових геодезичних мереж 1, 2 і 3 класів, яких недостатньо для виконання топографічних знімань. Згущення здійснюють до тих пір, поки не буде забезпечена необхідна щільність пунктів, яка забезпечить умови для виконання топографічного знімання.
Полігонометричні мережі 4 класу, 1 і 2 розряду для територій поза населеними пунктами проектують на топографічних картах, як правило, масштабів 1:25000–1:10000, а для територій, що знаходяться в населених пунктах або на будівельних майданчиках — на планах масштабів 1:5000 та 1:2000.
Полігонометричні мережі проектують у вигляді окремих ходів або систем з однією або кількома вузловими точками.
При проектуванні дотримуються технічних вимог “Інструкції” [1].
Вони представлені в табл. 3.1. Проектується прив’язка полігонометричних ходів 4 класу, 1 і 2 розряду до пунктів державної геодезичної мережі. Висячі ходи не допускаються.
Віддалі між пунктами паралельних ходів полігонометрії одного і того ж класу чи розряду повинні бути не меншими у полігонометрії 4 класу — 2.5 км, у полігонометрії 1 розряду — 1.5 км.
При менших віддалях найближчі пункти паралельних ходів повинні бути зв’язані ходами відповідного класу чи розряду [1, п.4.1.4].
Таблиця 3.1 - Технічні характеристики мереж полігонометрії
Показники
|
4 клас
|
1 розряд
|
2 розряд
|
Гранична довжина ходу, км:
окремого
між вихідною і вузловою точками
між вузловими точками
|
14,0
9,0
7,0
|
7,0
5,0
4,0
|
4,0
3,0
2,0
|
Граничний периметр полігону, км
|
40
|
20
|
12
|
Довжини сторін ходу, км:
найбільша
найменша
середня
|
3,00
0,25
0,50
|
0,80
0,12
0,30
|
0,50
0,08
0,20
|
Кількість сторін у ході, не більше
|
15
|
15
|
15
|
Відносна помилка ходу, не більше
|
1:25000
|
1:10000
|
1:5000
|
Середня квадратична помилка виміряного кута (за нев’язками у ходах і в полігонах), кутові секунди, не більше
|
3
|
5
|
10
|
Кутова нев’язка ходу або полігона, кутові секунди, не більше, де n+1 — кількість кутів у ході
|
|
|
|
Середня квадратична помилка вимірювання довжини сторони, см:
до 500 м
від 500 до 1000 м
понад 1000 м
|
1
2
1:40000
|
1
2
—
|
1
—
—
|
3.1.2 Оцінка проектів окремих полігонометричних ходів
3.1.2.1 Загальні питання оцінки проектів. Видовжені і зігнуті ходи
Запроектовані на карті мережі підлягають попередній оцінці, при якій встановлюється очікувана точність полігонометричних мереж і відповідність її вимогам “Інструкції” [1].
У даному підрозділі ми зупинимося лише на методиках оцінки проектів окремих ходів. Оцінка проектів систем ходів з вузловими точками вивчатиметься на старших курсах при вивченні спеціальних дисциплін.
При оцінці проектів окремих ходів полігонометрії обчислюють очікувану середню квадратичну помилку положення кінцевої точки М. На її величину здійснюють помилки лінійних та кутових вимірів. Якщо позначити сумарний вплив помилок лінійних вимірів mL, а кутових вимірів mu, то для видовженого ходу
|
 .
|
(3.1)
|
Величина впливу помилок лінійних та кутових вимірів на величину М залежить від конфігурації ходу, довжини ходу, довжин сторін, точності кутових і лінійних вимірів.
За конфігурацією окремі ходи поділяються на видовжені, зігнуті і замкнені.
Для того, щоб вияснити, який хід вважається видовженим, а який зігнутим чи замкненим, введемо поняття замикаючої ходу. Замикаюча ходу — це пряма, яка з’єднує початкову і кінцеву точки окремого ходу (рис. 3.1).
Рисунок 3.1 - Полігонометричний хід і його замикаюча
Довжина ходу:
|
|
(3.2)
|
де [х], [y] — суми приростків координат вздовж осей х і y.
3.1.2.2 Критерії зігнутості полігонометричних ходів
Хід вважається видовженим, якщо задовольняються одночасно такі три умови:
|
 ,
|
(3.3)
|
де S — периметр ходу,
L — довжина замикаючої ходу.
|
 ,
|
(3.4)
|
де hmax — найбільша віддаль пунктів ходу від замикаючої ходу;
|
 ,
|
(3.5)
|
де max — найбільше кутове відхилення сторін ходу від замикаючої.
Умови (3.3), (3.4) і (3.5) називають критеріями видовженості ходів.
Якщо хоча б одна з трьох умов не задовольняється, хід вважається зігнутим.
Замкнений хід — це один з окремих випадків зігнутого ходу. Оскільки в замкненому ході початкова і кінцева точки співпадають, його замикаюча L=0 (рис. 3.2).
Рисунок 3.2 - Замкнений полігонометричний хід
3.1.2.3 Оцінка проектів видовжених ходів
Розглянемо як впливають помилки лінійних та кутових вимірів на положення кінцевої точки видовженого полігонометричного ходу. Нехай в полігонометричному ході n сторін і n+1 кутів. Якщо допустити, що кожна сторона вимірюється з своєю помилкою, тобто mS1, mS2 ..... mSn, то сумарна помилка впливу лінійних вимірів
|
|
(3.6)
|
Якщо довжини сторін приблизно однакові, а отже виміри рівноточні, тобто
|
 ,
|
(3.7)
|
то
|
 ,
|
(3.8)
|
де mS — середня квадратична помилка вимірювання однієї лінії ходу середньої довжини.
Встановимо зв’язок між сумарним впливом кутових вимірів  та помилкою вимірювання кутів mb. Розглянемо рис. 3.3
Рисунок 3.3 - Зв’язок між помилками кутових вимірів і
зміщеннями кінцевої точки ходу
Помилка в куті b1 приведе до зміщення кінцевої точки Тк на величину
|
 .
|
(3.9)
|
Помилка в куті b2 приведе до додаткового зміщення кінцевої точки Тк на величину
|
|
(3.10)
|
і т.д., нарешті під впливом помилки в куті bn точка Тк зміститься ще на величину
|
|
(3.11)
|
Сумарний вплив помилок кутових вимірів на зміщення кінцевої точки ходу Тк може бути записаний
|
|
(3.12)
|
|
(3.13)
|
При рівноточних вимірах кутів, тобто
|
 ,
|
(3.14)
|
а також приймаючи, що усі сторони приблизно рівні, тобто
будемо мати
|
 .
|
(3.16)
|
Але відомо,що
|
 .
|
(3.17)
|
Тоді
|
|
(3.18)
|
Спростимо останній вираз, домноживши чисельник і знаменник правої частини на n. Матимемо
|
|
(3.19)
|
Перетворимо член  .
|
|
(3.20)
|
Поділимо чисельник і знаменник на 2n. Отримаємо вираз  , в якому членом  можна знехтувати, врахувавши його малу величину. Таким чином, врахувавши у формулі (3.19), що S×n»L, де L — довжина замикаючої ходу, запишемо
|
 .
|
(3.21)
|
Якщо хід прокладений між двома пунктами з вихідними дирекційними кутами, сумарний вплив помилок кутових вимірів буде приблизно вдвоє меншим за рахунок вирівнювання кутів за нев’язку. В цьому випадку формула (3.21) прийме дещо інший вигляд [6]
|
|
(3.22)
|
Таким чином, формула (3.1) для обчислення очікуваної середньої квадратичної помилки кінцевої точки видовженого ходу прийме вигляд
|
|
(3.23)
|
У формулі (3.23)
mS — середня квадратична помилка вимірювання сторін, яка в залежності від довжин сторін вибирається з табл. 3.1,
n — кількість сторін,
mb — середня квадратична помилка вимірювання кутів, яка залежить від класу чи розряду полігонометрії і вибирається з табл. 3.1,
L — довжина замикаючої полігонометричного ходу, яку можна визначити з карти графічно, приклавши лінійку до початкової і кінцевої точок ходу.
Після цього обчислюють очікувану абсолютну нев’язку полігонометричного ходу
|
 ,
|
(3.24)
|
і очікувану відносну нев’язку полігонометричного ходу
|
 ,
|
(3.25)
|
і порівнюють її з граничною відносною нев’язкою, що вибирається з табл.3.1.
Якщо
|
 ,
|
(3.26)
|
де  =1:25000 для полігонометрії 4 класу,
=1:10000 для полігонометрії 1 розряду,
=1:5000 для полігонометрії 2 розряду.
Це свідчить про те, що запроектований хід відповідає необхідним технічним вимогам.
У протилежному випадку хід необхідно перепроектувати, змінивши його параметри (периметр, кількість сторін, середні довжини сторін).
Зауважимо, що формула (3.23) дає наближені результати. Тому замість L у формулу можна підставити [S]. Для видовженого ходу [S]≤1.3L, тому другий член формули зросте на 30%. Це приведе до деякого завищення величини М. Якщо при цьому значенні хід відповідає необхідним технічним вимогам, то він тим більше задовольнятиме ці вимоги, коли у формулі використана довжина замикаючої L.
3.1.2.4 Оцінка проектів зігнутих полігонометричних ходів
Очікувана середня квадратична помилка М найбільш слабкої точки зігнутого ходу розраховується за формулою [6]
|
 ,
|
(3.27)
|
де Дці — віддаль від точки з номером і до центра ваги ходу, координати якого визначаються як середнє арифметичне з усіх точок ходу, а саме
|
 ,
|
(3.28)
|
|
 .
|
(3.29)
|
Віддаль Дці може бути знайдена як
|
 .
|
(3.30)
|
Величину Дці можна знайти графічним способом. На карті або на папері в масштабі наносять запроектований хід (рис.3.4). Спочатку визначають центр ваги ходу. Для цього першу сторону ходу ділять наполовину, одержану точку а з’єднують з наступною точкою ходу, отриману лінію ділять на три частини, відмічають точку в, яка віддалена від а на 1/3 лінії, потім точку в з’єднують з наступною точкою ходу і т.д. до кінцевої точки ходу. Після знаходження центру ваги значення Дці знаходять безпосередньо на схемі ходу з графічною точністю.
Потім обчислюють величини Дці, а з їх допомогою  , які сумують і знаходять  . Цю величину підставляють у формулу (3.27), звідки знаходять спочатку М2, а потім М.
Рисунок 3.4 - Визначення центру ваги полігонометричного ходу
графічним способом
Аналогічно до видовженого ходу, обчислюється очікувана абсолютна нев’язка ходу
|
 ,
|
(3.31)
|
очікувана відносна нев’язка
|
 ,
|
(3.32)
|
яка порівнюється з гранично допустимою величиною  , на основі чого робиться висновок про відповідність запроектованого ходу необхідним технічним вимогам.
Дослідження показали, що оцінка проекту зігнутих ходів за формулами 3.23–3.25 дає результати, які незначно відрізняються від результатів, які отримують за формулами 3.27, 3.31, 3.32. Таким чином, для оцінки проектів зігнутих ходів рекомендуємо застосовувати простіші формули 3.23–3.25
|