Проектирование системы наземных наблюдений при мониторинге земель

Для согласования размерностей в формулах (13 и 14) заданная точность положения пункта должна быть в сантиметрах. В этом случае размерность mb будет в секундах, а размерность mS в сантиметрах. Следовательно, для рассматриваемого варианта необходимая точность угловых измерений составляет mb = 7.4", а линейных  mS = 7.4см.

Отметим, что в данном варианте целесообразно повторить априорную оценку точности проекта геодезической сети установив значение коэффициента К в формуле (11) равным 9. Для повторения расчета необходимо в меню войти во второй режим - корректировка базы данных и в предварительной информации задать mb = 1" и mS = 0.3см.

Необходимая точность измеренных превышений в запроектированной сети геометрического нивелирования вычисляется исходя из заданной СКО высотного положения наиболее слабого репера mH0=2cm. Для высотной геодезической сети этот расчет может быть выполнен по формулам (18).

 где при условии  вычисления весов по формуле (10), m - средняя квадратическая ошибка единицы веса, которая соответствует СКО измеренного превышения на 1 км хода, mHo – заданная средняя квадратическая ошибка определения отметки репера в наиболее слабом месте сети (размерность в данном варианте значения не имеет), QHmax – максимальный диагональный элемент матрицы весовых коэффициентов.

Таким образом, в запроектированной нивелирной геодезической сети превышения необходимо измерять с точностью не грубее 20мм на 1км хода.

3. Выбор приборов  и методики выполнения геодезических измерений

3.1. Выбор приборов и методики  выполнения угловых измерений

Используя предвычисленное значение необходимой точности угловых измерений (mb), следует определить какому классу Государственной геодезической сети соответствует запроектированное геодезическое построение, предназначенное для наблюдения за движением оползня, а, затем, исходя из требований нормативной литературы  /8/, установить методику, допуски и контроли при выполнении угловых измерений (см.таблицу 2).

 

 

 

Таблица 2

Нормативные требования к построению Государственных геодезических сетей

Тип сети	Класс точности сети	mb(сек.)	Тип теодолита	Число приемов
ОГС	2	1.0	T1, OT – 02	12
	3	1.5	T1, OT – 02	9
	4	2.0	T2, Theo – 010A	9
ГСС	4	3.0	T2, Theo – 010A	6
	1 разр.	5.0	T2, Theo – 010A T5, Theo - 020	2 3
	2 разр.	10.0	T2, Theo – 010A T5, Theo - 020	2 2

В результате выполнения априорной оценки точности проекта получено, что необходимая точность измерения углов должна составлять mb = 7.4", следовательно, угловые измерения в геодезической сети необходимо выполнять по программе полигонометрии 1 разряда, теодолитом типа Т2 со средней квадратической ошибкой mbн = 5”.0. Отметим, что проект считается тем лучше, чем ниже требуемый класс Государственной геодезической сети.

3.2 Выбор приборов и методики  выполнения линейных измерений

Используя предвычисленное значение необходимой точности линейных измерений (mS), и длины сторон запроектированной сети, необходимо выбрать дальномер в соответствии с данными, приведенными в табл. 3.

Таблица 3

Паспортные данные современных электронных тахеометров

№ п/п	Марка тахеометра	Страна-изготовитель	Точность измерения линий (мм+мм/км)	Точность измерения углов’’	Максимальная длина линии (м)
1	Geodetimeter System 608 M	Швеция	3 + 3	5	1800
2	Nikon DTM - 720	Япония	3 + 3	5	2000
3	ТС 600 Е	Россия	3 + 3	5	1100
4	ТА3М	Россия	5 + 3	5	2500

Для запроектированной сети рекомендуется электронный тахеометр Та-3М с дальностью действия до 2500м. Отметим при этом, что вычисленная необходимая точность линейных измерений намного грубее паспортных данных применяемого тахеометра. Это еще раз доказывает целесообразность повторения расчета точности, когда возможно за счет высокой точности линейных измерений снизить необходимую точность угловых измерений.

3.3. Выбор способа центрирования  геодезических приборов

В государственных геодезических сетях длины сторон удовлетворяют требованиям нормативных документов  /8,11/. Например, для сети триангуляции 4 класса 2км £ S £ 5км. В специальных  геодезических построениях, соответствующих по точности государственным сетям, длины сторон могут быть значительно короче. Поэтому в этом случае необходимо предвычислить необходимую среднюю квадратическую ошибку центрирования  геодезических приборов (mц), которая не должна оказывать влияния на точность угловых (mbн) и линейных (mSн) измерений и исходя из этого выбрать соответствующие средства для центрирования геодезических приборов. Предвычисление точности рекомендуется выполнять по следующим приближенным формулам /14/:

         (19)

Следовательно, центрирование угломерных приборов необходимо выполнять с точностью не грубее 5.6мм, а приборов для линейных измерений – 3.3мм. На основании выполненных расчетов соответствующие приборы целесообразно следует выбрать на основании  данных, приведенных в таблице  4.

Таблица 4

Характеристика средств для центрирования геодезических приборов

№	Способ центрирования	Точность центрирования (мм)
1	Принудительный	0.1-0.2
2	Оптический	1
3	Нитяной отвес	10

На основании результатов предвычисления точности геодезические приборы необходимо центрировать оптическим центриром со средней квадратической ошибкой  mц = 1мм.

3.4 Выбор методики выполнения геометрического  нивелирования

По вычисленной средней квадратической ошибке превышения на 1км хода (формула (18)) выбирается класс геометрического нивелирования в соответствии с данными, приведенными в таблице 5.

Таблица 5

Характеристика точности Государственных сетей геометрического нивелирования

№ п/п	Класс точности нивелирной сети	m(мм)
1	1	1
2	2	2
3	3	5
4	4	10
5	техническое нивелирование	25

Очевидно, что построение нивелирной сети для наблюдения за движением оползня, необходимо выполнять по программе геометрического нивелирования 4 класса  со средней квадратической ошибкой измеренного превышения на 1км хода 10мм. Учитывая, что в результате предвычисления точности получена низкая типовая технология, выполненный проект следует признать хорошим.

4.  Вычисление ЗНАЧИМОСТИ  движения деформационного ЗНАКА

При математической обработке геодезической сети необходимо определить, является результат вычисления по формуле (1) движением деформационного пункта или эта величина Д вызвана влиянием только случайных ошибок измерений в двух циклах геодезических наблюдений. Для решения этой задачи рекомендуется следующий критерий, приведенный в работе /14/:

Д > Дmin,                                                                 (20)

где  Дmin – минимальное движение деформационного пункта, которое может быть обнаружено при математической обработке геодезической сети. Вычисление горизонтальной составляющей выполняется по формуле:

          ( 21 )

где t – статистический коэффициент, зависящий от доверительной вероятности оценивания значимости движения (P= 95% - t = 2; P= 99% - t = 2.5; P= 99.73% - t = 3), для нашего проекта рекомендуется t=2;

a - дирекционный угол движения деформационного знака, который априорно должен быть задан преподавателем (в нашем случае a=45°);

QX3, QY3 – весовые коэффициенты деформационного знака, которые соответствуют наиболее слабому пункту геодезической сети;

mДГ – точность определения движения в горизонтальной плоскости.

Следовательно, для нашего варианта, движение деформационного знака может считаться установленным (значимым) только в том случае, когда его плановая составляющая, полученная в результате математической обработки двух циклов геодезических наблюдений, превышает 4.6см.

Вычисление вертикальной составляющей Дminb следует выполнить по следующей формуле, полученной в работе /14/:

          (22)

где QH – максимальный диагональный элемент, соответствующий деформационному пункту, который наиболее грубо определяется в нивелирной сети.

Таким образом, при доверительной вероятности Р= 95% геодезическая сеть позволяет обнаружить движение в горизонтальной плоскости 6.6 см, а в вертикальной плоскости – 2.8см. В том случае, когда заказчика не устраивает полученное минимальное движение деформационного знака необходимо изменить нормативный допуск, который накладывается на положение наиболее слабого пункта, и выполнив заново априорную оценку точности  по формуле (22) получить новое значение минимального движения деформационного знака.

5. Определение интервала  времени между циклами геодезических  измерений

Анализируя результаты вычислений в разделе 4, следует заметить, что в том случае, когда будет произвольно установлен интервал времени между циклами геодезических наблюдений могут произойти следующие:

1. В результате задания маленького интервала времени Dt деформационный знак сместится на незначительное расстояние D, которое не удовлетворит критерию (20), не будет считаться значимым и, следовательно, второй цикл геодезических наблюдений будет выполнен напрасно.
2. В результате задания большого интервала времени Dt деформационный знак сместится на значительное расстояние D, которое не позволит заказчикам установить закономерности в поведении оползневого массива и отследить его траекторию.

Вычисление научно-обоснованного интервала времени ∆tГ  между циклами геодезических измерений в плановой геодезической сети рекомендуется выполнять в зависимости от скорости оползневого массива и точности вычисления координат деформационного знака. Вывод данной формулы приведен в работе /14/

                 (23)

где  V’Г – априорно заданная скорость движения в горизонтальной плоскости.

Вычисления интервала времени ∆tВ для нивелирной сети можно выполнить по формуле

          (24)

где  V’В – априорно заданная скорость движения оползня  в вертикальной плоскости.

В формулах (23) и (24) точность определения движения оползня в горизонтальной и вертикальной плоскости (mДг и mДв) следует задавать в см, а априорно заданную скорость (V’Г и V’В) – в см/сутки.

В результате вычислений установлено, что при скорости движения в горизонтальной и вертикальной плоскости соответственно 0.3 см/сутки и 0.2 см/сутки наблюдения в плановой сети следует повторять не чаще, чем через 38 дней, а в высотной сети – 21 дней.

6. Систематизация результатов  работы

В заключение лабораторно-практической работы необходимо систематизировать полученные результаты и представить их в следующем виде.

1. Схема плановой геодезической сети в масштабе 1:25000 с подписанными номерами пунктов и номерами запроектированных измеренных углов и длин линий.
2. Схема нивелирной геодезической сети в масштабе 1:25000 с подписанными номерами реперов, запроектированными измеренными превышениями и длинами секций.
3. Характеристика запроектированной плановой сети, которую целесообразно представить в таблице следующего вида.

Таблица 6

№№	Характеристики сети
1	Способ создания плановой сети	Триангуляция
2	Число измерений	n = 19
3	Число определяемых параметров	t = 10
4	Число избыточных измерений	r = n – t =9
5	Длины линий в плановой сети	Sср = 1.5 км Smax = 2.0 км Smin = 0.98 км
6	Периметр полигона	åS = 9.5 км
7	Рекомендуемые: тип теодолита, методика и точность измерения углов	Т2, измерение углов по программе 1 разряда, mbH = 5”
8	Рекомендуемая марка светодальномера, точность, дальность действия	Ta–3М, mSH = 0.5см, Smax = 2.5 км
9	Приборы для центрирования и их Точность	Оптический центрир, mЦ = 1мм
10	Слабый пункт в сети и его весовые коэффициенты	№3, QX3 = 0.2394, QY3 = 0.2126
11	Минимальное движение, которое может быть обнаружено при обработке плановой сети	Дmin г = 6.6 см
12	Интервал времени между циклами геодезических измерений в плановой сети	DtГ = 38 дней