CC BY
132
УДК 528.089 А.В. Скрипников СГГ А, Новосибирск
ОПЫТ РЕКОНСТРУКЦИИ ГОРОДСКОЙ ОПОРНОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ GPS-ТЕХНОЛОГИЙ
В настоящее время в связи с развитием нефтегазодобывающей отрасли в РФ ведётся интенсивное строительство посёлков и расширение малых городов в районах Крайнего севера. Под воздействием инженерно -хозяйственной деятельности человека и других факторов происходит утрата пунктов городских геодезических опорных сетей. Поэтому периодически возникает необходимость в реконструкции геодезических сетей на территории городов.
В 2003-2004 гг. проводилась реконструкция геодезической сети г. Салехард, необходимость которой была обоснована следующими причинами:
- Большое количество пунктов городской геодезической сети было безвозвратно утрачено в результате различных природных воздействий и хозяйственной деятельности;
- Утрачены 3 из 4 геодезических центров звена триангуляции 1 и 2 класса, на основе которых создавалась местная система координат, в том числе и исходный пункт;
- Существующая городская опорная сеть не может в полной мере обеспечить требуемую точность выполнения топографо-геодезических работ (создания и ведения государственного земельного кадастра и для проектирования и строительства инженерных сооружений).
Для оценки реальной точности существовавшей «старой» сети полигонометрии в г. Салехард были проведены GPS-наблюдения.
Анализ данных табл. 1 показывает, что пункты полигонометрии предшествующих лет заложения претерпели в различной степени сдвиг, как в плане, так и по высоте. Наиболее вероятными причинами этого являются процессы выпучивания вместе с грунтом при его сезонном промерзании и тектонические движения пластов горных пород.
Таблица 1. Величины смещения пунктов существующей сети
№№ № PP АХ, м AY, м м GO А м Я <
1 Ангальский 0,028 -0,147 0,150 -0,063
2 1232 0,000 0,000 0,000 0,000
3 1773 0,382 -0,034 0,384 0,348
4 1477 -0,070 -0,049 0,085 0,000
5 1552 0,476 0,282 0,553 -0,752
6 1889 -0,046 -0,167 0,173 0,057
7 2072 0,068 -0,226 0,236 -0,320
8 3157 0,129 -0,034 0,133 0,093
9 3590 -0,349 0,036 0,351 0,296
10 1232 0,028 -0,147 0,150 -0,063
Данные табл. 2 подтверждают высказанное выше предположение о ненадёжности ранее заложенных геодезических центров. Проведённый
анализ по данным департамента архитектуры и градостроительства выявил нарушения при закладке некоторых центров «старой» полигонометрии: некоторые центры были заложены на глубину 3.5 м, что нарушает требование действующих нормативных документов [1].
Таблица 2. Сопоставление высот пунктов городской полигонометрии
прошлых лет с нивелированием 2003-2004 гг.
№ п/п Номер пункта Разность высот, м
1 1200 + 0,325
2 1462 + 0,160
3 1522 + 0,174
4 1581 + 0,174
5 1748 + 0,232
6 1773 + 0,097
7 2093 + 0,079
8 2100 + 0,078
9 2140 + 0,112
10 2508 + 0,078
11 2647 + 0,365
Таким образом, была обоснована необходимость реконструкции опорной сети г. Салехард, которая выполнялась в соответствии с действующими нормативно-техническими требованиями [2, 3].
При проектировании реконструкции существующей сети были учтены следующие особенности:
- Наличие вечномёрзлого слоя, который начинается в 2,5 м от поверхности земли. Грунты мест закладок мягкие (песок, лёгкие суглинки) и средней твёрдости (плотные суглинки и глины).
- Территория среднезастроенная, высотных зданий практически нет, преобладают одно- и двух этажные здания в деревянном исполнении.
- Необходимость перехода к новой государственной системе СК-95 вместо СК-42 и реализация связи между «старой» местной системой координат (МСК) и новой МСК-2004.
Учитывая, что г. Салехард расположен в зоне вечной мерзлоты, а максимальная глубина протаивания грунта составляет 2,5 м, в соответствии с правилами закладки [1] был выбран тип центра 150. При этом регламентируемое Правилам закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей минимальное расстояние до границы максимального протаивания вечной мерзлоты было увеличено на 0,5 м. Это было сделано на основании данных о протаивании вечной мерзлоты, полученных при бурении 42 скважин для геодезических центров.
На рис. 1 видно, что граница оттаивания вечномёрзлых грунтов (Ряд 1) располагается неравномерно в пределах от 1.10 м до 5.40. Толщина деятельного слоя вечной мерзлоты (Ряд 2) также неравномерна и колебрется
от 0 м до 5.40. Под мерзлотой находиться «плывун» (Ряд 3) и слой оттаявших пород (Ряд 4). Бурение производилось на глубину 5.4 м. Нижняя граница бурения (Ряд 5).
Рис. 1. Границы расположения вечной мерзлоты
Вечная мерзлота оказывает большое влияние на хозяйственную деятельность человека. Её неравномерное оттаивание под жилыми и производственными зданиями нередко приводит к деформации фундаментов и даже разрушению зданий. Мощная толща мерзлого грунта деформирует колонны обсадных труб и центры геодезических знаков.
Столь неравномерное сезонное оттаивание вечномёрзлых грунтов в г. Салехард, значительно превышающее 2.5 м, возможно, объясняется типом мерзлых пород - песчаные отложения (песок, лёгкие суглинки, плотные суглинки, глины) и непосредственным влиянием деятельности человека на деятельный слой вечномёрзлых грунтов (прокладка инженерных коммуникаций, строительство свайных сооружений). Также это объясняется глобальным потеплением, которое объясняется ростом парникового эффекта. А.В. Павлов, Г.Ф. Гравис [4] исходят из прогноза повышения среднегодовой температуры воздуха на севере России на 0.9-1.5 °С и к концу 2050 году на 2.5-3°С, основываясь при этом на анализе нынешних трендов температур по данным метеонаблюдений и их экстраполяции на будущее.
Следует отметить, что прогнозируемые в данной работе [4] повышения температуры в Сибири к 2020 и 2050 годам (0.9-1.5 °С и 2.5-3°С соответственно) довольно малы, и даже незначительное превышение этих лимитов может оказать существенное влияние реальную картину деградации вечной мерзлоты. При таянии вечной мерзлоты могут возникнуть просадки земной поверхности, на которой расположены искусственные сооружения, разрушение фундаментов и опорных конструкций.
Следовательно, необходимо акцентировать внимание на Гис-картографи-ровании многолетней мерзлоты ввиду её интенсивного изменения со временем и постепенном переходе строительства с классических фундаментов на «плавующие».
Геометрия каркасной сети представляет собой трёхуровневую сеть треугольных фигур в центре которой расположен тур (ИП).
Для контроля качества созданной сети с помощью GPS-технологий была развита сеть полигонометрии. Измерение углов и линий выполнялись электронным тахеометром Topcon GTS-601 (m^ = 1'', mS = 2мм + 2мм/ км).
Уравнивание сети полигонометрии производилось по двум различным методикам для исключения возможного влияния ошибок исходных данных.
Первое уравнивание представляло собой классический вид уравнивания полигонометрической сети коррелатным способом по методу наименьших квадратов с уравниванием дирекционных углов. По результатам уравнивания были получены следующие технические характеристики ходов: относительные линейные невязки 1: 44500, 1: 23600, 1: 64500; Средняя квадратическая ошибка (СКО) измерения углов 2.8’’; СКО измерения линий 0.024 м.
Перед выполнением уравнивания сети полигонометрии г. Салехард по второй методике был вычислен максимально возможный угол поворота полигонометрической сети относительно пункта триангуляции Ангальский для исключения возможных погрешностей ориентирования сети (см. рис. 2).
Рис. 2. Схема разворота сети спутниковой полигонометрии относительно существующей полигонометрии г. Салехард
Вычисления были произведены по теореме косинусов по формуле (1).
b2 + с2 _a2 (Л \
cos0 = ^—------, (1)
2 • b • с
где a = 0,150 м; b = 5854,152 м; с = 5854,045 м; 0 = 3,8’’.
При уравнивании по второй методике в качестве исходных координат начального пункта хода были приняты координаты пункта полигонометрии 3157, вычисленные из GPS-наблюдений, исходный дирекционный угол был вычислен также по результатам GPS-наблюдений. Координаты конечного пункта полигонометрического хода были взяты из каталога полигонометрии г. Салехард.
На рис. 3 представлены графики сравнения двух методик уравнивания сети полигонометрии по отношению к GPS-сети. Категории зёлённого цвета
являются графическим представлением линейной разности плановых координат пунктов, вычисленных по методике уравнивания №1 и GPS-измерений (Ряд 2). Категории синего цвета являются графическим представлением линейной разности плановых координат пунктов, вычисленных по методике уравнивания №2 и GPS-измерений (Ряд 1).
0.250 -і “I
0.150 -5 0.100 -0.050 --
п ■ Ряді ü"" □ Ряд2
■ JtJilllftin І )
3157 697 58 23 25 84 346 44 889 600 580 98 457 пункты 2140 1462 Ang 79 55 90
Рис. 3. Графики сравнения двух методик уравнивания сети полигонометрии
по отношению к GPS-сети.
Из рис. 3 видно, что принимая в качестве эталона более точные GPS-измерения, можно сделать вывод о том, что уравнивание сети полигонометрии, выполненное по методики № 2, является более точным.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Правила закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей. [текст] - М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1993.
2. Инструкция по развитию съёмочного обоснования и съёмке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. ГКИНП (ОНТА)-02-262-02. [текст] - М.: ЦНИИГАиК, 2002.
3. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. ГКИНП (ОНТА)-О1-271-О3. [текст] - М.:, ЦНИИГАиК, 2003.
4. Павлов А.В. Мерзлотно-климатический мониторинг в России: методология, результаты и прогноз [текст] / А.В. Павлов // Криосфера Земли.- 1997.- № 1.- С. 47-58.
© А.В. Скрипников, 2005
