Современные методы выполнения геодезических работ в пунктах гидрологических наблюдений

Введение

Геодезические работы на гидрологических постах играют ключевую роль в обеспечении точности измерений уровня воды. Они проводятся в соответствии с Наставлениями гидрометеорологическим станциям и постам [1] и включают высотную привязку реперов к государственной геодезической сети и нивелирование постовых устройств. Традиционно эти работы выполняются с использованием нивелиров, однако развитие технологий ГНСС открывает новые возможности для автоматизации и повышения эффективности геодезических измерений.

Целью данной работы является сравнение точности и применимости спутниковых методов с традиционным нивелированием IV класса на примере гидрологического поста №72055.

Геодезические работы на гидрологических постах относятся к категории специализированных и выполняются с учетом требований гидрологической науки, а также в соответствии с действующими инструкциями и наставлениями по геодезии и картографии [2].

Для высотного обоснования гидрологического поста необходимо установить основные и контрольные (рабочие) реперы. Основной репер используется для проверки положения контрольного репера и фиксации нуля поста. В качестве основного репера может быть использован репер государственной нивелирной сети, расположенный не далее 3 км от поста. Контрольный репер, предназначенный для регулярного нивелирования постовых устройств, размещается вблизи этих устройств, вне зоны затопления.

Высоты точек съемочного обоснования определяются методом нивелирования. Для высотного обоснования применяется нивелирование IV класса [2]. При нивелировании теодолитного хода и поперечных профилей фиксируются высотные отметки характерных точек рельефа, а также отметки верха свай, столбов и кольев, закрепляющих магистраль и поперечники.

Для нивелирования используются механические или цифровые нивелиры, соответствующие стандарту [3]. Работы проводятся в соответствии с инструкцией по нивелированию I–IV классов [2]. Обработка данных выполняется по инструкции [4], а для цифровых нивелиров — по [5]. Средняя квадратическая погрешность измерений не должна превышать 10 мм/км хода для нивелирования IV класса [2].

Согласно [1] нивелирование уровнемерных устройств от контрольных реперов проводится не реже двух раз в год, а контрольные реперы проверяются от основных реперов каждые 1–3 года.

Данные и методы

Для испытания цифрового геодезического оборудования был выбран гидрологический пост №72055 на реке Охте в деревне Новое Девяткино. Полевые работы проводились в 2022 году. Пост № 72055 расположен в рекреационной зоне «Охтинская долина». Река Охта имеет ширину 6–15 м, глубину до 1,6 м и скорость течения 1–2 м/с. Берега реки заросли деревьями и кустарниками, а близлежащая территория характеризуется высокой плотностью застройки. Уклон берегов варьируется от 15 до 70°.

На рис. 1 представлен план участка гидрологического поста № 72055, созданный на основе данных, полученных с помощью цифрового тахеометра TOPCON GPT-3105N и обработанных в ПО КРЕДО ДАТ [6].

Полевые нивелирные работы выполнялись с использованием цифрового нивелира Sokkia SDL30. Для определения отметки контрольного репера РП-9 был проложен нивелирный ход IV класса от пунктов государственной геодезической сети. Исходные данные были получены от стенного репера 9382 и грунтового репера 0142.

Отметки пунктов государственной геодезической сети были запрошены через федеральный портал пространственных данных Роскадастра (https://portal.fppd.cgkipd.ru/).

В результате нивелирования была определена высотная отметка репера РП-9 — 12,497 м в Балтийской системе высот 1977 г. (БС-77). От РП-9 отметки были переданы на реперы РП-4 и РП-7, а также на сваи и колышек уреза воды. Обработка данных проводилась в ПО Кредо Нивелир 3.1 [5].

Дополнительно измерения выполнялись с использованием аппаратуры ГНСС (глобальных навигационных спутниковых систем) двумя методами.

1. RTK (Real-Time Kinematic) — метод определения координат в режиме реального времени с использованием дифференциальных поправок.
2. Статический режим — метод относительных спутниковых определений, применяемый для постобработки данных.

Спутниковые наблюдения в режиме статики были обработаны в ПО Кредо ГНСС 2.0 [7]. Схема наблюдений представлена на рис. 2.

Результаты

Точность спутниковых методов оценивалась путем сравнения с данными нивелирования IV класса. Результаты сравнения приведены в таблице 1.

Согласно нормативным требованиям [8], погрешность высотного положения точек съемки не должна превышать 12,5 см для масштаба 1:2 000, Сравнение результатов измерений показало, что спутниковые методы не всегда обеспечивают точность, соответствующую требованиям нивелирования IV класса. В частности, погрешность измерений в режиме статики составила до 0,426 м, а в режиме RTK — до 0,269 м. Наибольшие отклонения наблюдались на залесенных и застроенных участках.

В настоящее время высотная основа страны, представленная геодезическими пунктами с отметками в Балтийской системе высот 1977 года, находится в неудовлетворительном состоянии. Значительная часть пунктов либо полностью утрачена, либо требует восстановления. Особо критичная ситуация сложилась в районах Крайнего Севера, где плотность пунктов государственной геодезической сети изначально низка, а их сохранность дополнительно ухудшается из-за просадки грунтов, вызванной деградацией многолетней мерзлоты.

В этих условиях традиционное нивелирование как метод определения высот становится крайне затруднительным. Однако особенности арктической зоны, такие как высокая степень открытости горизонта, создают предпосылки для ограниченного применения спутниковых технологий. Они могут использоваться для определения высот уровнемерных устройств на гидрологических постах в случаях, когда поблизости отсутствует надежная опорная геодезическая сеть.

Заключение

Традиционное нивелирование остается наиболее надежным методом определения высотных отметок гидрологических постов в условиях застройки и залесенности, обеспечивая высокую точность измерений независимо от внешних факторов.

Спутниковые методы могут быть эффективны для топографической съемки на гидрологических постах, однако их применение требует учета особенностей местности и наличия развитой сети референсных станций.

В условиях Крайнего Севера, при достаточной открытости горизонта и отсутствии поблизости реперной сети, спутниковые методы могут ограниченно использоваться для определения высот уровнемерных устройств. Однако их применение должно сопровождаться дополнительным контролем точности, особенно в сложных ландшафтных условиях.

Таким образом, выбор метода определения высотных отметок должен основываться на анализе конкретных условий местности, доступности инфраструктуры и требований к точности измерений.