Место, роль и значение пространственных эталонных геодезических базисов

УДК 528.32 И.О. Сучков СГГА, Новосибирск

МЕСТО, РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ЭТАЛОННЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ БАЗИСОВ

Как известно, линейные измерения в геодезии - наиболее распространенный вид измерений, они с древних времен были важным направлением в измерительной практике людей. Немаловажную роль в области линейных измерений играют геодезические базисы.

Впервые слово «базис» появилось в XVII веке, когда голландский ученый Снеллиус применил триангуляцию к определению размеров земли [1]. Измерения длины базиса назывались базисными измерениями.

В многовековой истории геодезической практики для линейных измерений в геодезических сетях применялись базисные приборы. В России существовало несколько видов базисных приборов, из которых практическое применение нашли приборы Теннера, Шуберта, Струве, Едерина. Последние два оказались наиболее совершенными, и нашли широкое применение на практике [1,2].

В 1958 г. в ЦНИИГАиК под руководством В.М.Назарова был разработан светодальномер ЭОД-1 для измерения базисных сторон триангуляции и сторон полигонометрии 1 класса. В дальнейшем усилиями специалистов и ученых ЦНИИГАиК и ЭОМЗ разработаны и внедрены в производство светодальномеры геодезического назначения «Кварц», «Гранат», СВГ. В 1953 г. разработан светодальномер типа СВВ-1 (авторы В.П.Васильев и В.А.Величко), нашедший широкое применение в геодезической практике для измерения линий до 15 км [2].

В 60-70-е гг. техника светодальномерных измерений бурно усовершенствовалась. Английскими физиками К. Фрумом и Р. Брадселом в 1961 г. был использован для дальномерных целей кристаллический модулятор на основе эффекта Поккельса [3]. В 1965 г. ГОИ им. С.И.Вавилова разработан первый в мире светодальномер под шифром ГД-314 с полупроводниковым светодиодом в качестве излучателя. В 1964 г. Г.А.Фельдманом (ЦНИИГАиК) разработан топографический светодальномер «Кристалл» с совмещенной оптикой передающего и приемного каналов, что позволило резко уменьшить габариты приборов подобного вида.

В 70-х гг. при создании светодальномеров изготовители стремились к автоматизации процедуры получения измеренной дальности, введению контроля режимов работы, уменьшению потребляемой мощности аппаратуры. В этот же период четко прослеживались тенденции объединения дальномерной части с угломером (оптическим или электронным) с присоединением к ним геодезического вычислителя. В результате такого синтеза создавались приборы нового типа - электронные тахеометры модульной или моноблочной структуры [2].

Внедрение в производство серийных электромагнитных дальномеров и электронных тахеометров привело к тому, что для метрологического обеспечения линейных измерений повсеместно стали создаваться контрольные линейные базисы, которым после их метрологической аттестации придавался статус образцовых (эталонных) мер [1,2]. Здесь под базисом понимали систему центров, заложенных в грунт на различных расстояниях друг от друга, примерно на одной линии, образованной начальным и конечным пунктами.

С 1 июля 1985 г. по решению Госстандарта в стране введена государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне от 24 м до 75 км. В 1987 г. ЦНИИГАиК завершена разработка локальных поверочных схем по всем видам отраслевых измерений с учетом требований ГСИ. Их пересмотр и обновление на базе современной концепции метрологического обеспечения осуществлены в 1998 г [2].

С 1990-х гг. широкое применение в топографо-геодезическом производстве получила спутниковая геодезическая аппаратура. Соответственно, для ее метрологической поверки возникла необходимость в создании геодезических полигонов и пространственных эталонных геодезических базисов (ПЭГБ) [4].

В соответствии с ОСТ 68-15, геодезический полигон - геодезическое построение, содержащее набор геодезических эталонов, пригодное для испытаний, сертификации и поверки средств геодезических измерений в естественных климатических условиях. Структура геодезического полигона в частности как элемент включает ПЭГБ.

ПЭГБ [5] представляет собой пространственное геодезическое построение линейного типа, содержащее интервалы различной длины и закрепленное на местности центрами, имеющими три координаты в некоторой условной системе отсчета. Он предназначен для метрологической поверки светодальномеров, электронных тахеометров и спутниковой геодезической аппаратуры, проведения экспериментальных исследований точностных и эксплуатационных возможностей перечисленных средств измерений, разработки новых технологий применения этих приборов и систем, совершенствования методов измерения пространственных координат спутниковой геодезической аппаратурой, обучения специалистов выполнению работ с помощью указанных средств измерений.

Одним из положительных свойств ПЭГБ является то, что его использование в естественных климатических условиях дает объективное представление о действительных метрологических характеристиках геодезических средств измерений.

При создании ПЭГБ возникает ряд принципиально новых задач, которые необходимо решать [6]:

Соблюдение требований, относящихся к ПЭГБ и его центрам, увеличивает расходы, связанные с метрологической поверкой рабочих измерительных приборов и систем, и такие расходы должны быть оптимальными;

Следует учитывать возможность исследований как спутниковой аппаратуры, так и светодальномеров и электронных тахеометров. Однако, разнообразие по видам и точности задач, решаемых перечисленными приборами и системами, требует для проведения их метрологических исследований наличия разных наборов различных по длине эталонных отрезков, что обуславливает закрепление дополнительных точек на ПЭГБ;

Одновременное высокоточное измерение трех координат центров ПЭГБ в одном цикле наблюдений заставляет также строго решать вопросы выбора конструкции центров и анализа их устойчивости, что требует серьезного теоретического и нормативного обоснования;

- В целях обеспечения качественного и своевременного метрологического обеспечения как топографо-геодезического производства, так и высокоточных инженерно-геодезических задач необходимо разработать комплексную технологию создания и эксплуатации ПЭГБ. Такая технология должна учитывать все стадии их развития: изысканий, проектирования, строительства, эксплуатации и модернизации.

Т. к. пространственно-временное состояние ПЭГБ характеризуется динамической системой [6], то при эксплуатации необходимо периодически проводить метрологическую поверку ПЭГБ, на основании которой делают анализ устойчивости центров, то есть пригодности ПЭГБ для дальнейшего использования.

С 1976 г. в Сибирской Государственной Геодезической Академии (НИИГАиК) создан Базис пространственный эталонный им. О.П. Сучкова (Базис) - рабочий эталон второго разряда. Базис является единичным средством измерений и предназначен - в условиях, приближающихся к эксплутационным для поверки средств измерений длины и плоского угла (светодальномеров, тахеометров, нивелиров, измерительных лент, буссолей, навигационной и геодезической спутниковой аппаратуры).

Принцип действия Базиса заключается в определении его метрологических параметров (длин линий, высот, угловых размеров и приращений координат) рабочими средствами измерения (СИ) и сравнение полученных значений с эталонными значениями соответствующих параметров Базиса.

Развитие научно-технического прогресса, в частности в геодезии: появление современных серийных геодезических приборов, развитие современных компьютерных технологий и т.п., позволяет решать задачи, связанные с метрологической поверкой, как рабочего эталона, ПЭГБ. Например, выполнение измерений современными высокоточными средствами, усовершенствование методов измерений с учетом современного парка геодезических приборов, автоматизирование процесса измерений и обработки с помощью переносных ПК, отображение и мониторинг результатов измерений в виде 3D модели пространственных эталонных геодезических базисов и т.п.

На сегодняшний день в Сибирской Государственной Геодезической Академии ведутся исследовательские работы по разработке методики

поверки ПЭГБ на современном уровне. В частности, проводятся работы по созданию интерференционного компаратора, использование которого будет являться частью вышеуказанной методики.

Подводя итог, можно отметить следующее. «Базисом» сначала называли расстояние между двумя точками, затем - систему точек в двухмерном пространстве и сегодня - это построение точек в пространстве.

Пространственные эталонные геодезические базисы занимают важное место в геодезической поверочной практике и играют большую роль при поверке современных серийных геодезических приборов.

Развитие научно-технического прогресса дает огромный потенциал для совершенствования созданных, разработки новых методик поверки на современном уровне с учетом новейших серийных геодезических приборов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Тетерин, Г.Н. История геодезии в России (до 1917 г.) / Г.Н. Тетерин. -Новосибирск: СГГА, 1994. - 90 с.

2. Спиридонов, А.И. Основы геодезической метрологии: произв.-практ./ А.И. Спиридонов. - М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 2003. - 248 с.: ил.

3. Михеечев, В.С. Геодезические светодальномеры / В.С. Михеечев.-М.: Недра,

1979.

4. Генике, А.А. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии / А.А. Генике, Г.Г. Побединский. - М.: Геодезиздат, 1999.

- 272 с.

5. Середович, В.А. Некоторые проблемы метрологического обеспечения геодезического производства / В.А. Середович, О.П. Сучков. // Тез. докл. междунар. научн.-техн. конф., посвящ. 220-летию со дня основания Московского гос. унив. геодезии и картографии (МИИГАиК) "220 лет геодез. образованию в России" (МИИГАиК, 24-29 мая 1999 г.). - М.: МИИГАиК, 1999. - С. 48-49

6. Исследование принципов создания пространственных эталонных базисов для метрологической аттестации и исследований современных электронных геодезических приборов и систем: отчет по НИР / СГГА; рук. О.П. Сучков; Отв. исполн. В.А. Середович

- Новосибирск, 1999. - 24с. № ГР 0199.0004271; инв. № 0220.0103116.

© И.О. Сучков, 2007