Справочная М3 | Геодезия. Топография. Топосъемка.

Геодезия земельного участка

Геодезия земельного участка

1. Геодезическая съемка земельного участка

Проведение геодезии земельного участка составляет одну из главных задач современной инженерной геодезии с использованием теории и методов высшей геодезии, а также топографии и фотограмметрии. Теоретическая геодезия земли находит в этом своё конкретное применение, её разработки методов топографических изысканий позволяют сделать вынесение в натуру любых инженерных проектов. Съемку земельного участка предваряют различного рода изыскания по гидрологии и геологии. Сами геодезические работы идут с ними в комплексе, применяя самые различные виды съемки трассирования объектов, после этого составляются съемочные обоснования и планы земельных участков. Ведение всего этого комплекса работ имеет целью получение сведений для выбора наилучшего местоположения объектов, для проектирования, строительства и дальнейшей эксплуатации сооружений. Все технические изыскания определяют технические возможности строительства данного комплекса строений в данном месте с полным сбором данных для анализа и выбора типа фундаментов, расчетом прочности объектов. Все материалы от геодезии земельного участка подлежат тщательной проверке с уточнением рельефа местности, положения существующих строений и их элементов планировки, условий работы техники на территории строительства, ведется обоснование проекта. Всё это заложено в плане выполнения геодезических работ с построением плановых и высотных съемочных сетей местности, подземных сооружений, инженерных коммуникаций, трассированием линейных сооружений, выносом в натуру и привязкой зданий и сооружений, составлением планов геодезических и установлением границ. В процессе эксплуатации ведутся еще и стационарные наблюдения за деформациями зданий, земли и последствиями природных разрушающих процессов.

Собственно, геодезическая съемка земельного участка ведется для формирования границ нового владения, уточнения границ любого участка с привязыванием их к системе координат и подсчетом площади. Например, такие работы нужны для подготовки межевого плана или при изыскательских работах. Сама съемка начинается с создания опорно-межевой сети, определения фактических границ участка в координатной плоскости и его площади с составлением схемы расположения участка относительно смежных владений. Геодезия земли составляет геодезическую подготовку проекта с выносом его в натуру в плане и в вертикальных осях. Первыми создаются разбивочные сети с детальной проработкой очередности сооружения объектов. Далее проводится выверка строительных конструкций в плоскости и по высотным параметрам, последующая камеральная обработка результатов проводится для составления топографического плана, схем инженерных сетей, написанием технического отчета и проведения экспертизы материалов геодезических работ. Ни одно составление земельного кадастра, никакие землеустроительные работы не обходятся без геодезической съемки земельного участка. Она нужна и при разделе, и при объединении земельных участков, оформлении дополнительной площади, для решения земельных споров.

Геодезической съемкой можно назвать широкий комплекс геодезических работ с начальным этапом съемок местности и огромной расчетной и графической работой в камеральных условиях. Такая схем характерна и для строительной геодезии, и при триангуляции, полигонометрии, трилатерации. Особенно большой объем работ проводится при работах по геодезии земли с классной триангуляцией и для других высокоточных геодезических работ. Тут используются специальные методы проведения измерений, высокоточное исполнение камеральной обработки с уравниванием и введением большого числа поправок, постоянным мониторингом промежуточных результатов, отслеживанием и исправлением ошибок. По итогам работы составляется подробный план земельного участка со всеми строениями, границами и привязкой к расположению соседних земельных участков и коммуникаций. Для использования в строительстве этот план имеет срок годности 4 года, за это время должен быть сделан проект с нанесением новых строений на план участка. Очень важна правильная геодезия земельного участка в плане сохранности и долговечности строений, их последующей безопасной эксплуатации. Все расчеты должны быть перепроверены несколько раз, поскольку внесение даже существенных поправок в проект будет гораздо меньшей проблемой, чем исправление и перестройка уже готовых строительных объектов.

По набору способов проведения работ геодезическая съемка земельного участка включает методы прямых измерений с выверкой основных осей земельного участка, все известные способы триангуляции, полигонометрии и трилатерации. Для больших земельных участков очень эффективен метод триангуляции, особенно, когда участок строительства имеет естественные препятствия прямым замерам. Построение группы смежных треугольников с выбором базовых стороны позволяют точно произвести измерения, далее с помощью измерения углов и одной из сторон, далее, по геометрическим соотношениям найти длины остальных сторон и построить плановую плоскость в масштабе для привязки проектных сооружений к местности. Либо можно по способу полигонометрии построить систему ломаных полигонометрических ходов, это даст возможность достичь большей четкости плановых построений. Еще лучший эффект точности наблюдается при сочетании измерений между пунктами триангуляции с полигонометрическими ходами внутри каждого треугольника.

Есть в современной геодезической науке и передовые технологии, они представляют собой основу самых современных способов геодезической съемки местности с измерением расстояний при помощи специальных лазерных радиолокационных дальномеров, причем, тут измеряются длины всех отрезков по проектируемому плану геодезической съемки. Инструментами для геодезия земельного участка служат электронные тахеометры и спутниковое GPS-оборудование. Для сокращения времени выполнения работ и облегчения обработки материалов, повышения производительности работ проводится предварительное кодирование объектов съемки на земельном участке. Для подземных инженерных сетей ведется применяются специальные приборы съемки - высокочувствительные трассоискатели с локатором и цифровой обработкой сигнала.

2. Общие вопросы по геодезии

2.1 История геодезии

История геодезии ведет сой счет от глубокой древности. Еще до нашей эры Древнем Египте и Китае имелось люди знали о методах, позволяющих измерять земельные участки достаточно точно. Это было насущной необходимостью, поскольку земля составляла в этих странах основную производственную ценность. Методы измерения земли были усовершенствованы в Древней Греции, развитие геометрии и математики дало им надлежащее теоретическое, да и сама геометрия развивалась, благодаря тому, что требования по геодезии земли неуклонно росли. Таким образом, наука геодезия складывалась и развивалась тысячелетиями. Основы современных методов геодезии начали закладываться с 17 века. Этому способствовал технический прогресс, изобретение новых приборов, нашедших широкое применение в геодезии. В этот период оптиками была изобретена зрительная труба, которая дала возможность четкого изображения деталей местности на больших расстояниях. На её основе был создан прообраз современного теодолита с прибором для точного измерения углов. На такое изобретение конструкторов натолкнули математики и геометры 17 века, которые разработали теоретические основы метода триангуляции, в дальнейшем он совершенствовался как метод определения опорных геодезических пунктов, что позволило проводить точную геодезию земельных участков. Теодолит сочетал преимущества зрительной трубы не только с горизонтальным, но и с вертикальным угломерами (это дало возможность вести учет разности высот на местности, вычислять трехмерную картину мира). Сюда же можно добавить появление барометра, который в геодезии используют для определения высоты точки земной поверхности. Усовершенствование поля зрения теодолита градуированной сеткой очень сильно повысило точность угловых замеров при проведении триангуляции. Только после этого, благодаря таким современным графическим методам геодезической съёмки, были составлены точные топографические карты. В последние десятилетия в историю геодезии внесли свои строки открытие тонкого взаимодействия сил тяготения и гравитации. Это дало возможность определения широты местности по изменению частоты колебаний маятника и отсчета времени. Произведено точное построение формы Земли, как геоида или шара, сплюснутого в направлении полюсов. От этого картография стала более точной от поправок на изменения кривизны земной поверхности в зависимости от географических координат местности.

2.2 Современное развитие прикладной геодезии

Прикладная геодезия представляет собой научно-прикладную инженерную дисциплину, которая занята изучением методов геодезического обеспечения для разработки проектов строительных работ, для эксплуатации разнообразных инженерных сооружений, для изучения, освоения и охраны природных ресурсов. Это практическое применение достижений в геодезии земли для экономики страны. Объектом исследования прикладной геодезии являются физические объекты на поверхности и под землёй независимо от их происхождения, различные территориальные и административные образования для их практического территориального деления. Все геодезические работы в прикладной геодезии направлены в практическое русло по обеспечению строительства и дальнейшей надежной эксплуатации строительных объектов и инженерных сооружений. Методами современной геодезии земельных участков возможен вынос в натуру основных осей зданий с точностью порядка 1 мм. Также производится сопровождение строительных работ с оформлением исполнительной документации, точные наблюдения за деформациями при помощи специальных приборов и методик, фасадные съемки в трех измерениях.

Для выполнения геодезических работ, где требуется индивидуальный подход, геодезическая прикладная наука находит новые решения и методы. Это совершенствование методов измерений, появление, наряду с наземными, еще и спутниковых методов определениям контуров и расстояний на местности, что делает геодезию земельных участков намного более быстрой и точной. При таких методах результат определения координат и расстояний на местности делается в виде электронной цифровой компьютерной карты, что, в свою очередь, дает новые качественные и количественные источники информации для общей геодезии земли. Прикладная геодезия активно способствует работе и совершенствованию географических информационных систем для мониторинга и создания теоретической модели географического пространства и трехмерных электронных моделей местности. Технические возможности неуклонно расширяются и совершенствуются, а работа геодезистов значительно облегчается.

2.3 Развитие геодезии в России

Первым руководителем геодезического проекта в России стал в 11 веке князь Глеб Тьмутараканский, ему было нужно измерить ширину Керченского пролива от Керчи до Тамани. Сделано это было с успехом и довольно точно. Начало русской картографии тоже ведет отсчет от 11 века, когда была сделана первая карта всей Киевской Руси. Большое централизованное государство таким образом обозначило свои владения. Огромный вклад в искусство геодезии был внесен во времена правления Петра Первого, тогда значительно усовершенствовались способы составления карт, была проведена геодезия огромного количества земельных участков и разработана система масштабирования. Не обошел своим вниманием геодезию и М.В. Ломоносова, который в 1743 году курировал издание первого "Атласа Российской империи". При Екатерине II открывается специальное учебное заведение по геодезии - императорское межевое училище. После Отечественной войны 1812 года выявилось очень плохое обеспечение в России географическими картами, вот потому в 1822 г. учреждается Корпус военных топографов, которые и выполняли в дальнейшем большую часть геодезических работ в России. Стоит вспомнить и великих землепроходцев и мореплавателей, которые внесли неоценимый вклад в геодезическую науку – Беринга, Белингсгаузена, Чирикова. Особо следует выделить Ф. Н. Красовского, под началом которого группой геодезистов были получены совершенно новые параметрические данные Земли. В 20-м веке в России были проведены первые работы по геодезии земельных участков с помощью аэрофотосъемки. Далее в строительстве и проектировании стала широко применяться прикладная геодезия с её специальными методами работы. Огромные территории России и масштабные стройки 20 века (строительство Турксиба, Транссиба, КВЖД) дали новый толчок в деле геодезии земли, которая идет и в наши дни.

2.4 Геодезические методы съемки

По способам проведения работ на местности существует несколько методов геодезической съемки, которые включают в себя, как, широко известные и применяемые давно, методы триангуляции и полигонометрии, так и новейший метод трилатерации. Все они в равной мере решают свой круг задач и могут применяться в комплексе, от выбора метода съемки зависит в большой мере точность и качество измерений, которые впоследствии дают гарантию правильного выполнения проекта строительства или топографического плана, карты.

При широкомасштабной геодезии земли применяется метод триангуляции, когда на местности выделяют группы из трех точек, которые в совокупности образуют систему смежных треугольников, где по размерам одной базисной стороны и углам из третьей точки на её концы вычисляются по геометрическим соотношениям величины двух других сторон и так далее. По данным измерений строится плановая плоскость в масштабе, которая содержит множество точек триангуляции. Таким же образом ведется измерение высот по разнице угломерного отклонения от базисной высоты. Сущность съемки по методу полигонометрии составляет способ построения некоторого количества ломаных линий, называемых полигонометрическими ходами. Точками поворота обычно служат пункты триангуляции, а по каждому полигонометрическому ходу проводятся тщательные измерения всех углов поворота и длин сторон, к ним прилегающих. Таким образом, внутри каждого большого треугольника (от триангуляции) идет более точное измерение малых расстояний и нанесение полигономерических точек.

Совсем недавно громко заявил о себе метод трилатерации, как самый точный и самый современный метод проведения геодезии земельного участка. Благодаря применению лазерных и радиоволновых дальномеров измеряются любые расстояния и составляются очень точные и подробные геодезические планы и проекты для строительства.

2.5 Сеть высотных и плановых опорных пунктов.

Геодезическая сеть в целом представляет собой систему базисных точек (по-другому опорных пунктов) земной поверхности. Их положение точно определено и зафиксировано в принятой системе геодезических координат. Геодезические сети подразделяются на плановые и высотные, которые и составляют как государственную геодезическую сеть, так и геодезическую сеть сгущения или съемочную геодезическую сеть. Сеть высотных опорных пунктов для геодезии земли разбивается и наносится способами геометрического (тригонометрического) нивелирования с определением превышений при установке нивелира внутри площади, ограниченной несколькими градуированными рейками в выбранных заранее точках. По результатам визирования проводится отсчет на рейках в точках, далее, по разности значений определяется разность высот точек визирования в данном земельном участке. Для сети высотных опорных пунктов важно определить высотные отметки как можно большей совокупности реальных точек на местности и их относительных высот (превышений). При использовании геометрического нивелирования ось его зрительной трубы устанавливается строго горизонтально при помощи водяного уровня или компенсаторной призмы. Кроме такого способа, есть и другой, где можно обойтись без нивелирных реек. Используется метод угловых тригонометрических измерений, где разность высот находится путем измерения вертикальных углов к горизонту или к зениту при помощи теодолита с точным измерением расстояний между точками. Это способ тригонометрического нивелирования, он применяется для геодезии земельного участка на пересеченной местности с оврагами и реками, где обычное геометрическое нивелирование провести сложно. Расстояния в этом случае определяются дальномерами, однако вертикальные углы не дают необходимой точности измерения из-за рефракции в атмосфере.

Чтобы сделать сеть плановых опорных пунктов применяют способ определения вектора, углов и расстояния между опорными и промежуточными пунктами посредством работы с теодолитом, измеряющего горизонтальные и вертикальные углы. Горизонт теодолита выравнивается специальным цилиндрическим уровнем, в этом случае вертикальный градуированный круг располагается строго перпендикулярно к горизонтальной плоскости. Для замера расстояний на местности сейчас пользуются лазерными или радио- дальномерами, которые фиксируют время возврата электромагнитной волны между точками размещения теодолита и отражателя. В работе по геодезии земельных участков существуют формулы определения расстояний, как произведения времени прохождения на скорость электромагнитной волны в воздушной среде с учетом эмпирических поправок на конкретные условия на местности. Теодолит и электронный дальномер сделаны в виде интегрального прибора с возможностью электронного считывания показаний при автоматической коррекции погрешностей измерений, соответственно настройкам. Главный базовый метод построения сети плановых опорных пунктов - это метод триангуляции или системы смежных треугольников с измеренными углами и базисными сторонами. Для уточнения измерений применяют метод лазерной трилатерации или метод полигонометрии с последовательным измерением углов и длин каждого отрезка ломаной линии между опорными пунктами. При составлении схем и карт без построения сети плановых опорных пунктов обойтись невозможно.

2.6 Определение положения точек и системы координат.

Определять положения геодезических точек можно самым различным образом, но основных методов два - с помощью инерциальной системы и с помощью спутников. При первом способе измерительные приборы устанавливаются на специальной гиростабильной платформе с одним положением в пространстве. Гироскоп компенсирует изменение направления при движении. Вообще, при инерциальном методе используют целую систему гироскопов и акселерометров с ориентировкой по горизонтальной и вертикальной осям, акселерометры определяют ускорение носителя в пространстве и помогают в расчете относительной скорости системы и относительного положения по всем трем координатным осям. Инерциальная система перемещается при геодезии земельного участка при помощи наземного или воздушного транспорта (вертолета), калибровка и устранение систематических погрешностей (учет действия ускорения силы тяжести в разных частях земли) проводятся постоянно. Погрешность в определении плановых координат составляет ±50-53 см на 100 км расстояния, по вертикали - от 65 до 70 см. Такой способ геодезии земли довольно сложный и трудоемкий.

Но после появления искусственных спутников Земли методы геодезии значительно повысили свою точность. Спутниковая навигация и снизила погрешности в определении положения опорных точек. Сам спутник может синхронно наблюдать сразу несколько станций наземного контроля и точно определить их взаиморасположение. Спутник выполняет роль отражателя лазерного луча с наземной станции или роль передатчика радиосигнала. При визуальном наблюдении с земли можно фотографировать вспышки прожектора на спутнике ночью. Это делается одновременно с нескольких наземных точек, по расположению спутника на фотографии на фоне звезд можно определить точное направление на него со всех станций наблюдения. При самой простой геодезии земельных участков применяются спутниковые системы GPS, они дают положение объекта быстро и точно и с привязкой по координатам к ближайшему опорному пункту делается точный план земельного участка. Для этого имеется математический аппарат расчета по времени, которое нужно электромагнитному сигналу на прохождение расстояний от спутника до станций приема с поправками на атмосферную задержку и рефракцию. Это работает по принципу интерферометрии - электромагнитный импульс принимается на двух станциях и считается время его запаздывания в одном месте по отношению к другому. Величина этой задержки и дает исходные условия для расчета расстояния между двумя точками. Абсолютное положение объекта и расстояний до него от других пунктов нужно не менее трех спутников на различных орбитах. Для поиска разницы в точности определения времени иногда используют еще и четвертый спутник, чтобы найти погрешности часов на борту навигационных космических аппаратов и наземной станции.

Вся геодезия основана на использовании определенной системы координат, которых несколько: географические, геодезические, прямоугольные и полярные. Географическая система едина для всех точек земли, за уравенную поверхность принимается поверхность земной сферы, плоскость экватора и нулевого меридиана – точки отсчета, любая точка определяется координатой широты и долготы. Единица измерения – угловая мера. Геодезическая система координат применяется в высшей геодезии, базовая поверхность у неё эллипсоид. Положение точек определяется геодезической широтой и долготой. Широта и долгота вычисляются также, как и на географической системе координат. Геодезические координаты берутся по измерениям на месте, которые проецируются на поверхность эллипсоида. Система плоских прямоугольных координат это карточная сетка квадратов, перенесенная со сферы на плоскость методом картографической проекции, которая убирает искажение углов и сохраняет подобие изображаемого контура. По таким равноугольным цилиндрическим проекциям делают топографические карты по системе Гаусса. Полярная система координат реже берется при геодезии земельного участка, началом отсчета в ней служит полярная ось и полюс, как точка на ней. Все системы координат можно привязать к Северному полюсу и нулевому меридиану, таким образом, положено начало международной координатной системы.