Цей підручник написаний на основі багаторічного досвіду викладання курсу геодезія в НУ "Львівська політехніка". В ньому вперше зроблена спроба не тільки детально розглянути відсутні в попередніх підручниках питання теорії, електронних приладів, методів супутникової геодезії, але і достатньо повно описати найсучасніші автоматизовані прилади та методи створення геодезичної основи карт та планів, виконання топографічного знімання територій дистанційними методами, розв'язання на основі планів, карт та спеціальних геодезичних вимірювань найширшого спектру наукових та інженерних задач в різноманітних галузях та в обороні країни. Розгляд багатьох питань в підручнику виконаний значно ширше, ніж цього вимагає програма вищого учбового закладу. Тому підручник може бути корисний інженерам-геодезистам, аспірантам, викладачам геодезії в вузах, коледжах, та допоможе бажаючим знайти дорогу у світ геодезичної науки. ЗМІСТ ПЕРЕДМОВА 9 ПРЕДМЕТ ГЕОДЕЗІЇ 11 РОЗДІЛ І. ВИСОТНІ ГЕОДЕЗИЧНІ МЕРЕЖІ 14 1.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ГЕОМЕТРИЧНЕ НІВЕЛЮВАННЯ III і IV КЛАСІВ 14 1.1.1. Призначення державної нівелірної мережі 14 1.1.2. Класифікація державної нівелірної мережі 15 1.1.3. Особливості нівелірної мережі в містах, населених пунктах та на будівельних майданчиках 18 1.1.4. Складання проекту нівелірної мережі 19 1.1.5. Нівелірні знаки 21 1.2. ПРИЛАДИ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬ ДЛЯ ГЕОМЕТРИЧНОГО НІВЕЛЮВАННЯ III, IV КЛАСІВ 25 1.2.1. Головні вимоги до нівелірів, що використовують для нівелювання III, IV класів 25 1.2.2. Головні вимоги до нівелірних рейок 27 1.2.3. Будова, перевірки та дослідження нівелірів із рівнями 28 1.2.4. Будова, перевірки та дослідження нівелірів з компенсаторами 35 /. 2.5. Електронні цифрові нівеліри. Тотальні нівелірні станції 39 1.2.6. Перевірки та дослідження нівелірних рейок 44 1.2.7. Визначення ціни поділки циліндричного рівня та збільшення зорової труби за допомогою рейки 50 1.2.8. Дослідження руху фокусувальної лінзи 53 1.3. ВИКОНАННЯ НІВЕЛЮВАННЯ III ТА IV КЛАСІВ. ПОХИБКИ ТА ТОЧНІСТЬ НІВЕЛЮВАННЯ 61 1.3.1. Порядок роботи на станції під час нівелювання III класу 61 13.2. Порядок роботи на станції під час нівелювання IV класу 64 1.3.3. Похибки нівелювання. їх зменшення та усунення 65 1.3.4. Точність нівелювання III, IVкласів 75 1.4. ЗРІВНОВАЖЕННЯ НІВЕЛІРНИХ ХОДІВ ТА МЕРЕЖ 78 1.4.1. Зрівноваження висот окремого нівелірного ходу 78 1.4.2. Зрівноваження нівелірної мережі з однією вузловою точкою 80 1.4.3. Зрівноваження перевищень нівелірних мереж: методом еквівалентної заміни 81 1.4.4. Зрівноваження висот нівелірних мереж методом еквівалентної заміни 84 1.4.5. Зрівноваження нівелірних мереж способом послідовних наближень (спосіб вузлів) 85 1.4.6. Зрівноваження нівелірної мережі порівнянням нев'язок суміжних ходів 88 1.4.7. Зрівноваження нівелірної мережі методом В.В.Попова 89 РОЗДІЛ II. ПЛАНОВІ ГЕОДЕЗИЧНІ МЕРЕЖІ 92 П.1. МЕТОДИ СТВОРЕННЯ ПЛАНОВИХ МЕРЕЖ. ОСНОВНІ ВИМОГИ. ФОРМУЛИ 92 II.1.1. Сучасні методи створення планових мереж 92 II.1.2. Основні положення створення планових державних геодезичних мереж: (ДГМ) 96 ІІ.1.3. Астрономо-геодезична мережа 1 класу (АГМ-1) 97 ІІ.1.4. Основні вимоги до державної мережі 2 класу 98 ІІ.1.5. Основні вимоги до державної мережі згущення 3 класу 99 ІІ.1.6. Розрядні мережі згущення 100 ІІ.1.7. Класифікація полігонометрії 105 ІІ.1.8. Формули для обчислення кутових та лінійних нев'язок в ходах полігонометрії. 106 ІІ.1.9. Поздовжні та поперечні похибки витягнутого полігонометричного ходу 108 ІІ.1.10. Основні розрахункові формули очікуваних поздовжніх похибок траверсних та віддалемірних полігонометричних ходів 109 II. 1.11. Виведення розрахункової формули поперечної похибки висячого полігонометричного ходу 114 ІІ.1.12. Виведення формули поперечної похибки полігонометричного ходу з попередньо ув'язаними кутами 117 II. 1.13. Полігонометричні знаки 119 II. 1.14. Організація полігонометричних робіт 121 ІІ.2. ЛІНІЙНІ ВИМІРЮВАННЯ В ТРАВЕРСНІЙ ПОЛІГОНОМЕТРІЇ 124 ІІ.2.1. Прилади для вимірювання ліній у траверсній полігонометрії 124 ІІ.2.2. Виконання лінійних вимірювань підвісними мірними приладами 125 ІІ.2.3. Джерела похибок під час вимірювання ліній підвісними мірними приладами 128 ІІ.2.4. Розрахунок допусків на окреме джерело похибок лінійних вимірів 129 ІІ.3. КУТОВІ ВИМІРЮВАННЯ В ПОЛІГОНОМЕТРІЇ 134 II. 3.1. Основні вимоги до кутомірних приладів в полігонометрії. Класифікація теодолітів та тахеометрів 134 II 3.2. Відлікові пристрої оптичних кутомірних приладів. їх призначення та класифікація 139 II. 3.3. Принцип роботи автоматичних систем відліків електронних теодолітів та тахеометрів 144 ІІ.3.4. Будова оптичних і електронних теодолітів та тахеометрів 150 ІІ.3.5. Перевірки теодолітів 154 II. 3.6. Вимірювання горизонтальних кутів способом кругових прийомів 160 II.3.7. Вимірювання горизонтальних кутів способом повторень 167 II. 3.8. Вимірювання горизонтальних кутів електронними теодолітами (тахеометрами) 169 ІІ.3.9. Джерела похибок вимірювання горизонтальних кутів 171 II. 3.10. Розрахунок допуску сумарної величини випадкової похибки вимірювання окремого горизонтального кута 173 ІІ.3.11. Розрахунок допустимої величини систематичної похибки вимірювання окремого кута.. 174 II.3.12. Похибка редукції. 175 ІІ.3.13. Похибки центрування теодоліта 177 II.3.14. Методи зменшення похибок редукції та центрування 179 ІІ.3.15. Похибки вимірювання горизонтальних кутів 180 ІІ.3.16. Інструментальні (приладні) похибки 183 ІІ.3.17. Вплив зовнішнього середовища на вимірювання горизонтальних кутів 187 ІІ4. ПОПЕРЕДНЄ ОПРАЦЮВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ПОЛЬОВИХ ВИМІРІВ В ПОЛІГОНОМЕТРІЇ 189 ІІ.4.1. Попереднє опрацювання лінійних вимірів 189 II.4.2. Редукування довжин ліній на рівень моря і на площину Гаусса-Крюгера 189 ІІ.4.3. Опрацювання результатів кутових вимірів на окремому геодезичному пункті 192 ІІ.4.4. Оцінка точності лінійних вимірювань за результатами польових робіт 193 ІІ.4.5. Оцінка точності кутових вимірювань за результатами польових робіт 194 ІІ.5. ПРИВ'ЯЗУВАЛЬНІ РОБОТИ В ПОЛІГОНОМЕТРІЇ 196 ІІ.5.1. Види та задачі прив'язувальних робіт. Способи прив'язування 196 ІІ. 5.2. Передача координат із високих (недоступних) точок на Землю (знесення координат) 196 ІІ.5.3. Пряма одноразова та багаторазова засічки 198 II. 5.4. Обернена одноразова кутова засічка (задача Потенота) 199 П.5.5. Диференційні формули дирекційних кутів 201 II. 5.6. Обернена багаторазова кутова засічка 202 II. 5.7. Точність прямої та оберненої багаторазових кутових засічок 205 ІІ. 5.8. Точність прямої та оберненої одноразових кутових засічок 206 II. 5.9. Лінійна геодезична засічка 208 II. 5.10. Визначення координат двох точок за відомими координатами двох інших точок (задача Ганзена) 210 ІІ.5.11. Прив'язування пунктів полігонометрії до постійних об'єктів місцевості. Відшукування полігономгтричних пунктів 211 11.6. СВІТЛОВІДДАЛЕМІРНА ПОЛІГОНОМЕТРІЯ. ОСНОВИ ТЕОРІЇ Й ПРАКТИКИ СВІТЛОВІДДАЛЕМІРНИХ ВИМІРЮВАНЬ 215 II. 6.1. Класифікація віддалемірної полігонометрії та віддалемірів 215 ІІ.6.2. Принцип вимірювання віддалі шляхом визначення часу розповсюдження електромагнітних (світлових) хвиль 215 II. 6.3. Основні відомості з теорії гармонійних коливань 217 II. 6.4. Поняття про модулювання коливань 219 ІІ.6.5. Принцип роботи фазових світловіддалемірів 221 ІІ.6.6. Блок-схема візуального світловіддалеміра з визначенням різниці фаз по екстремумах світлового потоку 222 II. 6.7. Блок-схема світловіддалеміра на фіксованих частотах із парафазним фотоелектронним визначенням різниці фаз 224 ІІ.6.8. Світловіддалемір топографічний СТ-5 ("Блеск"). Будова. Імпульсний метод вимірювання віддалей 227 ІІ.6.9. Перевірки світловіддалеміра СТ-5 231 ІІ.6.10. Вимірювання ліній світловіддалеміром СТ-5 235 ІІ.6.11. Вимірювання ліній та вертикальних кутів компактною тотальною станцією SET-GE 236 ІІ.6.12. Похибки світловіддалемірних вимірювань 238 II. 6.13. Розрахунок точності ходів світловіддалемірної полігонометрії 242 ІІ.7.ОПТИЧНО-ВІДДАЛЕМІРНА ПОЛІГОНОМЕТРІЯ 245 II.7.1. Принцип роботи та класифікація оптичних віддалемірів 245 ІІ.7.2. Віддалемір із постійним базисом та змінним кутом 246 II.7.3. Віддалеміри подвійного зображення 248 ІІ.7.4. Суть паралактичної полігонометрії. 250 ІІ.7.5. Суть віддалемірно-базисно їполігонометрії 252 ІІ.7.6. Типи паралактичних і віддалемірно-базисних ланок 253 ІІ.8.СТРОГЕ ЗРІВНОВАЖЕННЯ ПОЛІГОНОМЕТРИЧНИХ ХОДІВ 255 ІІ.8.1. Недоліки спрощених методів зрівноваження 255 ІІ.8.2. Кількість вимірів та невідомих в полігонометричному ході. Необхідні та надлишкові виміри 257 ІІ.8.3. Виведення формул, що зв'язують поздовжній та поперечний зсуви ходу з нев'язками по осях координат 258 ІІ.8.4. Виведення умовних рівнянь, що виникають в полігонометричному ході, прокладеному між відомими пунктами 259 ІІ.8.5. Строге зрівноваження довільного полігонометричного ходу корелатним методом 264 ІІ.8.6. Строге зрівноваження витягнутого полігонометричного ходу корелатним методом 266 ІІ.8.7. Строге зрівноваження витягнутогорівностороннього полігонометричного ходу 269 II. 8.8. Приклад зрівноваження витягнутого полігонометричного ходу корелатним методом (способом найменших квадратів) 271 II.8.9. Суть параметричного методу зрівноваження геодезичних мереж 275 II.9. ЗРІВНОВАЖЕННЯ ПОЛІГОНОМЕТРИЧНИХ МЕРЕЖ 279 ІІ.9.1. Зрівноваження полігонометричної мережі, що сходиться в одну вузлову точку 279 ІІ.9.2. Зрівноваження полігонометричної мережі способом послідовних наближень 280 II. 9.3. Зрівноваження полігонометричної мережі методом еквівалентної заміни .283 ІІ.9.4. Зрівноваження кутів полігонометричної мережі методом професора В.В.Попова 285 II.9.5. Зрівноваження приростів координат полігонометричних мереж методом професора В.В.Попова .287 ІІ.9.6. Оцінка точності полігонометричних ходів та мереж за результатами зрівноваження .289 РОЗДІЛ III. ПРОСТОРОВІ СУПУТНИКОВІ МЕРЕЖІ (ОСНОВИ СУПУТНИКОВОЇ ГЕОДЕЗІЇ) 290 ІІІ. БУДОВА ТА ПРИНЦИП РОБОТИ ГЕОДЕЗИЧНИХ СУПУТНИКОВИХ СИСТЕМ 290 ІІІ.1.1. Принцип роботи систем визначення просторового положення точок .290 ІІІ.1.2. Найважливіші відомості про будову глобальних навігаційних систем 292 III. 1.3. Основи теорії визначення положення пунктів глобальними супутниковими системами 299 ІІІ.1.4. Абсолютні та відносні методи супутникового вимірювання 304 ІІІ.1.5. Основні відомості про параметри орбіт супутників 308 III.1.6. Загальний принцип побудови супутникових передавачів системи GPS 310 ІІІ.1.7. Структурна схема геодезичного супутникового приймача 313 III.1.8. Короткі відомості про роботу системи керування та опрацювання вимірів приймачем GPS 315 ІІІ.2. СУПУТНИКОВІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ КООРДИНАТ 318 ІІІ.2.1. Технології GPS-вимірювання 318 ІІІ.2.2. Статичний метод визначення координат пунктів 319 III.2.3. Параметри місії, тривалість та довжини векторів під час роботи в статичному режимі 321 ІІІ.2.4. Визначення координат методом "стій/йди" ("Stop and go") 322 III.2.5. Вибір проміжку часу та параметри місії під час спостереження в режимі "стій/йди" ("stop and go') 323 ІІІ.2.6. Визначення координат методом "швидкої статики" 324 ІІІ.2.7. Технологія псевдо-статична псевдокінематична, реокупаційна (Reoccupation) 325 ІІІ.2.8. Робота в режимі "кінематика" 325 ІІІ.2.9. Робота в режимі "кінематика в польоті" 326 ІІІ.2.10. Технологія диференційного DGPS-вимірювання (Differential GPS) 327 ІІІ.3. ПОБУДОВА ДЕРЖАВНИХ ГЕОДЕЗИЧНИХ МЕРЕЖ (ДГМ) СУПУТНИКОВИМИ МЕТОДАМИ 329 III.3.1. Загальні відомості про побудову ДГМ супутниковими методами 329 ІІІ.3.2. Системи координат, що використовуються в космічній геодезії. 331 III. 3.3. Проектування та рекогностування просторових супутникових геодезичних мереж: (СГМ) 336 III. 3.4. Складання робочого проекту 340 III. 3.5. Підготування комплексу причадів до польового вимірювання 344 ІІІ.3.6. Будова та технічні характеристики компактного одночастотного приймача GPS ProMark-2 345 ІІІ.3.7. Підготування приймача Pro Mark-2 до роботи та виконання спостережень на геодезичному пункті 351 ІІІ.3.8. Застосування режиму "стій/йди" для визначення просторових координат під час топографічного знімання місцевості 358 ІІI.3.9. Загальні відомості про опрацювання GPS-вимірів 362 ІІІ.4. Основні ДЖЕРЕЛА ПОХИБОК СУПУТНИКОВИХ ВИМІРІВ І МЕТОДИ ПОСЛАБЛЕННЯ їх ВПЛИВУ 365 ІІІ.4.1. Класифікація джерел похибок супутникових вимірів 365 ІІІ.4.2. Джерела похибок, пов'язані з неточними ефемеридами супутників та методи послаблення їх впливу 365 ІІІ.4.3. Оцінка впливу зовнішнього середовища на результати супутникового вимірювання 368 ІІІ.4.4. Вплив іоносфери 369 ІІІ.4.5. Вплив тропосфери 373 ІІІ.4.6. Багатошляховість 374 ІІІ.4.7. Інструментальні джерела похибок 376 ІІІ.4.8. Геометричний фактор 378 РОЗДІЛ IV. ВЕЛИКОМАСШТАБНЕ ТОПОГРАФІЧНЕ ЗНІМАННЯ 380 IV. 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВЕЛИКОМАСШТАБНЕ ТОПОГРАФІЧНЕ ЗНІМАННЯ 380 IV.1.1. Топографічні плани та карти 380 IV.1.2. Мета та призначення топографічного знімання 383 IV.1.3. Методи топографічного знімання. їх суть 384 IV.1.4. Обґрунтування вибору перерізу рельєфу 387 IV.1.5. Обгрунтування масштабу знімання 389 IV.1.6. Технічний проект топографо-геодезичних робіт 396 IV.2. РОБОЧІ (ЗНІМАЛЬНІ) МЕРЕЖІ ВЕЛИКОМАСШТАБНОГО ТОПОГРАФІЧНОГО ЗНІМАННЯ 398 IV.2.1. Види геодезичної основи великомасштабного знімання. Розрахунок необхідної щільності робочої основи 398 IV.2.2. Методи створення знімальної (робочої) основи. Закріплення пунктів мережі на місцевості 401 IV.2.3. Аналітичні мережі (польові роботи) 402 IV.2.4. Розрахунок точності ланки трикутників аналітичної мережі 404 IV.2.5. Спрощені способи зрівноваження аналітичних мереж 406 IV.2.6. Розрахунок планової точності та допустимої довжини мензульного ходу 408 IV.2.7. Розрахунок точності та допустимої довжини теодолітного ходу 410 IV.2.8. Розрахунок планової точності та допустимої довжини тахеометричного ходу 411 IV.2.9. Технічне нівелювання для створення робочої основи топографічного знімання 413 IV.2.10. Тригонометричне нівелювання для створення висотної знімальної основи 414 IV.2.11. Вимірювання зенітних віддалей. Вертикальна рефракція 416 IV.3. КОМБІНОВАНЕ ТОПОГРАФІЧНЕ ЗНІМАННЯ 422 IV.3.1. Виконання аерофотознімання 422 IV.3.2. Складання накидного монтажу. Оцінка якості аерофотознімання 428 IV.3.3. Технологічна схема комбінованого методу знімання 429 IV.3.4. Прив'язування знімків 430 IV.3.5. Процеси польових робіт під час аеротопографічного знімання 433 IV.3.6. Маркування розпізнавальних знаків 433 IV.3.7. Планове підготування аерознімків 434 IV.3.8. Висотне підготування аерознімків 435 IV.3.9. Камеральне згущення планових та висотних точок. Мета. Суть. Методи 437 IV.3.10. Редукування фототріангуляційної мережі 440 IV.3.11. Трансформування знімків 442 IV.3.12. Складання фотопланів 442 IV.3.13. Складання графічних планів 443 IV.4. ЗНІМАННЯ РЕЛЬЄФУ ТА ДЕШИФРУВАННЯ ФОТОШІАНІВ ПІД ЧАС КОМБІНОВАНОГО МЕТОДУ ТОПОЗШМАННЯ 445 IV.4.1. Встановлення мензули над точкою 445 IV.4.2. Польове та камеральне дешифрування 446 IV. 4.3. Порядок роботи на станції під час рисування рельєфу й дешифрування фотопланів 447 IV.4.4. Основні офіційні вимоги до точності зображення контурів та рельєфу 449 IV.4.5. Камеральні роботи під час знімання рельєфу на фотопланах (калька висот, викреслювання польового оригіналу, формуляр трапеції) 450 IV.4.6. Зведення за рамками суміжних топографічних планів 451 IV.4.7. Контроль робіт та приймально-здавальні роботи 452 ІV5. СТЕРЕОАЕРОФОТОГРАММЕТРИЧНЕ ЗНІМАННЯ 455 IV.5.1. Загальні відомості про стереоаерофотограмметричне знімання 455 IV.5.2. Технологічна схема стереофотограмметричного методу знімання 456 IV. 5.3. Сучасні станції аналітичної фотограмметрії 457 IV.6. ЦИФРОВЕ АЕРОЗНІМАННЯ 459 IV.6.1. Цифрова аерознімальна система 459 IV. 6.2. Порівняння технічних можливостей фотограмметричної та цифрової камери. Опрацювання цифрових знімків системою ADS40 460 IV.6.3. Цифрові аерознімальні комплекси з лазерним скануванням 462 РОЗДІЛ V. АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ НАЗЕМНИХ ТОПОГРАФО- ГЕОДЕЗИЧНИХ РОБІТ. ЦИФРОВІ ПЛАНИ ТА КАРТИ 466 V.I. АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ТОПОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧНИХ РОБІТ 466 V.l.l. Основні напрямки та технології автоматизації топографо-геодезичного вимірювання 466 V.I.2. Автоматизація визначення висот 468 V.I.3. Автоматизація визначення планового положення точок 469 V.I.4. Автоматизація визначення просторового положення точок 471 V.I.5. Автоматизовані динамічні топографічні системи 474 V.I.6. Автоматизовані лазерно-паралактичні топографічні системи 475 V.I.7. Електронна тахеометрія 475 V.I.8. Автоматичні координатографи 477 V.I.9. Перетворювачі аналогової інформації в цифрову 477 V.I.10. Наземні лазерні сканери 479 V.2. ЦИФРОВІ ПЛАНИ ТА КАРТИ 482 V.2.I. Загальні відомості про цифрові моделі місцевості 482 V.2.2. Вимоги до цифрових карт та планів 484 V.2.3. Поняття про кодування топографо-геодезичної інформації (ТГІ) 485 V.2.4. Алгоритми опрацювання польової інформації. 487 V.2.5. Алгоритми формування моделі ситуації (МС) 489 V.2.6. Алгоритм формування модулі рельєфу (MP) 489 V.2.7. Диференційні перетворення або ортофототрансформування 492 V.2.8. Поняття про цифрову фотограмметрію та цифровий фотограмметричний знімок 497 V.2.9. Сканування фотознімків 499 V.2.10. Цифрові фотокамери 501 V.2.11. Цифрові фотограмметричні станції. 502 ЛІТАРАТУРА 506