Исследование и обоснование точности построения маркшейдерских опорных и съемочных сетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.16, кандидат технических наук Раева, Ольга Сергеевна

• Раева, Ольга Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Раева, Ольга Сергеевна

Введение

1. Состояние вопросов проектирования и анализа точности маркшейдерских сетей

1.1. Маркшейдерские опорные и съемочные сети

1.2. Линейно-угловые маркшейдерские сети

1.3. Применение геодезических засечек при создании маркшейдерских съемочных сетей

1.4. Определение высот пунктов маркшейдерских опорных и съемочных сетей

Выводы по главе

2. Анализ точности маркшейдерских линейно-угловых сетей

2.1. Обоснование точности линейных измерений

2.2. Анализ точности вытянутых теодолитных ходов

2.3. Сравнительный анализ точности криволинейных и прямолинейных полигонов

Выводы по главе

3. Анализ точности геодезических засечек

3.1. Общий подход к оценке точности геодезических засечек

3.2. Оценка точности обратной угловой засечки

3.3. Особенности уравнивания обратной геодезической засечки

3.4. Обобщенная формула оценки точности засечек 81 Выводы по главе

4. Анализ точности и проектирование высотных сетей

4.1. Накопление ошибок в высотных ходах при геометрическом нивелировании

4.2. Накопление ошибок в высотных ходах при тригонометрическом нивелировании

4.3. Точность спутниковых геодезических определений

4.4. Проектирование и уравнивание маркшейдерских сетей

4.5. Особенности уравнивания и оценка точности GPS-построений

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и обоснование точности построения маркшейдерских опорных и съемочных сетей»

Актуальность темы. При проектировании и создании маркшейдерских опорных и съемочных сетей маркшейдерская служба горного предприятия обязана соблюдать требования нормативных документов, прежде всего, Инструкции по производству маркшейдерских работ. Для этого производится оценка точности маркшейдерских работ, как на этапе проектирования сетей, так и после выполнения работ.

Из большого многообразия способов создания маркшейдерских сетей производственники и сторонние организации, привлекаемые для выполнения работ, отдают предпочтение ходам полигонометрии, геодезическим засечкам, геометрическому и тригонометрическому нивелированию. В последние годы все большее распространение получают электронно-оптические приборы - тахеометры, а также системы спутникового позиционирования.

Применение электронных тахеометров позволило внедрить способы создания маркшейдерских опорных и съемочных сетей на земной поверхности и в шахте, основанные на совместном измерении длин и углов, ранее не применявшиеся из-за трудоемкости. Нормативная база маркшейдерской службы обновляется редко и сегодня отстает и не отражает изменения, произошедшие в оснащенности предприятий современной измерительной техникой.

Существует множество способов оценки точности маркшейдерских сетей. Они основаны на строгом и приближенном уравнивании результатов измерений. Известны программные комплексы и отдельные программы, позволяющие выполнить уравнительные вычисления и оценить точность элементов сети. Но эти программы направлены на решение проблемы для конкретных сетей, разнообразие и количество которых велико. Необходимо разработать обобщенные способы оценки сетей различных видов, что позволило бы оперативно сравнивать их между собой и оптимизировать их проектирование.

Объектом исследования являются маркшейдерские опорные и съемочные сети.

Предмет исследования — закономерности, определяющие точность маркшейдерских сетей в зависимости от их геометрии и способа создания.

Цель работы — повышение эффективности проектирования и анализа точности маркшейдерских работ на основе обобщенных 3 способов оценки точности опорных и съемочных сетей, создаваемых на горных предприятиях с использованием современных маркшейдерско-геодезических приборов.

Идея работы заключается в использовании теории уравнительных вычислений для выполнения оценки точности планово-высотных сетей и получения обобщенных формул для различных видов сетей.

Основные задачи исследования:

1. Разработать методику обоснования необходимой точности построения маркшейдерских опорных и съемочных сетей с использованием современных электронно-оптических приборов и спутниковых систем позиционирования.

2. Обосновать необходимую точность линейных измерений в полигонометрических и теодолитных ходах, ходах тригонометрического нивелирования с помощью электронных тахеометров. Увязать требования к точности тригонометрического и геометрического нивелирования с требованиями к полигонометрическим ходам. Исследовать влияние геометрии ходов и различие в исходных данных на точность элементов хода.

3. Исследовать влияние геометрии различных видов засечек на ошибку положения определяемого пункта. Провести сравнительный анализ точности различных видов засечек. Выполнить анализ точности обратной угловой засечки при различных вариантах предварительного уравнивания измеренных направлений.

Методы исследований: анализ, обоснование, математическое моделирование, примеры решения задач и выводы; применение математического аппарата линейной алгебры при проведении уравнительных вычислений.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При проектировании полигонометрических ходов следует учитывать криволинейность хода и условия его несвободности. Ход можно считать вытянутым, если направления сторон хода отличаются от направления замыкающей не более чем на 30°, или если его длина превышает длину замыкающей не более чем на 10 %.

2. Все формулы для расчета ошибки положения пункта, определяемого с помощью засечки, можно выразить через коэффициент формы, учитывающий геометрию засечки и требуемую точность измерений.

3. Точность тригонометрического нивелирования, выполненного электронными тахеометрами, обеспечивающими требования, предъявляемые к полигонометрии 1 и 2 разрядов, сопоставима с точностью геометрического нивелирования IV класса и технического нивелирования, соответственно.

Научная новизна исследований:

1. Выполнен анализ точности вытянутых и равносторонних линейно-угловых ходов с применением теории блочных матриц. Исследовано влияние кривизны хода на точность положения последнего пункта.

2. Разработан обобщенный способ оценки точности различных видов геодезических засечек. Получены условия строгого уравнивания обратной угловой засечки по предварительно уравненным направлениям.

3. Разработана методика подбора инструментов (электронных тахеометров и нивелиров) при выполнении тригонометрического и геометрического нивелирования, соответственно, в зависимости от класса точности проектируемой высотной сети.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается высокой сходимостью результатов математического моделирования ходов с реальной точностью в полевых условиях.

Практическая значимость работы:

1. Установлена точность линейных измерений для различных разрядов полигонометрии и теодолитных ходов, обеспечивающая выполнение допустимых линейных невязок.

2. Получены результаты, упрощающие выбор способа создания опорных и съемочных сетей на этапе проектирования и последующего проведения оценки точности выполненных работ.

3. Обоснована точность линейных измерений электронными тахеометрами при выполнении измерений в линейно-угловых ходах и при тригонометрическом нивелировании, позволяющая сопоставить и подобрать соответствующие инструменты для проведения измерительных работ, с заданной точностью.

Личный вклад автора состоит:

- в анализе существующих способов уравнивания и возможности их применения для анализа точности маркшейдерских сетей;

- в разработке методики уравнивания с применением теории блочных матриц;

- в проведении и анализе результатов математического моделирования ходов различной протяженности и геометрии.

Реализация результатов работы. Основные результаты исследований внедрены при проектировании и реконструкции маркшейдерских опорных и съемочных сетей на горных предприятиях ОАО «Богдановичские огнеупоры», ОАО «Сафьяновская медь», ООО «Уралщебень». Результаты используются в учебном процессе в курсах «Маркшейдерия» и «Анализ точности маркшейдерских работ». Выводы по работе переданы в Союз маркшейдеров России и будут учтены при разработке новой редакции Инструкции по производству маркшейдерских работ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на Международной конференции «Неделя горняка - 2004», г. Москва, МГГУ; на Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела на Урале», г. Екатеринбург, 2005; на Международных научно-практических симпозиумах «Уральская горная школа - регионам» (г. Екатеринбург, 2008, 2009, 2010); на Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела», г. Екатеринбург, 2010.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 123 страницах и содержит 28 рисунков, 28 таблиц и список использованной литературы из 66 наименований.

Заключение диссертации по теме «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр», Раева, Ольга Сергеевна

Выводы по главе

В результате аналитических исследований и математического моделирования высотных ходов и вР8-сетей получены:

1. Законы накопления ошибок в ходах геометрического и тригонометрического нивелирования. Установлены значения погрешностей превышений, которые могут использоваться при проектировании ходов геометрического нивелирования. Получена формула для перехода от допустимой невязки нивелирного хода к СКО на 1 км двойного хода, позволяющая произвести обоснованный выбор нивелира для производства геометрического нивелирования заданного класса точности.

2. Установлены условия соответствия точности тригонометрического нивелирования, выполняемого с помощью современных оптоэлектронных приборов, ходам геометрического нивелирования, что позволяет классифицировать тригонометрическое нивелирование по точности одинаково с геометрическим нивелированием - с теми же названиями и допусками.

3. Разработаны рекомендации по проектированию, предрасчету точности и анализу высотных и плановых маркшейдерско-геодезических сетей, в построенных с помощью спутниковых технологий. Рассмотрены особенности коррелатного и параметрического уравнивания ОР8-сетей.

Заключение

В диссертационной работе рассмотрены задачи, выполняемые при создании маркшейдерских опорных и съемочных сетей, связанные с оценкой точности угловых и линейных измерений

Основные научные результаты заключаются в следующем:

1. По проведенным аналитическим исследованиям и математическому моделированию маркшейдерских съемочных и опорных геодезических линейно-угловых сетей установлено:

4. действующие нормативные маркшейдерские документы не содержат требования к точности линейных измерений при создании опорных геодезических сетей;

5. при применении принципа равных относительных ошибок линейных и угловых измерений, установлена необходимая точность линейных измерений и допустимые линейные невязки полигонометрических и теодолитных ходов в зависимости от числа сторон хода;

6. рассмотрена методика применения математического аппарата блочных матриц для анализа точности вытянутых равносторонних линейно-угловых ходов с различными вариантами исходных данных;

7. рассчитаны предельные длины ходов съемочного обоснования для основных схем на основе формул расчета погрешностей положения последнего пункта в этих ходах;

8. произведен анализ влияния формы хода на его точность, при этом предложен показатель изогнутости хода и новый критерий изогнутости хода. Для определения предельной длины ходов съемочного обоснования в случае невозможности проложения вытянутых ходов получены формулы перехода от точности вытянутого хода к точности криволинейного хода.

2. В работе проведены аналитические исследования и математическое моделирование геодезических засечек. При этом установлено: a) основные типы геодезических засечек могут быть сведены в одну геометрическую схему, при этом для анализа точности положения определяемых пунктов предложен матричный метод, основанный на теории параметрического уравнивания; b) для оценки точности угловых, линейных и линейно-угловых засечек получены формулы, основанные на применении параметрического уравнивания, часть из них являются новыми - для линейно-угловых засечек; с) выполнено уравнивание обратной угловой засечки, как по углам, так и по направлениям, при этом доказано, что строгое уравнивание по направлениям в случае круговых приемов обеспечивается лишь после вычитания из результатов наблюдения направлений усредненного значения начального направления;

1) предложена обобщенная формула расчета ошибки положения определяемого пункта и рассчитаны значения коэффициента к для случаев однократной и двукратной засечек, позволяющая выполнять оперативное проектирование геодезических засечек при создании маркшейдерских съемочных сетей; е) выполнен анализ влияния геометрии засечки на ее точность и установлено, что точность двукратной засечки зависит не от ее кратности, а от геометрии засечки.

3. В результате аналитических исследований и математического моделирования высотных ходов и вР 8-сетей получены следующие результаты: a) установлены законы накопления ошибок в ходах геометрического и тригонометрического нивелирования и получены значения погрешностей превышений, которые могут использоваться при проектировании ходов геометрического нивелирования. b) определена формула для перехода от допустимой невязки нивелирного хода к СКО на 1 км двойного хода, позволяющая произвести обоснованный выбор нивелира для производства геометрического нивелирования заданного класса точности; c) определены условия соответствия точности тригонометрического нивелирования, выполняемого с помощью современных оптоэлектронных приборов, ходам геометрического нивелирования, что позволяет классифицировать тригонометрическое нивелирование по точности одинаково с геометрическим нивелированием - с теми же названиями и допусками; с!) составлены рекомендации по проектированию, предрасчету точности и анализу высотных и плановых маркшейдерско-геодезических сетей, построенных с помощью спутниковых технологий и рассмотрены особенности коррелатного и параметрического уравнивания ОР8-сетей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Раева, Ольга Сергеевна, 2011 год

1. Акулова, Е.А. Методика математической обработки информации при реконструкции маркшейдерских опорных геодезических сетей: дисс. . канд. техн. наук. / Е.А. Акулова. Екатеринбург: УТТГА, 1997.-123 с.

2. Астафьев В.М., Гордеев В.А. Новая схема обратной угловой засечки // Известия Уральской государственной горногеологической академии. Сер.: Горное дело. 2000. - Вып. 11.-С. 239-240

3. Астафьев В.М., Раева О.С. Алгоритмы и формуляры обработки маркшейдерских съемочных сетей. — Екатеринбург: УГГГА. — 2003 84 с.

4. Баран П.И., Мицкевич В.И., Полищук Ю.В. и др. Применение геодезических засечек, их обобщенные схемы и способы машинного решения-М.: Недра, 1986. 166 е.: ил.

5. Большаков В.Д., Гайдаев П.А. Теория математической обработки геодезических измерений. Изд 2-е, перераб. и доп. -М.: Недра, 1977. - 367 с.

6. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Уравнивание геодезических построений: Справочное пособие М.: Недра, 1989.-413 е.: ил.

7. Бронштейн Г.С. Применение метода геодезических засечек при построении инженерно-геодезических сетей. -М.: 1969, стр. 196.

8. Гайдаев П.А. Математическая обработка геодезических сетей. -М., Недра, 1977.-288 с.

9. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М: Наука., 1988. - 552 с.

10. Гордеев В.А. Теория ошибок измерений и уравнительные вычисления: Учебное пособие. Изд. 2-е. - Екатеринбург: Изд.-во УГГУ, 2004. - 429 с.

11. Гордеев В.А., Раева О.С. Анализ точности вытянутых теодолитных ходов // Известия Уральской государственной горно-геологической академии. Сер.: Горное дело. 2000. - Вып. 11.-С. 231-239

12. Гордеев В.А., Раева О.С. Об уравнивании обратной угловой засечки // Маркшейдерский вестник. № 1. - 2005. - С. 55-57.

13. Гордеев В.А., Раева О.С. Особенности уравнивания и оценка точности GPS-построений. — Материалы Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела», 8-10 ноября 2010 г. -Екатеринбург: УТГУ. 2011.

14. Гордеев В.А., Самарин A.B., Раева О.С. Пространственные линейно-угловые маркшейдерские засечки на карьерах. -Горный информационно-аналитический бюллетень // МГГУ. -2004.- №5. -С. 184- 185.

15. Гудков В.М., Хлебников A.B. Математическая обработка маркшейдерско-геодезических измерений: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1990.-335с.

16. Дементьев В.Е. Современная геодезическая техника и ее применение: учебное пособие для вузов. — Изд. 2-е. М.: Академический проект, 2008. - 591 с.

17. Дурнев А.И. Новые системы построения геодезических сетей.-М.: Изд. геодезической и картографической литературы, 1952. -249 с.

18. Инструкция о построении государственной геодезической сети СССР.-М.: Недра, 1966.

19. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов / ГКИНП (ГНТА)-03-010-02. -М.: Роскартография, 2003. 134 с.

20. Инструкция по полигонометрии и трилатерации. М., Недра, 1976.

21. Инструкция по производству маркшейдерских работ/ Министерство угольной промышленности СССР, Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела М.: Недра, 1987. 240 с.

22. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. КИНП (ОНТА)-02-262-02. Кол. авт. М., Роскартография, 2002. - 55 с.

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

24. Караванов М. Ю., Янкуш А. Ю. Обзор геодезических GPS-приёмников, представленных на российском рынке. «Геодезия и картография», № 3, 1997.

25. Клепко B.JL, Александров А.В. Высшая геодезия: Учебное пособие. Екатеринбуг: Изд-во УГГУ, 2009. - 215 с.

26. Клиот-Дашинский М.И. Алгебра матриц и векторов. 2-е изд./ Оформление обложки Шапиро C.JL, Олексенко А.А. СПб.: Издательство «Лань», 1998. - 160 с.

27. Клюшин Е.Б., Киселев М.И., Михелев Д.Ш., Фельдман В.Д. Инженерная геодезия: учебник для вузов. 4-е изд., испр. - Мю: Издательский центр «Академия», 2004. - 480 с.

28. Куштин И.Ф., Куштин В.И. Геодезия: учебно-практическое пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2009. - 909, 1. с. - (Высшее образование).

29. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математикостатистической теории обработки наблюдений. 2-е изд., доп и испр. - М.: Физматгиз, 1962. - 352 с.

30. Лукьянов В.Ф. Расчеты точности инженерно-геодезических работ. -М.: Недра, 1981, 285 с.

31. Маркузе Ю.И. Основы уравнительных вычислений: Учеб. пособие для ВУЗов — М.: Недра, 1990. 240 е.: ил.

32. Маркузе Ю.И. Уравнивание и оценка точности плановых геодезических сетей.- М.: Недра, 1982. 191 с.

33. Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Теория математической обработки геодезических измерений: Учеб. пособие. М.: Альма Матер, 2010.-247 с.

34. Маркшейдерская энциклопедия / Гл. ред. Л.А. Пучков. М.: Мир горной книги, 2006. — 605 с.

35. Маркшейдерские работы на карьерах и приисках.: Справочник. -М.: Недра, 1989.-424 с.

36. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов. В двух частях / Под ред. И.Н. Ушакова. - 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1989.- Часть 2 / А.Н. Белоликов, В.Н. Земисев, Г.А. Кротов и др. 437 с.

37. Машимов М.М. Уравнивание геодезических сетей. 2-ее изд., перераб и доп. - М.: Недра, 1989, 280 с.

38. Михайлович К. Геодезия (уравнительные вычисления) / Пер. с сербского C.B. Лебедева; под ред. В.Д. Большакова. -М.: Недра, 1984.-448 с.

39. Неумывакин Ю.К. Обоснование точности топографических съемок для проектировния. М., Недра, 1976.

40. Никитин В.П. Создание съемочных геодезических сетей: Производственно-практическое издание. -М.: Недра, 1992. -102 е.: ил.

41. Оглоблин Д.Н., Герасименко Г.И., Акимов А.Т. и др. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов -е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1981.704 с.

42. Поклад Г.Г., Гриднев С.П. Геодезия: учебное пособие для вузов.- М.: Академический проект, 2007. — 592 с.

43. Раева О.С. О точности линейных измерений при создании маркшейдерских опорных сетей на карьерах Сборник докладов Международного научно-практического симпозиума «Уральская горная школа - регионам», 21-28 апреля 2009 г., Екатеринбург. -С. 97-101.

44. Раева О.С. Применение теории блочных матриц при уравнивании полигонометрических и теодолитных ходов — Сборник докладов Международного научно-практического симпозиума «Уральская горная школа регионам», 2010 г., Екатеринбург. - С. 254-257.

45. Раева О.С., Кортев Н.В. Тригонометрическое нивелирование электронными тахеометрами Сборник докладов Международного научно-практического симпозиума «Уральская горная школа - регионам», 21-28 апреля 2009 г., Екатеринбург.1. С. 102-105.

46. Родионова Ю.В. Техгология повышения надежности геодезических построений : автореферат дисс. . канд. техн. наук / Ю.В. Родионова. Новосибирск: СГГА, 2006.

47. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГJIOHACC/GPS.ГКИНП (ОНТА)-01-271-03. Кол. авт. -М., Роскартография, 2003. 65 с.

48. Селиханович В.Г. Геодезия: Учеб. для вузов, 4.2 М.: Недра, 1981.544 с.

49. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. М.: ИКФ «Каталог», 2002. - 104 с.

50. Смирнов Н.В., Белугин Д.А. Теория вероятностей и математическая статистика в приложении к геодезии. — М.: Недра, 1969. 379 с.

51. Стенин Н.И. Организация маркшейдерских работ работ на горных предприятиях. М.: Недра, 1986, 176 с.

52. Техническая инструкция по производству геодезическо-маркшейдерских работ при строительстве метрополитенов и тоннелей. ВСН-160-69. М., Минтрансстрой, 1970.

53. Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ. JL, «Углетехиздат», 1959. 373 с.

54. Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ. Маркшейдерские измерения и документация. Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела. JI., «Недра», 1971. 360 с.

55. Чеботраев А.С. Способ наименьших квадратов с основами теории выроятностей. М.: Геодиздат, 1958. - 606 с.

56. Чеботраев А.С., Селиханович В.Г., Соколов М.Н. Геодезия. М.: Геодиздат, 1958. - 614 с.

57. Черемсин М.Ф., Воробьев А.В. Геодезическо-маркшейдерская разбивочная основа при строительстве подземных сооружений. -М.: Недра, 1982, 262 с.

58. Яценков B.C. Основы спутниковой навигации. М.: Горячая линия- Телеком, 2005. - 272 с.

59. Shi Кип. Transformation mathematical model between different geodetic datum in neighboring countries based upon GPS technique. Proceedings International Sosiety for Mine Surveying XIII International Congress Budapest, Hungary, 24-28 September 2007

60. Wang Pei-xian LI Ji-zhi. Error Analysis and Modeling Based on the

61. Techniques of VRS. Proceedings International Sosiety for Mine Surveying XIII International Congress Budapest, Hungary, 24-28 September 2007

62. Xu Aigono. Research on GPS leveling models and applications in mine area. Proceedings International Sosiety for Mine Surveying XIII International Congress Budapest, Hungary, 24-28 September 2007