Координатный способ определения радиусов кривых на автомобильных дорогах

НАУКИ О ЗЕМЛЕ / SCIENCE ABOUT THE EARTH

DOI: 10.23670/IRJ.2017.56.033 Никитин А.В.

Доцент, кандидат технических наук, Дальневосточный государственный университет путей сообщения КООРДИНАТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСОВ КРИВЫХ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ

ДОРОГАХ

Аннотация

В статье рассмотрен способ определения радиусов кривых при строительстве и паспортизации автомобильных дорог с применением приёмников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Приведены формулы для определения средней квадратической погрешности определения радиусов горизонтальных и вертикальных кривых на автомобильных дорогах и выполнена оценка точности. На основании полученных результатов доказана производственная эффективность разработанного способа. Предложенная технология геодезического контроля может осуществляться в режимах постобработки результатов спутниковых измерений и RTK, а также позволяет определять длину кривой.

Ключевые слова: радиусы кривых, приёмники ГНСС, точность.

Nikitin A.V.

Associate professor, PhD in Engineering, Far Eastern State Transport University COORDINATE THE METHOD OF DETERMINING THE RADII OF CURVES ON THE ROADS

Abstract

The article describes the method of determining the radii of curves during the construction and certification of roads with the use of global navigation satellite systems (GNSS). The formulas to determine the average square error of determining the radii of horizontal and vertical curves on the roads and the estimation accuracy. On the basis of the obtained results proved the production efficiency of the developed method. The technology of geodetic control can be carried out in modes of post processing of satellite measurements and RTK, and also allows you to determine the length of the curve

Keywords: radii of curves, GNSS receivers, accuracy.

Введение. Одной из наиболее важных задач при строительстве и паспортизации автомобильных дорог является с ъёмка криволинейных участков. При этом необходимо определить элементы кривых, прежде всего радиус кривой, а также длину, биссектрису, тангенсы и угол поворота.

Решать эту задачу можно различными способами в соответствии с нормативными документами. При одном из которых восстановление положения вершины угла поворота осуществляется путём продолжения створов прямых участков оси дороги до и после кривой с последующим измерением угла поворота и биссектрисы и нахождением по их значениям радиуса круговой кривой и других элементов [1, С. 49]. Однако положение вершины угла поворота не всегда возможно установить из-за условий местности. Кроме того, применение этого способа требует много времени. Таким образом, рассмотренный способ обладает большой трудоемкостью, и область его применения ограничена.

В другом способе радиус определяют по хорде и стреле прогиба [1, С. 53]. В производственных условиях не всегда представляется возможным определить хорду, особенно если участок дороги проходит по горному прижиму, поэтому область его использования также ограничена.

Для определения радиусов кривых и других геометрических параметров применяют механизированные и автоматизированные методы диагностики автомобильных дорог. Цель диагностики автомобильных дорог состоит в получении полной, объективной и достоверной информации о транспортно-эксплуатационном состоянии дорог, условиях их работы, а также степени соответствия фактических потребительских свойств дороги, их параметров и характеристик требованиям безопасности движения.

Для диагностики транспортно-эксплуатационного состояния дорог, паспортизации, оперативного контроля качества дорожных работ в России, в основном, используют передвижную лабораторию типа КП 514МП на базе автомобиля ГАЗ 3221 «Газель», выпускаемую научно-производственным центром РОСДОРТЕХ [2, С. 2] и передвижную дорожную лабораторию ДПЛ СГУПС (г. Новосибирск) [3, С. 55].

Автомобили и тележки оснащены геодезическим оборудованием, в том числе приёмниками ГНСС. В то же время на точность определения радиусов при передвижении механизированных систем значительно влияет неровность дорожного покрытия, и правильность определения начало и конца кривой. Также применение таких систем при строительстве дорог практически не возможно.

При определении радиусов кривых на автомобильных дорогах используют электронные тахеометры [4, С. 53], [5, С. 8], позволяющие автоматизировать процесс получения информации. Однако методики их использования основаны на стандартных способах, регламентируемых соответствующими нормативными документами. В статье [6, С. 91] приведён способ определения радиусов кривых по двум касательным и углу. Но область его применения ограничена в горных районах и в местах со сложной лесной растительностью. Поэтому необходимо разработать способ определения радиусов кривых, который позволял бы определять данный параметр при расположении геодезических средств измерений непосредственно в границах дорожного полотна.

Теория способа определения радиусов кривых. Автором разработан способ определения радиусов кривых на автомобильных дорогах с применением приёмников ГНСС.

Его применение основано на известной теореме о том что, центральный угол, образованный радиусами и опирающийся на дугу окружности, равен удвоенному значению угла, образованного отрезками, проведёнными к этой же дуге из любой точки окружности, не лежащей на данной дуге (рис.1).

Рис. 1 - Определение радиусов автомобильных дорог 1,2,3 - пункты установки приёмников ГНСС для определения геоцентрических координат; £ х, £ 2, £ 3 - хорды, соединяющие месторасположения пунктов; R - радиус круговой кривой

Алгоритм производственных действий включает следующие операции:

- измерение геоцентрических координат трёх пунктах, находящихся в произвольной части кривой с помощью приёмников ГНСС (Trimble 5700);

- в режиме постобработки (программа Trimble Geomatics Office (TGO)) преобразование геоцентрических в прямоугольные координаты, а затем определение соответствующих дирекционных углов и длин хорд (£ х, £ 2, £ 3);

- решение задачи сводится к вычислению горизонтальных углов b и с, как разности дирекционных углов (на основании приведённой теоремы) в = а 3 — а12 с = ск — а

- радиус находится по формулам:

R =

2sin b

R =

£

R =

2sin с 2sin(b + c).

длину кривой определяют так:

K =

TiR(b + c)° 90°

Определение радиусов вертикальных кривых выполняется также по трем точкам кривой с известными координатами и отметками. В современных спутниковых приёмниках точность определения высот несколько ниже, чем плановых координат.

Методика получения геометрических параметров будет аналогичной способу определения радиусов для горизонтальных кривых. При этом дополнительно надо определить горизонтальные проложения хорд, превышение между точками и вертикальные углы наклона по формулам:

h !—-,-т d

tgv =— ; £, = у d2 + h2 =

cosu

где И - превышения между точками; ё - горизонтальные проложения хорд; V - вертикальные углы.

Методика выполнения работ также может быть реализована в режиме ЯТК. При этом появляется возможность непосредственного определения прямоугольных координат и как следствие - оперативное получение геометрических параметров.

Разработанный способ контроля обладает следующими техническими преимуществами по сравнению с нормативными и механизированными методами:

• в процессе строительства автомобильных дорог - оперативно определяет горизонтальные и вертикальные радиусы кривых;

• в процессе паспортизации автомобильных дорог - не зависит от рельефа и ситуации вне дорожного покрытия;

• средняя квадратическая погрешность коррелируется с точностью геодезических систем позиционирования.

Анализируя данные можно сделать вывод о том, что разработанный способ контроля геометрических параметров является наиболее эффективным. Так как позволяет определять горизонтальные и вертикальные радиусы кривых с высокой точностью в процессе строительства и паспортизации автомобильных дорог.

Оценка точности способа определения радиусов. На основании формулы (1) средняя квадратическая погрешность (СКП) определения радиусов будет равна:

mR =

m,

1

У

2sin

+ mu

cos

Y

,

где тя - СКП определения радиуса; щ - СКП определения длины хорды (точность позиционирования

приёмниками ГНСС геодезического класса - плановая от 0.5 до 3 см); т - СКП определения горизонтальных углов (5-10"); р =206265".

СКП длины кривой определиться из выражения:

m + m„

С 0.035 R^2

рР

mK =

где m - СКП определения длины кривой; m„ - СКП определения (измерения горизонтальных углов);

к р

Р - величина горизонтальных углов.

Точность определения радиусов при паспортизации автомобильных дорог составляет ± 10% R [7, С. 34]. При анализе расчетов точности определения различных радиусов (от 100 до 3000 м) выявлено, что СКП находятся в пределах от 0.1 м до 1 м, а это значительно точнее нормативных требований.

Способ контроля был использован при определении радиусов притрассовых дорог на Дальневосточной железной дороге.

Вывод. Разработанный способ контроля позволяет определять геометрические параметры (радиус и длину кривой) при строительстве и паспортизации автомобильных дорог с высокой точностью и производительностью и должен быть рекомендован для включения в соответствующие нормативные документы.

Список литературы / References

1. Инструкция по разбивочным работам при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог и искусственных сооружений - М.: Транспорт, 1983. - 102 с.

2. Жуйкова А. Н. Системы диагностики автомобильных дорог [Электронный ресурс] / А. Н. Жуйкова. - Режим доступа: http: // www.rae. ru / forum 2011 / pdf / article 828. pdf.

3. Щербаков В. В. Диагностика автомобильных дорог по геометрическим параметрам с использованием ГНСС / В.В. Щербаков, М.Н. Барсук // Геодезия и картография. -. № 6. - 2008. - С. 55 -57.

4. Никитин А. В. Оптимальные методы построения инфраструктуры геопространственных данных для транспортных коридоров: моногр. / А. В. Никитин. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2015. - 159 с.

5. Никитин А. В. Оперативное определение радиусов кривых на автомобильных дорогах / А. В. Никитин // Геодезия и картография.- № 11. - 2010. - С.8-9.

6. Катькало Ю. А. Определение действительных радиусов на закруглениях автомобильных дорог электронным тахеометром /Ю. А. Катькало, Е. Н. Подстрелова, А. С. Терещенко, Н. В. Тулуевский // Вестник Белорусско-Российского университета. - № 3 (36). - 2012. - С. 89 -95.

7. СТО АВТОДОР 2. 10 - 2015. Порядок проведения паспортизации, разработки и актуализации технических паспортов автомобильных дорог государственной компании «Автодор». - М.: Государственная компания «Автодор», 2015. - 124 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1 Instrukcija po razbivochnym rabotam pri stroitel'stve, rekonstrukcii i kapital'nom remonte avtomobil'nyh dorog i iskusstvennyh sooruzhenij. [Instructions for marking work during construction, reconstruction and capital repair of automobile roads and artificial structures] - M.: Transport, 1983. - 102 p. [in Russian].

2. Zрuykova A. N. Sistemy diagnostiki avtomobil'nyh dorog. [Diagnostics of roads]. [Electronic resource] / A. N. Zhuykova. - Mode of access: http: // www. rae. ru / forum 2011 / pdf / article 828. pdf. [in Russian].

3. Shcherbakov V. V. Diagnostika avtomobil'nyh dorog po geometricheskim parametram s ispol'zovaniem GNSS. [Diagnostics of roads by the geometrical parameters of GNSS].V. V. Shcherbakov, M. N. Barsuk // Geodesy and cartography. - No. 6. 2008. - P. 55 - 57. [in Russian].

4. Nikitin A. V. Optimalnye metody postroenija infrastruktury geoprostranstvennyh dannyh dlja transportnyh koridorov: monogr. [Optimal methods of constructing a spatial data infrastructure for transport corridors: monograph]. / A. V. Nikitin. -Khabarovsk: DVGUPS, 2015. - 159 p. [in Russian].

5. Nikitin A. V. Operativnoe opredelenie radiusov krivyh na avtomobil'nyh dorogah [The operational definition of the radii of curves on the roads]. / A. V. Nikitin // Geodesy and cartography.- No. 11. - 2010. - P. 8 - 9. [in Russian].

6. Katkalo Y. A. Opredelenie dejstvitel'nyh radiusov na zakrugleniyah avtomobil'nyh dorog ehlektronnym taheometrom [The definition of the actual radii on the curves of roads electronic tacheometer]. Y. A. Katkalo, E. N. Podstrelov, A. S. Tereshchenko, N. V. Chulaevsky // Bulletin of the Belarusian-Russian University.- № 3 (36). - 2012. - P. 89 -95. [in Russian].

7. STO AVTODOR 2. 10 - 2015. Poryadok provedeniya pasportizacii, razrabotki i aktualizacii tekhnicheskih pasportov avtomobil'nyh dorog gosudarstvennoj kompanii «Avtodor». [A hundred highways 2. 10 - 2015. The procedure of certification, development and updating of technical passports of roads of the state company «Avtodor»]. - M.: State company «Avtodor», 2015. - 124 p. [in Russian].

DOI: 10.23670/IRJ.2017.56.082 Опекунов А.Ю.1, Опекунова М.Г.2, Сомов В.В.3

1ORCID: 0000-0002-8885-9068, Доктор геолого-минералогических наук, 2ORCID: 0000-0002-4592-0623, Доктор географических наук, 3ORCID: 0000-0003-2575-571X, аспирант, Санкт-Петербургский государственный университет ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ И АККУМУЛЯЦИИ ТМ В ГЕОСИСТЕМЕ ОЗ. КУЛТУБАН

Аннотация

Приведен сопряженный анализ содержания Cu, Zn, Fe, Ni, Pb, Mn, Co, Ba, Sc, Ti и Cd в почвах водосбора, в воде и донных осадках оз. Култубан (Южный Урал). Выявлены основные факторы латерально-миграционной дифференциации металлов в ландшафтно-геохимической катене. Установлено, что распределение литофилов и сидерофилов (Fe, Ni, Mn, Co, Ba, Sc, Ti) обусловлено природными факторами, связанными с составом геологических пород элювиальных и трансэлювиальных ландшафтов. Накопление Cu, Zn и Cd отмечается в подчиненных ландшафтах и обусловлено их аэротехногенным поступления в составе аэрозолей от горнодобывающих объектов г. Сибай, находящихся в 6-10 км от озера.

Ключевые слова: тяжелый металлы, загрязнение окружающей среды, природные воды, донные осадки, почвы, горнорудное производство.

Opekunov A.Y.1, Opekunova M.G.2, Somov V.V.3

1ORCID: 0000-0002-8885-9068, PhD in Geology and Mineralogy,

2ORCID: 0000-0002-4592-0623, PhD in Geography,

3ORCID: 0000-0003-2575-571X, postgraduate student, Saint Petersburg State University PECULIARITIES OF HEAVY METALS MIGRATION AND ACCUMULATION IN THE ENVIRONMENT OF THE LAKE KULTUBAN

Abstract

Coupled analysis of Cu, Zn, Fe, Ni, Pb, Mn, Co, Ba, Sc, Ti , Cd in water, bottom sediments and soils on the watershed of the Kultuban lake (Southern Urals) was performed. Main factors of metals lateral differentiation in catena were identified. Differentiation of litophile and siderophile (Fe, Ni, Mn, Co, Ba, Sc, Ti) elements are caused by natural factors related to bedrock chemical composition in autonomous and transeluvial facies. Accumulation of Cu, Zn and Cd noted in accumulative landscapes is caused by aerial input of aerosol produced by mining facilities located in the city of Sibai 6-10 km from the lake.

Keywords: heavy metals, pollution, natural waters, bottom sediments, soil, mining industry.

Исследование миграции и аккумуляции химических элементов в природной среде имеет важное значение для р ешения теоретических и прикладных вопросов геоэкологии и природопользования. Особый интерес этот вопрос приобретает в районах развития естественных геохимических аномалий. К таким территориям относится Южный Урал. Многочисленные рудопроявления создают повышенный геохимический фон содержания Cu, Zn, Cd, Со, Mn, Fe и других тяжелых металлов (ТМ) в компонентах ландшафтов. Объектом изучения являлись сопряженные геосистемы хребта Ирендык на водосборе озера Култубан. Подробная физико-географическая характеристика района и методика исследований приведены в опубликованных ранее работах [1, С. 3-8], [2, С. 45-48].

Территория исследований расположена в степной зоне Южного Урала с континентальным климатом. Почвенный покров характеризуется неоднородностью: преобладают черноземы обыкновенные и их горные разновидности, а также черноземы типичные, южные и выщелоченные. На склонах хребта Ирендык на месте вырубленных лесов встречаются темно-серые лесные почвы, развивающиеся по черноземному типу.

Озеро Култубан расположено в лесостепи Башкирского Зауралья в 10 км к югу от г. Сибай и Сибайского горнорудного комплекса, имеет неправильную округлую форму. Образование его связано с карстовыми явлениями. В озеро впадает ручей Юмаш, стока из озера нет. Отметка уреза воды над уровнем моря составляет 371,3 м. Площадь водосбора — 60,6 км2, площадь зеркала 7,2 км2, длина береговой линии около 11 км. Объем сосредоточенной воды достигает 30,2 млн. м3, средняя глубина - 4,2 м.

На берегах озера расположены сельскохозяйственные угодья, деревня и рыбная ферма. Однако основным источником антропогенного воздействия на экосистему озера Култубан служат промышленные объекты Башкирского медно-серного комбината (БМСК - Сибайский и Камаганский карьеры, отвалы, хвостохранилища). На БМСК осуществляется добыча и обогащение медно-цинковых руд, что обусловливает загрязнение окружающей среды этими металлами, а также Cd, Hg, As и др. [3, С. 197]. Большая часть металлов, попадающих в атмосферу в результате