Удосконалення геодезичних методів підвищення точності вимірювань в інженерно-геодезичних роботах

Abstract

Дисертація присвячена вдосконаленню геодезичних методів підвищення точності вимірювань в інженерно-геодезичних роботах. Протягом багатьох десятиліть опрацьовані різні, що вже стали традиційними, геодезичні методи та технології інженерно-геодезичних робіт: мікротріангуляція, трилатерація, гідронівелювання, високоточні створні вимірювання, променеві та інтерференційні лазерні системи тощо. Усі ці методи та засоби геодезичних вимірювань добре вивчені та викладені в наукових працях, підручниках, монографіях та вивчаються у навчальних закладах майбутніми спеціалістами з інженерної геодезії. Цими методами та засобами виконували контроль планово-висотних деформацій найбільших ГЕС, ГАЕС, АЕС, ГЗК, висотних споруд тощо. Однак сучасні методи будівництва для дотримання технологічного процесу вимагають розробки нових методик та інструментарію, особливо в умовах обмеженого планування. До інженерних споруд, які потребують геодезичного забезпечення, відносять атомні-, гідро-, теплоелектростанції, тунелі, мости, висотні будівлі. Важливість виконання геодезичних робіт на всіх етапах будівництва, які супроводжуються точнішою реалізацією проєктних розрахунків, забезпечує збільшення терміну експлуатації інженерних споруд. Важливість інженерно-геодезичного забезпечення як складової частини системи якості є пріоритетною в будівництві. Тому питання його удосконалення має велике значення і в майбутньому така тенденція буде зростати. Узагальнені інженерно-геодезичні роботи, які розглянуто у першому розділі, можна технологічно об’єднати за такими напрямами: 1. Геодезичне забезпечення інженерних споруд координатною основою ДГМ. 2. Геодезичне забезпечення інженерних споруд під час їх зведення та експлуатації. 3. Геодезичне забезпечення монтажу технологічного обладнання інженерних споруд. Аналіз пункту 1 засвідчив, що проблеми однорідної точності координатного забезпечення малих інженерних споруд вирішено введенням у виробництво УСК2000. Це забезпечило середню СКП визначення координат на рівні 3 см для всієї території України. Щодо геодезичних мереж великих інженерних об’єктів, то їхні нормативні похибки залишились на рівні застарілих технологій вимірювань. Активний розвиток в Україні мереж перманентних БС дає можливість використовувати нові ГНСС методи в режимі реального часу для забезпечення координатною основою інженерних споруд. Щодо геодезичного забезпечення інженерних об’єктів під час їх зведення та експлуатації, то зазначимо, що в Україні такі роботи регламентують відповідні ДБН. У них описані види робіт, обладнання та регламентована точність. Оскільки геодезичні мережі на таких об’єктах проєктуються в обмежених умовах, то виникає потреба в розробці нових методик вимірювань та розвитку спеціальних геодезичних мереж. Геодезичне забезпечення монтажу технологічного обладнання на інженерних об’єктах в Україні також регламентується відповідними нормативними вимогами. Ці норми визначають точність та методи виконання робіт. В Україні вивірення прямолінійності, співвісності, горизонтальності, висотності, нахиленості, вертикальності, паралельності, перпендикулярності, площинності, кривинності виконують спеціальним обладнанням автоколімаційними теодолітами, інварними дротами, каліброваними пристроями, оптичними трубами із центрошукачами. У світовій практиці давно набули поширення методи, що базуються на використанні сучасних електронних приладів, як такі, що є в рази ефективніші, продуктивніші та менш часозатратні. Тому постає питання впровадження таких технологій в українське виробництво. Вище перелічені проблемні питання розглянуто у першому розділі. У другому розділі з метою вдосконалення геодезичного забезпечення великих інженерних споруд координатною основою виконано: 1. Дослідження точності RTK-режиму ГНСС-вимірювань залежно від віддалі до базової станції, кількості сузір’їв супутників, кількості епох та виду зв’язку. 2. Дослідження можливості побудови геодезичних мереж з використанням статичних та синхронних RTK ГНСС-векторів. 3. Трансформацію планових координат із системи ETRF-2000 до системи ГТТ Дністровської ГАЕС. Розраховані параметри перетворення, які впроваджені у ПЗ CDC-NET для формування диференційних поправок на територію Дністровської ГАЕС. З метою перетворення еліпсоїдальних висот системи ETRF-2000 до системи нормальних висот ГТТ Дністровської ГАЕС створена регулярна сітка висот квазігеоїда, яка завантажена у ПЗ CDC-NET для передачі диференційних поправок у геодезичні висоти. У третьому розділі з метою підвищення точності визначення параметрів інженерних споруд електронними тахеометрами та відповідно до інструкцій геодезичного виробництва, удосконалено методики та приладдя для послаблення впливу інструментальних похибок на вимірювання електронними тахеометрами, а саме: 1. Методика підвищення точності вимірювання віддалей електронними тахеометрами лінійно-кутовим способом. 2. Пристрій для підвищення точності вимірювань віддалі лінійно-кутовим способом між пунктами, центри яких задані отвором. 3. Візирну ціль, кульковий відбивач та двопризмовий давач-вектор для визначення геометричних параметрів інженерних споруд у просторі. Виконано аналіз електронних тахеометрів та їх використання у світовій практиці. Досліджено метрологічні характеристики електронних тахеометрів різних виробників, подано необхідність їх правильного визначення на спеціальних установках. The thesis is devoted to improving geodetic techniques of increasing measuring accuracy and efficiency of measurements during engineering surveying operations. For many decades, different geodetic methods and techniques have been developed, many of whom having become the classical ones: micro-triangulation, trilateration, hydro leveling, high precision alignment survey, beam and interference laser systems etc. All these methods and means of geodetic measurements have been investigated quite well and described in scientific papers, manuals and monographs, and are being studied at universities by future specialists in engineering geodesy. These methods and means were used for monitoring of vertical deformations of the biggest hydropower plants, pumpedstorage plants, nuclear power plants, mining complexes, high-rise buildings etc. However, modern construction approaches require new techniques and tools to be developed, especially under the conditions of limited planning. Engineering structures which need geodetic treatment are nuclear power plants, hydropower plants, thermal power stations, tunnels, bridges, high-rise buildings. Geodesic works are vitally important at all stages of construction accompanied with more sophisticated project calculations, since they prolong service life of above mentioned engineering structures. The importance of providing engineering geodesy works as a constituent part of a quality system is a first-priority part of the construction process. Therefore, the issue of its improvement is extremely important and will be even more important in the future. In general, engineering geodesy works considered in Chapter 1 can be иtechnologically combined into such directions, as: 1. Geodetic works providing a coordinate base of SGN for engineering constructions. 2. Geodetic works provided for engineering constructions during their building. 3. Geodetic works provided while installing technological equipment. The analysis of Point 1 showed that issues of homogeneous accuracy of coordinate positioning for small engineering facilities was addressed by implementing into production The State Geodetic Reference Coordinate System (USC2000). It provided a MSE of coordinate determination at the level of 3 cm for the whole Ukraine territory. Regarding geodetic networks of big engineering objects, their normative errors stayed at the level of out-of-date measuring techniques. The rapid development of networks of permanent BS enables using new methods of GNSS in a real-time mode for providing the SGN coordinate base for engineering constructions. Considering geodetic works provided for engineering constructions during their building and exploitation, we can mention that in Ukraine such works are regulated by the relevant building codes. They include the description of kinds of works, equipment for them and regulated accuracy. Since geodetic networks at such objects are designed under the limited planning conditions, a need to develop new measuring techniques and special geodetic networks. Geodetic support for the installation of technological equipment of engineering structures in Ukraine is regulated by the corresponding regulatory requirements. These norms determine the accuracy and methods of performance of works. In Ukraine, checks of straightness, equiaxality, horizontality, height, inclination, verticality, parallelism, perpendicularity, flatness, and curvature are carried out with special equipment, autocollimation theodolites, invar wires, gauges, optical tubes with center finders. In world practice, methods based on the use of modern electronic devices, which are much more effective, productive and less time-consuming, have long been widespread. Therefore, the question of introducing such technologies into Ukrainian production arises. In Chapter 2, with the aim of improving the geodetic support of large engineering structures, the coordinate base is used to: 1. Investigation of the accuracy of the RTK mode of GNSS measurements depending on the distance to the base station, the number of satellite constellations, the number of epochs and the type of communication. 2. Researching the possibility of building geodetic networks using static and synchronous RTK GNSS vectors. 3. Transformation of the planned coordinates from the ETRF-2000 system to the GTT system of the Dnister PSPP. The calculated parameters of the transformation are implemented in the CDC-NET software for the formation of differential corrections of the Dniester Gas Station. In order to convert the ellipsoidal heights of the ETRF-2000 system to the system of normal heights of the GTT of the Dniester Gas Power Plant, a regular grid of quasi-geoid heights was created, which was loaded into the CDC-NET software for transferring differential corrections to geodetic heights. In Chapter 3, in order to increase the accuracy of determining the parameters of engineering structures by electronic total stations and in accordance with the geodetic production instructions, the methods and equipment for reducing the influence of instrumental errors on measurements by electronic total stations have been improved, namely: a method of increasing the accuracy of distance measurement by electronic total stations using the linear-angular method, a device for increasing the accuracy of distance measurements in a linear-angular way between points, the centers of which are given by the hole, a sighting target, a cross-beam reflector and a two-point sensor-vector for determining the geometric parameters of engineering structures in space. An analysis of electronic tacheometers and their use in global practice was also performed. The main technical characteristics of electronic tacheometers of various manufacturers have been summarized, the need for their correct determination on special installations has been presented.