Анализ, совершенствование и разработка современных методов создания крупномасштабных топографических планов застроенных территорий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат технических наук Лобанов, Александр Анатольевич

• Лобанов, Александр Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лобанов, Александр Анатольевич

Введение.

1 Анализ существующих методов создания крупномасштабных топографических планов.

1.1 Стереотопографический метод съемки.

1.2 Лазерная локация.

1.3 Наземная фототеодолитная съемка.

1.4 Наземное 3D лазерное сканирование.

1.5 Мензульная съемка.

1.6 Тахеометрическая съемка.

1.7 Горизонтальная съемка застроенных территории.

1.8 Современная технология выполнения тахеометрической съемки.

I 2 Анализ программного обеспечения для работы с графическими данными в топографии.

2.1 AutoCAD.

2 2 MicroStation.

2.3 Maplnfo.

2.4 Credo.

2.5 Easy Trace.

2.6 Rainbow.

3 Анализ нормативно-технической документации регламентирующей, производство крупномасштабных топографических съемок.

3.1 Анализ инструкции по топографической съемке в масштабе 1:5000,1:2000,1:1000 и 1:500.

3.2 СП 11-104-97 "Инженерно-геодезические изыскания для строительства". ^^

3.3 Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ф ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

4 Расчет точности топографической съемки масштаба 1:200.

4.1 Актуальность понятий "масштаб" и "графическая точность" цифрового топографического плана.

4.2 Анализ нормативно-технической документации на предмет регламентирования съемки масштаба 1:200.

4.3 Расчет требуемой точности съемочного обоснования, создаваемого для топографических съемок застроенных территорий масштаба 1:200.

4.4 Расчет точности линейных измерений.

4.5 Расчет точность угловых измерений.

4.6 Контроль полученного решения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ, совершенствование и разработка современных методов создания крупномасштабных топографических планов застроенных территорий»

Модели местности в виде различных планов и карт вот уже несколько тысячелетий имеют исключительно важное значение в жизни людей. Теперь, с помощью спутниковых технологий, мы имеем возможность получать карты даже тех уголков нашей планеты, где никогда не ступала нога человека.

Однако, пожалуй, особо важное значение для повседневной деятельности человека имеют топографические планы застроенных территорий. Проектирование и строительство, а также реконструкция в городах невозможны без выполнения крупномасштабных топографических съемок.

В городах постоянно расширяются водопроводные, канализационные, теплофикационные и электрические сети. Строится большое количество зданий социально бытового и культурного назначения, причем форма этих зданий в последнее время ограничивается лишь фантазией архитекторов. Все эти работы требуют специальных геодезических съемок.

Топографические планы необходимы на каждом этапе проектирования и строительства любых инженерных сооружений, включая обновление топографического материала на данный район с целью нанесения вновь построенных зданий и сооружений, а также информации о новых подземных коммуникациях.

В зависимости от назначения топографические планы подразделяются на основные и специализированные.

Основные крупномасштабные планы составляются в полном соответствии с инструкцией по топографическим съемкам в крупных масштабах, с изображением всех контуров и объектов местности, в соответствии с действующими Условными знаками.

Специализированные топографические планы выполняются для технологической характеристики отдельных видов коммуникаций и сооружений. На них применяются свои дополнительные условные знаки, съемка производится с учетом технических требований ведомственных инструкций и наставлений по топографо-геодезическим работам, строительных норм и правил (СНиП) и других нормативных документов.

Каждый вид специализированных съемок для целей конкретного заказчика имеет свои особенности. Поэтому для определения требований, в первую очередь, необходимо выявить основных потребителей крупномасштабных топографических планов застроенных территорий. Проследим основных потребителей топографической информации в крупных городах, например, Москве. Съемку территории с нанесением на план подземных коммуникаций в Москве выполняет ГУЛ Мосгоргеотрест. Основными его заказчиками являются:

ГУЛ "Мосжелдорпроекг", который выполняет проектирование под строительство подъездных железнодорожных путей.

МГУП "Мосводоканал", в частности управление "Антикор", выполняющее проектирование электрозащиты от коррозии водопроводных сетей.

МосжилНИИпроект, для которого Мосгоргеотрест выполняет съемку под генпланы проектируемых жилых зданий.

Моспроект, который занимается проектированием зданий и сооружений.

ГУЛ ГлавАПУ Москомархитекгура заказывает съемку для последующего благоустройства дворовых территорий.

Кроме таких крупных организаций заказчиками Мосгоргеотреста являются:

ГУЛ Дирекция единого заказчика различных районов города, которые заказывают, в основном, съемку для благоустройства дворовых территорий.

ОАО "Теплосети" филиал ОАО "Мосэнерго" заказывает съемку под проектирование и прокладку теплосетей.

ООО "Каналстрой", занимающееся строительством канализаций.

А также различные организации, занимающиеся строительством жилых и нежилых зданий и сооружений.

Таким образом, подавляющее большинство заказов крупномасштабных топографических съемок выполняется для целей проектирования и строительства различных промышленных, транспортных, жилых сооружений и зданий, различных коммуникаций (канализация, электросети, водопровод и т.п.)

Сегодня этим потребителям особенно необходима высокая точность, поэтому в крупных городах-мегаполисах Москве, Санкт-Петербурге и подобных, заказчикам, как правило, требуются планы масштаба 1:500, а в последнее время возросло число заказов и на съемку масштаба 1:200.

На данный момент съемки масштаба 1:500 регламентируются инструкцией [1] 1982 года. На момент написания этого документа не существовало таких средств измерения, как GPS, лазерные сканеры наземного и авиационного базирования, а также современные электронные тахеометры. А съемки масштаба 1:200 и вовсе не регламентируется, о чем будет сказано далее.

Поэтому возникает необходимость:

- рассмотреть существующие методы создания крупномасштабных топографических планов застроенных территорий с использованием современных электронных приборов и средства обработки результатов измерений, т.к. обработка измерений с помощью специального программного обеспечения (ПО) является неотъемлемой частью процесса создания цифровой модели местности (ЦММ).

- Выделив из общего числа наиболее перспективные методы, подвергнуть анализу требования основных нормативных документов, предъявляемые к ним. А также произвести расчеты с целью определения возможности изменения требований при использовании современных приборов. Это дает возможность усовершенствования процесса топографических съемок масштаба 1:500.

- Определить требуемую точность построения съемочного обоснования и требований к точности съемки масштаба 1:200. В соответствии с этими задачами и построено содержание диссертации.

- В первой главе рассмотрены существующие методы крупномасштабных топографических съемок, перспективы развития этих методов с использованием современных и инновационных приборов. На основании проведенного анализа очевидно, что наиболее подходящим для создания крупномасштабных топографических планов застроенных территорий является тахеометрия. Подробно описан этот (тахеометрический) метод съемки с использованием электронных тахеометров и других современных приборов как наиболее маневренный, оперативный и экономически эффективный при съемке застроенных территорий;

Во второй главе рассмотрено программное обеспечение для работы с. графическими данными в топографии как неотъемлемая часть процесса создания современных топографических планов в цифровом виде.

- В третьей главе производится анализ нормативно-технической документации по крупномасштабным топографическим съемкам, в частности, те пункты, которые регламентируют тахеометрический метод. Рассматривается возможность изменения требований инструкции при. использовании современных приборов, производятся соответствующие расчеты, подтверждающие такую возможность. Все это направлено на совершенствование процесса крупномасштабных топографических съемок застроенных территорий.

В четвертой главе ставится вопрос о точности создания топографических планов застроенных территорий масштаба 1:200. На основе выполненного ранее анализа показывается, что съемки масштаба 1:200 не регламентируются в нормативной документации. Производится расчет требуемой точности выполнения съемки масштаба 1:200, исходя из полученных величин, выполняется расчет точности построения съемочного обоснования. Затем по другим, специально выведенным, формулам производится проверка полученных ранее результатов, характеризующих точность построения съемочного обоснования. Производятся вычисления требуемой точности определения длин линий и углов в ходах съемочного обоснования.

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Лобанов, Александр Анатольевич

Основные результаты выполненной работы можно сформулировать в виде следующих положений:

• Выполнен анализ традиционных и инновационных методов создания топографических планов застроенных территорий. По результатам проведенного анализа даются следующие рекомендации: на застроенных территориях наиболее предпочтительными являются тахеометрическая съемка, а также горизонтальная как дополнение к тахеометрической, как наиболее оперативный, маневренный и экономически эффективный метод крупномасштабной топографической съемки. Работы могут выполняться в любое время года, практически не зависят от времени суток и погодных условий. Метод обладает достаточной подробностью и точностью. При использовании современных электронных тахеометров, спутниковых геодезических приемников и других современных приборов теоретически достижима точность обеспечивающая съемку масштаба 1:200. Подробно рассмотрен метод тахеометрической съемки с использованием современных приборов и технологий.

• Рассмотрено специальное программное обеспечение как неотъемлемая часть современных методов создания топографических планов в цифровом виде.

Из анализа сделаны следующие выводы:

- Для обработки результатов полевых измерений должны использоваться специализированные программы типа Trimble Geo Office - фирма Trimble, LISCAD - фирма Leica, либо Credo белорусской Кредо-Диалог, последняя программа так же может использоваться и для обработки измерений полученных традиционными оптическими приборами.

- Для создания цифровой модели местности (при наличии специальных приложений) и редактирования рекомендуется использовать MicroStation или AutoCAD. С помощью MicroStation возможна обработка больших объемов данных, поэтому MicroStation предпочтительнее для оформления крупномасштабных планов застроенных территорий больших городов. Об этом свидетельствует опыт использования этой программы в ГУЛ Мосгоргеотрест, ГУЛ Мособлгеотрест, ГУЛ Московское аэрогеодезическое предприятие №7 и др.

- Maplnfo программа предпочтительна для ведения земельного кадастра. При помощи дополнительных утилит возможна обработка результатов геодезических измерений, построение цифровой модели местности (ЦММ) и ведение земельного кадастра. Программа используется для ведения земельного кадастра многих районов Московской области, в том числе городов и поселков.

- Программа Easy Trace - рекомендуется для векторизации растровых оригиналов топографических планов - популярного в настоящее время метода создания ЦММ.

• Выполнен анализ существующих нормативных документов, определяющих проведение крупномасштабных топографических съемок. Анализ показал, что сегодня крупномасштабные топографические съемки застроенных территорий регламентируются, в основном, устаревшими инструкциями, которые не учитывают возможностей современных приборов. Точное выполнение требовании этих инструкций [1,12] не позволяет экономически эффективно использовать потенциал электронных тахеометров, GPS оборудования и т.д. Вновь созданные инструкции [13] по большей части копируют предыдущие, не содержат многих очень важных требований и рекомендаций, что уменьшает их ценность.

- Предлагается при условии использования современных электронных тахеометров изменить требования, такие как: а. Использовать тригонометрическое нивелирование для создания высотного обоснования съемки равнинной местности, поскольку из расчетов следует, что электронные тахеометры обеспечивают точность, соответствующую точности технического нивелирования. б. Допуск на увеличение привязочных сторон хода изменить в сторону увеличения не на 30%, а на 60%. Возможность этого подтверждается соответствующими расчетами. в. Рекомендуется увеличить предельное расстояние от прибора до пикетной точки. При использовании электронного тахеометра это возможно и, исходя из выполненных расчетов, расстояние может быть увеличено до 230 метров, вместо 60, при тахеометрической съемки для составления планов масштаба 1:500. г. Предлагается увеличить предельно допустимые длины ходов съемочного обоснования до 2 км, а число сторон до 10-12, а также допуски на проложение висячих ходов при съемке застроенных территорий и довести их длину до 400 метров, а количество сторон до 4, что, с одной стороны, оправдано использованием электронных тахеометров, а, с другой стороны, практически исчерпывает потребности топографических съемок застроенных территорий. Такая возможность подтверждена соответствующими расчетами.

Целесообразно принять эти пункты, как добавления, и руководствоваться ими при использовании современных электронных тахеометров, поскольку при обеспечении необходимой точности существенно повышается эффективность производства работ.

Анализ нормативно-технической документации показал, что в настоящее время съемки масштаба 1:200 не регламентируются. — Из ранее проведенного анализа методов топографических съемок было определено, что наиболее подходящим методом является тахеометрическая съемка. Поэтому для этого вида съемки была разработана методика, позволяющая решить задачу определения требований к точности топографической съемки масштаба 1:200, а также точности построения съемочного обоснования для этих целей.

- Определены требования к точности выполнения линейных и угловых измерений при проложении ходов съемочного обоснования, основанные на соответствующих расчетах.

- Для контроля полученных значений выведены формулы, учитывающие геометрический фактор и позволяющие дифференцировано получать допустимые ошибки линейных и угловых измерений.

- Разработаны требования к производству топографических съемок застроенных территорий масштаба 1:200, которые могут быть использованы для создания соответствующей нормативно-технической документации.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лобанов, Александр Анатольевич, 2005 год

1. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500. М., Недра, 1985

2. Лебедев H.H. Курс инженерной геодезии. М., Недра, 1979

3. Медведев Е.М. Цикл статей под общим названием: "Лазерный сканер не роскошь, а средство дистанционного зондирования". Геопрофи №4, 5, 6. 2003 и №1,2004, М., издательство "Проспект"

4. Медведев Е.М. Цикл статей под общим названием: "В поисках "Истинной Земли". Геопрофи №3, 4. 2004, М., издательство "Проспект"

5. Коева М.Н., Петрова В.П., Жечев Д.В., Возможности неметрических камер в наземной фотограмметрии. Геопрофи №3. 2003, М., издательство "Проспект"

6. Дружинин М.Ю. CYCLONE—Программный комплекс для обработки данных наземного лазерного сканирования. Геопрофи №2. 2003, М., издательство "Проспект"

7. Release Notes to Map500 version 2.6. Trimble Navigation Limited 7403 Church'Ranch Blvd • Suite 100 Westminster, CO 80021 • USA. 2005.

8. Release Notes to Trimble Recon. Trimble Navigation Limited 7403 Church Ranch Blvd • Suite 100 Westminster, CO 80021 • USA. 2005.

9. Михелев Д.Ш. Лобанов A.A. Анализ современных методов создания крупномасштабных топографических планов застроенных территорий. Известия высших учебных заведений. Геодезия и Аэрофотосъемка, №6 2002, М. МИИГАиК.

10. Ю.Михелев Ю.Д., Лобанов A.A. Анализ возможностей программного обеспечения для работы с графическими данными. Геопрофи №4. 2003, М., издательство "Проспект"

11. И.Лобанов A.A. Оценка точности цифровых топографических планов, полученных путем векторизации. Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. №5,2005, М. МИИГАиК.12.СНиП СП 11-104-97

12. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. М., ЦНИИГАиК, 2002

13. Лебедев H. Н. Инженерная геодезия. Часть V. Геодезические работы при планировке и строительстве городов. М., Геодезиздат, 1960.

14. Лебедев H. Н. Особенности выполнения геодезических работ на городских территориях. М., Геодезиздат, 1958.

15. Чеботарев A.C. Способ наименьших квадратов с основами теории вероятностей. М., Геодезиздат, 1958.

16. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия. М., Недра, 1981

17. Неумывакин Ю.К., Халугин Е.И. Кузнецов П.Н. и др. Топографические съемки. М., Недра, 1991

18. Кучко A.C. Аэрофотография. М., Недра, 1974

19. САПР и графика. Специальный выпуск. М., Компьютер пресс, 1998

20. САПР и графика. Специальный выпуск. М., Компьютер пресс, 199922. "Гео-бюллетень", №4 М., "Райт", 1999

21. Guenter W. Hein, Jeremie Godet, Jean-Luc Issler и др. The GALILEO Frequency Structure and Signal Design., European Commission, Brussels, 2001

22. Прудников B.B. О создании цифровых планов масштаба 1:500. Геодезия и картография, №12 М, 2001

23. Справочник геодезиста. М., Недра, 1966

24. Вахрамеев Л.А. Картография. М., Недра, 1981

25. Инструкция по топографо-геодезическим работам для городского, поселкового и промышленного строительства. СН 212-62. М., Госстройиздат, 1962

26. Коськов Б.И. Справочное руководство по съемке городов. М., Недра, 1968

27. Кулешов Д.А., Стрельников Г.Е., Рязанцев Г.Е. Инжененрная геодезия. М., Картгеоцентр-геодезиздат, 1996

28. Левчук Г.П., Новак В.Е., Лебедев Н.Н. Прикладная геодезия. М., Недра, 1983

29. Неумывакин Ю.К. Практическое руководство по геодезии для архитектурной службы района. М., Недра, 1979

30. Неумывакин Ю.К., Перский М.И. Геодезическое обеспечение землеустроительных и кадастровых работ. М., Картгеоцентр-геодезиздат, 1996

31. Правила по технике безопасности на топографо-геодезических работах. М., Недра, 1969 и 1973

32. Руководство по топографическим съемкам в мастабах 1:5000,1:2000, 1:1000 и 1:500. Плановые сети. М., Недра, 1976

33. Руководство по топографическим съемкам в мастабах 1:5000,1:2000, 1:1000 и 1:500. Высотные сети. М., Недра, 1976

34. Зб.Чижмаков А.Ф., Чижмакова А.М. Геодезия. М., Недра, 1977

35. R. W. King, E. G. Masters, C. Rizos, A. Stolz, J. Collins. Surveyng with Global Positioning System (GPS) Ferd. Dummer Verlag, Bonn, 1987, 128pp.

36. S.A. Logan, F.J. Leahy, A, Kealy. Integration of GPS carrier phase and other measurements for kinematic mapping. Springer-Verlag Journal of Geodesy (2003) 76: 543-556

37. Raymond A. Eastwood. An Integrated GPS/Glonass receiver. Navigation.-1990.-N 2. P 141-151.

38. Schaefers N. A. RTK GPS Put to Practice. Challenging the Total station GIM (Geomatics Info Magazine).-February 1996.-N2, Vol. 10.- P. 65-68bn.