Разработка теории методов формирования геопространственных данных автомобильных дорог

Разработка теории методов формирования геопространственных данных автомобильных дорог.

2.1 Основные понятия технологии построения геопространственных данных

В 2015 году планируется завершить формирование банков пространственных данных в качестве государственных информационных ресурсов. В настоящее время проходит процесс создания базовых пространственных данных в соответствии с концепцией развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации [148].

Эффективное развитие территорий невозможно без наличия информационной системы, которая бы содержала подробные данные о таких объектах как ТК. Основу такой геопространственной системы (ГИС) составляет геопространнственные данные (ГПД).

ГПД представляют собой цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении, форме и свойствах [38, 61, 62].

ГПД – это основная часть геопространства. Одним из элементов геопространства будет пространство автомобильных и железных дорог. В настоящее время термин «транспортное пространство» означает взаимосвязь перевозчиков и получателей грузов [184]. В данном исследовании при изучении и моделировании пространства объектов автомобильных и железных дорог понимается методология получения координатных геодезических данных.

Пространство дорог, как разновидность геопространства, характеризуется протяженностью, динамичностью, структурностью, непрерывностью [60].

Протяженность пространства автомобильных и железных дорог– характеризуется территориальным охватом: группы государств, страны (внутренние дороги), населённого пункта, его части (железнодорожные пути предприятий).

Динамичность пространства обусловлена его постоянной изменчивостью и непрерывной связью со временем. Это позволяет, как исследовать и определить прошлое состояние рассматриваемого объекта, так и прогнозировать будущее состояние.

Структурность пространства проявляется в наличии и расположении объектов геопространства (в том числе предметов, явлений и проявлений процессов), содержащихся и происходящих в геопространстве на каждый конкретный момент времени. Объектами пространства могут быть конкретные участки железных и автомобильных дорог, мостов.

Непрерывность пространства характеризуется обязательным наличием в каждой его точке соответствующего объекта.

Полное описание геопространственной информации складывается из взаимосвязанных описаний топологии, геометрии и атрибутики объектов. Необходимость учета динамичности, изменчивости данных. Их обновления требует учета временных аспектов данных, расширяя понятие ГПД до пространственно-временных данных.

ГИС является фундаментом управления транспортной информационной системой, позволяющей решать сложнейшие аналитические и практические задачи в области моделирования процессов в различных видах транспорта и ТК.

Сегодня ГИС все чаще выступают в роли инструмента при принятии инженерных и управленческих решений, так как аккумулируют в себе информацию об объектах и процессах и позволяют обрабатывать огромное количество данных [30, 31].

Создание и хранение пространственные данных сегодня осуществляется с помощью самостоятельных или встроенных в ГИС баз данных. В ГИС, в зависимости от состава их функциональных возможностей, определяют различные операции ввода, экспорта, импорта, обмена, переработки, обработки, анализа, вывода, визуализации и т.п. геопространственной информации.

В данное время ГИС – это информационная система с помощью, которой проводят анализ геопространства и управляют его развитием, на основе различных геоинформационных моделей с учётом пространственно-временных факторов. Информационная база ГИС содержит данные о пространственных объектах.

Геодезическое описание пространственного объекта и его картометрическое описание, обеспечивается цифровыми данными о различных системах координат, пунктах государственных и местных геодезических сетей, ЦММ.

Геоинформационные системы для автодорожного и мостового строительства относятся к прикладным ГИС, и они пока не столь широко известны в нашей стране. Однако ГИС, используемые при выполнении проектно-изыскательских работ, уже  внедряются в производство. Наибольшее распространение получили программные продукты фирм «Кредо – Диалог» (Минск); «Росстройизыскания», «Autodesk» и других.

Одно из ведущих мест в нашей стране по применению ГИС–технологий в автодорожном строительстве занимает унитарное дорожное предприятие «Дортехнологии» г. Санкт–Петербурга [7].

Данная организация проектирует ремонт городских улиц и создаёт ГИС улиц проездов Санкт–Петербурга на основе технологии, базирующейся на комплексе программ фирмы Autodesk (AutoCAD Map+Soft Desk). Каждая из дорог любого класса и категории характеризуется большим количеством параметров (географических, экономических, технических, социальных и других), составляющих «паспорт» дороги. Большое количество динамически обновляющейся во времени информации о сети автомобильных дорог и для более эффективного планирования серьёзных объёмов инвестиций в строительство, ремонт и содержание дорог привело к необходимости создания комплексных автоматизированных систем управления дорожным  хозяйством, проектирования ремонта и реконструкции автодорог.

Создание фонда электронных паспортов позволит решить следующие задачи:

– отображение на картографическом фоне текущего состояния городских улиц и проездов;

– комплексный технический учёт объектов дорожного хозяйства и благоустройства;

– анализ сложившейся ситуации и информационная поддержка принятия решений (в том числе оценка пропускной способности улиц, маршрутизации транспорта);

– просчёт вариантов проектирования строительства или ремонта и выбор наилучшего;

– учёт состава и объёма выполненных работ;

– выдачу материалов фонда в соответствии с инструкциями организациям.

Другая составляющая геопространственной информации представляет собой набор данных о пространственных объектах, полученные из юридически значимых источников.

Указанный набор данных включает в себя большой перечень сведений, который со временем только увеличивается. Из этого перечня можно выделить как основные следующие сведения: описание границ и топологии Российской Федерации, ее субъектов, муниципальных образований, населенных пунктов; автомобильные и железные дороги, другие объекты транспортной инфраструктуры; поверхностные водные объекты общего пользования; лесные кварталы; объекты государственного кадастрового деления и кадастрового учета; зоны с особыми условиями использования территорий; особо охраняемые природные объекты; отраслевые пространственные данные, а также многие иные сведения.

В качестве базовых пространственных объектов в состав модели пространственных данных железной дороги необходимо включить следующие виды объектов по рекомендации ОАО НИИАС [172]: железнодорожный путь; железнодорожные станции и узлы; пересечения железнодорожного пути с автомобильными дорогами; пересечения железнодорожных магистралей с гидрографическими объектами объекты зданий и сооружений в пределах полосы отвода железных дорог; пересечения железнодорожного пути с инженерными коммуникациями.

Для формирования массива ГПД как основного, базового массива ГИС могут применяться различные технологии сбора данных, такие как цифрование картографических материалов, автоматизированные методы наземных съёмок и дистанционное зондирование. Также могут использоваться данные из других отраслей промышленности и производства, например железнодорожных ГИС.

Анализ развития технологий сбора ГПД показывает, что всё более широкого используют метод сканирования картографических материалов, фотоснимков и автоматического распознавания объектов по растровому изображению [61,62].

Наиболее распространённым методом получения геопространственных данных является цифрование картографических материалов. Цифровые и электронные карты создают с помощью цифрования графических оригиналов карт и планов и тиражных оттисков, а также составительских и издательских оригиналов. Информационное обеспечение этого процесса включает ряд компонентов, основными являются формат данных, правила цифрового описания объектов и классификатор.

Самый динамичный из них – классификатор, так как каждому конкретному потребителю необходим свой собственный набор объектов местности (при проектировании автомобильных дорог требуют одни данные, а при проектировании железных дорог, особенно железнодорожных станций другие). Поэтому на основе стандартизированных общих правил выделения объектов и их классификации составляются конкретные технологические классификаторы. Каждый пользователь должен иметь классификатор отраслевых пространственных предметов, в котором  детализируется и уточняется топографический классификатор, так как в этом случае от его полноты и правильности передачи информации о местности зависит качество общегеографической основы любого ГИП.

Получение ГПД с использованием картографических материалов выполняют в следующей последовательности:

–  проводят редактирование;

– подготавливают исходные картографические материалы к оцифровке;

– преобразовывают исходные материалы в цифровую форму;

– формируют ГПД по соответствующим планам или картам.

Редакционные работы включают сбор, анализ и систематизацию картографических и справочных материалов. В качестве исходных картографических материалов могут служить издательские и составительские оригиналы (копии) карт и планов, а также различные графические материалы, получаемые различными геодезическими методами. Окончательно при подготовке материалов к оцифровке необходимо составить документы регламентирующие процесс цифрования метрической и семантической информации. При этом необходимо выполнять соответствующую цепочку объектов. Например, населенный пункт, промышленный объект, рельеф, гидрография, дорожная сеть и т. д.

В случаи применения копий оригинала топографической карты значительно облегчается процесс цифрования объектов местности за счет формирования геоинформации по отдельным слоям или уровням. При этом конечной целью процесса будет определение координат графических элементов. Они формируют картографическое изображение и приводят считанное изображение в цифровой машинный код, а также выполняют символьное кодирование семантических характеристик цифруемых объектов, отображенных на картографическом материале.

Способы оцифровки картографического изображения и его представления в цифровом виде могут быть различными и зависят от нескольких факторов, прежде всего характера картографического изображения и вида задач, в интересах которых картографическое изображение преобразуется в цифровой вид. При оцифровке изображение объекта, состоящее из точек, линий и площадей, рассматривается как множество точек, положение которых определяется координатами.

Результаты цифрования формируются в определённую файловую структуру. Визуализация ГПД в форме ЭК в процессе цифрования играет роль интерфейса, обеспечивающего оператору динамическое двустороннее взаимодействие с базой пространственных данных.

Для формирования массива ГПД при изысканиях, строительстве и эксплуатации транспортных объектов применяется метод электронной тахеометрии, который позволяет автоматизировать процессы сбора, передачи и обработки данных измерений с применением специализированных программных комплексов, метод спутниковых определений, а также новый, прогрессивный метод лазерного сканирования.

Метод электронной тахеометрии в настоящее время достаточно проработан, исследован и имеет очень широкое использование. В основном его применение рассматривают с позиций геодезических съёмочных работ. Поэтому следует разрабатывать методики применения электронных тахеометров, прежде всего, ориентируясь на специфику объектов транспортной инфраструктуры. В дальнейшем нами будут разработаны оригинальные способы производства геодезических работ с применением электронных тахеометров, позволяющие оперативно получать надёжную информацию при строительстве мостов и инженерно-геодезических изысканиях на железнодорожных станциях.

Метод спутниковых измерений, как глобальный, находит все более широкое применение в различных областях деятельности человека, о чем свидетельствуют многочисленные отечественные и зарубежные публикации, особенно для железнодорожного транспорта. Поэтому рассмотрим возможности этого метода в разделе 2.3.

Перспективным следует считать метод лазерного сканирования. Остановимся на особенностях и перспективах его применения для получения ГПД объектов автомобильных и железных дорог.

В настоящее время существуют системы воздушного и наземного лазерного сканирования. При изысканиях линейных объектов с применением воздушных систем не всегда достигается необходимая точность работ.

Поэтому для сканирования площадных объектов эффективно применять наземное сканирование, которое к тому же на порядок дешевле сканирования с воздуха. Принцип действия современных лазерных сканеров основан на без отражательном измерении расстояния до цели с помощью излучателя, работающего в импульсном режиме, и значения угла, определяющего направление распространения лазера. В результате обработки всего массива данных получают точки с известными координатами.

Угол поле зрения современных наземных лазерных сканеров составляет 310° в вертикальной плоскости и до 360°в горизонтальной плоскости. Точность регистрации поверхности может варьироваться от нескольких миллиметров до 5 см, в зависимости от расстояния, отражающей способности поверхности и разрешения. Дальность действия сканеров составляет — от 1 до 2 500 м [96] и зависит от технических особенностей конкретного прибора и установок, задаваемых пользователем.

Комплект оборудования состоит из лазерного сканера, портативного компьютера со специальным программным обеспечением, аккумуляторов и зарядного устройства.

В результате сканирования пользователь получает массив точек с пространственными координатами, так называемое «облако точек», описывающее конфигурацию объектов сканированного объекта.  Полученные выходные данные включают следующую информацию для каждой точки:

– пространственные координаты;

– интенсивность лазерного излучения;

– информацию о реальном цвете цели.

Обработка данных и управление функциями сканера осуществляются при помощи специального программного обеспечения. Работа с таким большим объемом информации требует значительный объём оперативной памяти у компьютера. Прилагаемое программное обеспечение позволяет осуществлять визуализацию трехмерных данных, как правило, в различных цветовых схемах (расстояние, интенсивность, реальный цвет), слияние результатов измерений, выполненных с разных станций, перевод данных в различные системы координат, моделирование поверхностей, создание трехмерных моделей, создание планов, экспорт данных. При необходимости создания векторной модели объектов, массив точек, получаемый при сканировании, могут экспортироваться в различные программные продукты для моделирования. Точность моделирования объектов может составлять до ±2 мм [96, 185].

Метод наземного лазерного сканирования в настоящее время применяют при получении ГПД объектов железных дорог в ведущих организациях страны, ВНИИАС, ВНИИЖТ, МГУПС, СГУПС, ОАО «Росжелдорпроект». На данном этапе развития и сопутствующего программного обеспечения пока не удаётся достичь максимального эффекта в соотношении время работ, производительность, точность и качество материала. Значительную часть времени занимает процесс постобработки результатов измерений. При геодезических работах на железнодорожных станциях приходится выполнять измерения во время нахождения подвижного состава на пути, то есть применение сканера не даёт должного эффекта. Однако использование систем наземного лазерного сканирования позволяет получать пространственные 3D модели различных объектов, расположенных вне зоны путевого развития (вокзалы, депо и др.).

Одним из эффективных методов получения ГПД является дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ). Метод включает аэрокосмическую съёмку (зондирование), дешифрирование и фотограмметрическую обработку (измерение и моделирование) результатов зондирования.

Метод ДЗЗ используют при глобальном мониторинге транспортных объектов. Результаты обработки материалов ДЗЗ используют для наблюдения за движением транспортных потоков на автомобильных и железных дорогах, чрезвычайными ситуациями, строительством, управлением имуществом [172].

В основе ДЗЗ лежит способность различных поверхностей отражать и испускать электромагнитное излучение, отдельные диапазоны которого регистрируются приёмниками электромагнитного излучения, расположенными на авиационных или космических носителях. Приёмники могут быть кадровыми и сканирующими.

К первой группе относятся фотоаппараты (аэрофотосъёмочные и космические фотографирующие системы), регистрирующие видимый диапазон электромагнитного излучения системой «светофильтр – светочувствительная фотоплёнка». В настоящее время в России не применяют аналоговую фотограмметрическую обработку фотоснимков.

Для современных технологий используются аналитические стереофотограмметрические прибороы. Наиболее широкое распространение получили отечественные программные системы цифровой фотограмметрической обработки аэрокосмических фотоснимков: Цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС) ЦНИИГАиК, Photomod и Талка. Рассмотрим их основные функции и возможности на примере ЦФС [61].

На ЦФС обрабатываются цифровые растровые снимки, полученные путём сканирования фотоснимков центральной проекции или нецентральной (панорамной, шторно-щелевой, сканерной). ЦФС предназначена для создания цифровых топографических планов и карт масштабов от 1:500 до 1:200 000 по стереоскопическим снимкам, а также их обновления на основе обработки одиночных и стереоскопических аэрокосмических снимков. Программное обеспечение включает:

–фототриангуляцию, которая в режиме реального времени выполняет построение свободного блока и уравнивает по опорным точкам и центрам проектирования;

– создание цифровых ортофотопланов, фотопланов, фотокарт;

– стереоскопическую отрисовку рельефа в ручном, автоматическом и интерактивном режимах. При этом выполняется построение регулярной ЦММ на основе корреляции идентичных точек стереопары, а также построение основных и дополнительных горизонталей с заданной высотой сечения рельефа;

– ввод в базу данных станции координат точек и атрибутов объектов местности, полученных, например, с помощью электронных тахеометров или спутниковых приёмников;

– сбор информации об определённых объектах местности и кодирование атрибутивной информации в соответствии с введённым информационным обеспечением станции (классификатором, условными обозначениями, правилами описания объектов). Одновременно выполняют автоматическое построение геометрических элементов (дуг и окружностей, перпендикуляров, двойных линий, восстанавливают невидимые углы зданий, обеспечивают условия ортогональности линий, сглаживают кривые, определяют метрические характеристики объектов). Также предусматривают конструирование контуров сложных линейных и площадных объектов и присоединение к ранее созданному контуру, т. е. построение геометрической модели геопространства.

Полученная на ЦФС векторная информация конвертируется из внутреннего формата DMF в  известные обменные форматы(DXF/DBF, MID/MIF, DGN, SXF Panorama и др.). При конвертировании атрибутивной информации в различные программные продукты и ГИС возникают определённые сложности, вызванные особенностями  информационного обеспечения, причём даже на уровне понятий и названий объектов в разных классификаторах. Данные проблемы устраняют за счёт интерактивной и ручной доработки в ПО ГИС с использованием фиксированных результатов дешифрирования.

Кроме этого, возможен другой путь обработки данных дистанционного зондирования, когда по материалам съемки получают сканерное изображение снимков, которое переводят непосредственно в заданную картографическую проекцию.

Дальнейшей задачей исследования будет разработка способов, позволяющих подучить надежные, и с достаточной степенью точности определения ГПД для автомобильных и железных дорог.

2.2 Теория способа определения пространственной длины трассы

 

Необходимо учитывать протяжённость пространства для получения ГПД при проектировании автомобильных дорог.

Принципы проектирование дорог и современные методы автоматизированного проектирования автомобильных дорог отражены в трудах учёных Бабкова В.Ф., Байкова В.Н., Величко Г.В., Пуркина В.И., Федотова Г.А. и др.

В РФ проектирование плана и продольного профиля для автомобильных дорог осуществляется двумя методами [8]:

1) полигональным трассированием (на основе тангенциального хода);

2) сплайн трассированием.

Наибольшее распространение получили программные продукты «Credo – Дороги» и «IndorCAD/ROAD» [13,14].

Полигональное (классическое) проектирование осуществляется, как правило, для новой автомобильной дороги. При этом применяют круговые кривые, клотоиды, кубические параболы, дуги цепных линий и их эквидистанты. Сплайн трассирование проводят при реконструкции или паспортизации участков дорог. Для этого применяют сплайн 1 и 3-степени, кубические сплайны, кривые Безье и др. Целесообразность применения различных методов обусловлена соответствующими расчётами и сравнительным анализом данных.

Проектирование продольного профиля является одной из важнейших проектных процедур, определяющих транспортно-эксплуатационные качества будущей автомобильной дороги.

При проектировании продольного профиля в системе можно использовать классический или сплайновый метод. При использовании сплайнового метода система выполняет автоматический поиск наиболее подходящего (оптимального) решения с учетом различных ограничений, накладываемых на точки проектной линии (допустимые вертикальные перемещения точек). Оптимизация проектной линии сглаживающими сплайнами особенно эффективна при реконструкции и ремонте автомобильных дорог, когда в узкой полосе варьирования требуется найти наиболее плавное очертание проектной линии, проходящей через заданные точки.

Одной из важных задач, выполняемых при проектировании автомобильных дорог, является визуальная оценка проектного решения. При этом оцениваются такие параметры решения, как достаточная пространственная видимость трассы, видимость на поворотах и примыканиях, правильность расстановки и видимость дорожных знаков, отсутствие частых изгибов трассы в плане и продольном профиле (по вертикали), отсутствие чрезмерно длинных прямых перегонов и другие.

В программах «Credo – Дороги» и  «IndorCAD/Road» для визуальной оценки решений разработан модуль трехмерной визуализации (3D), позволяющий достаточно реалистично представить проект вместе с инженерным обустройством, зелеными насаждениями и другими объектам, расположенными вдоль дороги. Актуальность определения пространственной длины трассы на основе современных автоматизированных методов показана в работе [39].

Представление физической сущности современных методов автоматизированного проектирования автомобильных дорог рассмотрено в разделе 1.2.1. Поэтому сформулируем основной недостаток существующих технологий.

В проектах рассчитывают пространственную длину автомобильных дорог и других линейных инфраструктурных объектов с абсолютной для принятой математической модели и прямоугольной системы координат точностью. Однако естественно, что длина 2D полилинии профиля практически всегда будет больше длины 2D полилинии плана. Значит, при проектировании продольного профиля, в том числе и в 3D не корректно определяют пространственную длину трассы. Назрела необходимость термин «пространственная длина», или «фактическая длина», ввести в практику проектирования автомобильных дорог.

На рисунке 2.1 представлен фрагмент продольного профиля, выполненного по действующим нормативным документам.

В связи с этим предлагается на стадии составления проекта определять фактическую (пространственную) длину трассы и относительно этой величины выполнять все последующие расчеты по объемам работ и стоимостям. Для чего в продольный профиль трассы следует ввести дополнительно две графы – «фактические расстояния» и «фактические пикеты и километры», где записываются фактические длины отрезков, вычисленные по соответствующим горизонтальным проложениям из графы «расстояния» и проектным уклонам, а на основе  фактических длин заполняется графа фактического пикетажа и километража.

В продольных профилях обозначение графы «расстояния» представляется не корректным, поскольку в этой графе записываются не расстояния, а их горизонтальные проложения, поэтому было бы правильным обозначать эту графу как «горизонтальные расстояния». Формулы для перехода от горизонтальных проложений линий к их фактической длине поясняются на рисунке 2.2, а вывод формул выполнен в работах автора [103, 114, 108, 118, 124, 145].

На рисунке 2.2 – горизонтальное проложение линии;   – фактическая длина линии; h– проектное превышение.

Фактическая длина будет равна:

где  – проектный уклон линии.

Пространственные длины горизонтальных кривых находят из выражения:

где   – пространственная длина горизонтальной кривой;

– горизонтальная длина кривой.

Длина вертикальной кривой определяется по формулам:

где   – радиус вертикальной кривой;

 – алгебраическая разность уклонов сопрягающихся кривых;

 – вертикальный угол поворота.

Длина вертикальной кривой, полученная из расчетов, является ее фактической длиной, которая и заносится в графу «фактические расстояния»

продольного профиля и учитывается в расчете фактического пикетажа и километража по трассе.

Пространственную (фактическую) длину трассы находят так:

где   –  фактическая (пространственная) длина трассы;

– суммы пространственных длин прямых участков, горизонтальных и вертикальных кривых.

Математическая модель фактической длины трассы

Формула (2.4) предназначена для определения фактической длины трассы при проектировании автомобильных дорог. В настоящее время при автоматизированном проектировании плана и продольного профиля для автомобильных дорог применяются следующие виды кривых [13, 14, 158, 186, 188]:

а) план – круговая кривая, клотоида, сплайн, кривые Безье;

б) профиль – параболы, клотоиды, сплайн, кривые Безье, дуги цепных реакций и др.

В случае применения простых алгебраических кривых их длины вычисляются по известным формулам, а в случаях применения каких-либо трансцендентных кривых – методами численного интегрирования.

Для построения математической модели длины трассы рассмотрим некоторые из возможных случаев использования различных геометрических кривых, рассмотренных в работе автора [63, 125, 127].

Вариант 1 – прямой участок + круговая кривая + вертикальная круговая кривая (как правило, такие построения применяют при проектировании нового участка автодороги на основе тангенциального хода):

где  – фактическая длина трассы;

 – радиус вертикальной кривой;

– угол поворота.

Вариант 2 – прямой участок + круговая, переходная кривая + вертикальная кривая (парабола):

где    – угол между касательной в конце переходной кривой и тангенсом;

L – длина переходной кривой (клотоиды), определяется из известного выражения:

где А – параметр клотоиды;

R – радиус кривой в точке сопряжения с клотоидой.

Каноническое уравнение квадратичной параболы получат так

Длина параболы будет равна

Фактическая длина кривой определится из выражения

 (2.10)

Вариант 3 – прямой участок + сплайн + парабола:

В качестве сплайна используем кубический сплайн. Существует множество алгоритмов для построения и расчета на ЭВМ кубических сплайнов. Это обуславливается  широким их распространением  в решении технических задач, связанных с интерполяцией кривых и поверхностей, в том числе и при проектировании автомобильных дорог. Применение сплайнов позволяет проектировать пространственную длину трассы. Сплайн-функция будет выглядеть следующим образом:

где a, b, с d – коэффициенты сплайна, определяемые из дополнительных условий.

В этом случае длину трассы определяют по формуле

Вариант 4– прямой участок + сплайн  – кривая + круговая кривая, переходная кривая + парабола:

Автором были проанализированы производственные материалы (продольный профиль и план), разработанный ОАО «Иркутскгипродорнии» по федеральной автодороге «Амур» на участке 459–469 км в Забайкальском крае. Для дорог III категории наибольшие продольные уклоны в соответствии с СНиП 2.05.02 – 85 составляют: основные – 50 ‰, в пересечённой местности – 60 ‰. На данном участке дороги продольные уклоны в основном находятся в пределах от 30 ‰ до 60 ‰ , что обусловлено особенностями рельефа местности. При этом относительная погрешность не определения пространственной длины трассы находится в интервале от  до . Результаты расчётов представлены в таблице 2.1.

Также была определена пространственная длина трассы для участка автомобильной дороги «Раздольное – Хасан» в Приморском крае. Материалы предоставлены Хабаровским филиалом «Гипродорнии». Для горизонтальной трассы между 1878 км и 1 881 км, длиной в 3 000 м пространственная трасса составила 3 003,57 м. Максимальные продольные уклоны имели значения в 60 ‰. Относительная погрешность равна 1/840.

В проектной документации строительства автомобильных дорог трасса представлена планом и продольным профилем. Планы трассы составляют в масштабах 1:50 000 – 1:25 000 на стадии технико-экономического обоснования и 1:5 000 или 1:2 000 при детальных проектных работах, а продольные профили в масштабах: горизонтальный 1: 5000, вертикальный 1:5 00.

По пикетам и километрам трассы определяется длина отдельных участков и всей трассы. Эта длина служит основанием для составления сметы на строительно–монтажные работы. В тоже время трасса по определению является пространственной линией, и её фактическая длина будет отличаться от плановой (горизонтальной) в большую сторону.

Т а б л и ц а 2.1 – Определение пространственной длины трассы

Поэтому сметная стоимость строительства будет занижена, в особенности таких работ, как возведение земляного полотна, верхнего строения пути и дорожной одежды. В практике строительства несоответствие объёмов работ компенсируется по статье сметы «непредвиденные расходы», составляющих не более 5 %. При этом разница в стоимости, возникающая в результате не учёта фактической длины трассы не может быть компенсирована за счёт дополнительных расходов, так как это является не корректным. В современных условиях становится очевидным необходимость более точного и правильного определения объёмов работ.

Проанализируем степень влияния неправильного определения пространственной длины трассы. В нормативных документах установлены наибольшие допустимые продольные уклоны для дорог разной категории.

Для автомобильных дорог в зависимости от расчётной скорости и категории наибольшие продольные уклоны не должны превышать: 30 ‰ – на дорогах 1 категории; 40 ‰ – на дорогах 2 категории; 50 ‰ – 3 категории; 60 ‰ – 4 категории и 70 ‰ на дорогах 5 категории. В особых случаях для горных автомобильных дорог наибольший продольный уклон может быть увеличен до 80–100 ‰ при различных скоростях движения.

В продольном профиле длины вертикальных кривых определяют как проекции на горизонтальную плоскость.

Зависимость между длиной вертикальной кривой и ее проекцией на горизонтальную плоскость  выражается формулой

Далее приведём расчёты, показывающие величины расхождений между горизонтальной и пространственными длинами трассы. Для моделирования была взята трасса длиною 10 км с предельными продольными уклонами для соответствующих категорий автомобильных  дорог, при этом на данном участке расположены три вертикальные кривые. Результаты, показывающие разность между горизонтальной и пространственной длиной вертикальной кривой приведены в таблице 2.2, а в таблице 2.3 показаны данные по определению пространственной длины трассы.

В представленной геометрической модели в качестве горизонтальных и вертикальных кривых приведены круговые кривые. При использовании парабол, клотоид, сплайнов, кривых Безье принцип предложенного способа не изменится. Так как длина круговой кривой меньше, чем длина параболы или клотоиды, то и разность между пространственной длиной трассы и горизонтальным проложением увеличиться по сравнению с круговой кривой.

Из приведённых расчётов и примеров видно, что ошибки за не учёт фактической (пространственной) длины трассы существенно превышают ошибки полевых геодезических измерений даже при существующих допусках на точность геодезических измерений при трассировании. При продольных уклонах более 50 ‰ относительная погрешность 1/707 показывает, что данные проектирования не будут соответствовать существующим нормативным документам.

Т а б л и ц а 2.2 – Расчёт пространственной длины вертикальных кривых

Принимая во внимание то обстоятельство, что в настоящее время применяются новые геодезические приборы и технологии, такие как электронные тахеометры, приёмники ГНСС, обеспечивающие точность измерения трассы не ниже 1/5000, становится очевидным необходимость определения фактической длины трассы на стадии составления продольного профиля.

Эти задачи находятся в компетенции руководства дорожной отрасли, определяющего приоритеты научно-технической политики ее инновационного развития и, в частности, процесса совершенствования норм проектирования. От своевременности решения этих задач во многом зависят безопасность и эффективность движения на дорогах и транспортных развязках.

Т а б л и ц а 2.3 – Расчёт пространственной длины трассы

2.3 Получение геопространственных данных спутниковым методом

Спутниковые технологии, основанные на применении международных и отечественных радионавигационных систем GPS и ГЛОНАСС, прочно вошли в геодезическое производство [2, 3, 4]. По сравнению с традиционными геодезическими технологиями они обладают рядом преимуществ [5, 26, 27]:

– широкий диапазон точностей определения местоположения объектов от десятков метров до единиц миллиметров;

– высокая производительность труда за счёт скорости получения информации (в 5 – 10 раз выше, чем в классических технологиях);

– экономическая эффективность работ, так как нет необходимости в прямой видимости между геодезическими пунктами и постройки сложных сигналов;

– независимость от погодных условий;

– высокая автоматизация процесса;

– возможность выполнения наблюдений при движении объектов и др.

Конечно, и спутниковые технологии имеют определённые недостатки, из которых главными являются сравнительно высокая стоимость оборудования и зависимость от препятствий, расположенных в непосредственной близости от антенны спутника (маска возвышения). Кроме того возникает необходимость достаточно сложных преобразований координат из разных систем, в том числе и проблема получения нормальных высот и др.

В спутниковых технологиях используются измерения двух видов величин: псевдодальности и фазы. Под псевдо дальностью понимают расстояние между спутником и приемником, получаемое при умножении значения скорости света на измеренную по показаниям часов спутника и приемника временную задержку в распространении сигнала. Эта задержка будет искажена погрешность в показаниях часов, влиянием среды распространения, задержками в аппаратуре спутника и приемника и другими факторами. Псевдо дальности измеряются по сигналам точного кода на частотах диапазонов L1 и L2 [61].

Различают абсолютный и относительный метод позиционирования.

При относительном методе позиционирования целью является определение координат точек относительно точки с известными координатами. Значит относительное позиционирование предназначено для определения вектора между двумя точками, которые часто называют вектором базовой линии или просто базовой линией.

Координаты опорной точки определяются в системе WGS-84, и для их определения часто используют решение по кодовым дальностям.

Относительное позиционирование может выполняться по кодовым или фазовым дальностям. Относительное позиционирование требует одновременных наблюдений и на опорной, и на неизвестной точке. Это значит, что метки времени наблюдений должны быть одинаковыми для этих двух точек.

Возможность почти полностью исключать влияние ионосферы дает двухчастотной аппаратуре большое преимущество перед одночастотной аппаратурой. С помощью двухчастотных приемников теоретически можно измерять базовые линии в тысячи километров, а для одночастотных приемников обычно пределом являются базовые линии в 10 – 15 км.

Точность определения координат вектора базовой линии зависит от способа наблюдений (статика, быстрая статика, кинематика), характеристик аппаратуры (одно– или двухчастотная), применяемых алгоритмов, способов учета и моделирования внешних условий, длины базовых линий и продолжительности сеансов.

Применение современных приёмников ГНСС позволяет получать оперативную информацию при выполнении геодезических работ на автомобильных и железных дорогах. Получают распространение сети постоянно действующих референтных базовых станций [39]. Активно внедряется для геодезического обеспечения в транспортное строительство аппаратное оборудование и программное обеспечение следующих компаний: «Trimble», «Leica», «Topcon», «Sokkia» и др.

В России в перспективе до 2030 г. предусматривается строительство высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ) со скоростями движения поездов до 350 км/ч на следующих направлениях:

1) Санкт – Петербург — Москва (время движения около 2 ч 30 мин.);

2) Москва — Нижний Новгород (время движения около 1 ч 40 мин.);

3) Москва — Смоленск — Красное, в рамках МТК № 2 (время движения около 2 ч).

Инвестиции в строительство ВСМ оцениваются в рамках от 564,9 до 1 261,6 млрд. рублей (в ценах 2007 года, без налога на добавленную стоимость и затрат на отвод земли).

При этом, учитывая отсутствия в Российской Федерации опыта проектирования, строительства и эксплуатации ВСМ, Стратегией развития железнодорожного транспорта рекомендовано принять в качестве основы нормативную базу стран – членов Европейского союза (Франции, Германии) и адаптировать ее для России. Для этих целей ОАО «Росжелдорпроект», ОАО НИИАС и ВНИИЖТ, МГУПС и другими организациями была разработана специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в плане и профиле на основе, которой был впервые выполнен пилотный проект по применению спутниковых технологий на железнодорожном транспорте [139].

Параметры ГНСС, характеристики орбит космических аппаратов, требования к качеству и структуре навигационных сигналов и другие навигационные данные содержатся в интерфейсных контрольных документах, публикуемых на сайтах соответствующих ГНСС. В связи с недостаточным финансированием орбитальная группировка ГЛОНАСС некоторое время функционировала в ограниченном составе, что не позволяло в полной мере решать задачи, стоящие перед системой. Однако в соответствии с Федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 20 августа 2001 г. № 587, орбитальная группировка ГЛОНАСС к настоящему времени доведена до 24 космических аппаратов, что обеспечивает 100% покрытие территории Российской Федерации. Наряду с ГЛОНАСС и GPS Европейским союзом (ЕС) и Европейским космическим агентством (ЕСА) начата работа по развертыванию европейской ГНС- GALILEO. Основные характеристики трех ГНСС-ГЛОНАСС, GPS и  GALILEO приведены в таблице 2.4

Одновременное использование двух-трех систем ГНСС особенно выгодно, когда сужается зона видимости (из-за высоких зданий и сооружений, насыпей и выемок вдоль железнодорожных путей, в лесных и горных районах и т.п.) и мобильный приемник может «видеть» большее число спутников, попавших в узкую зону.

Точность определения местоположения объекта в режиме непосредственной навигации составляет примерно 10–15 м, что удовлетворяет требованиям для решения определенного круга задач железнодорожной навигации, например контроля дислокации подвижного состава. Однако для решения основных задач, требующих высокой точности позиционирования (например, для координатно-временного обеспечения безопасности железнодорожного движения, интервального регулирования, строительства новых путей, оперативного мониторинга действующих железных дорог, контроля состояния и выправки рельсовой колеи), требуются более точные методы.

Т а б л  и ц а 2.4 – Основные характеристики ГНСС

Наиболее эффективным средством повышения точности наблюдений является метод ДГНСС  –DGPS (Differential GPS), позволяющий определять местоположение объектов в режиме реального времени с точностью от 1 м до нескольких мм. При этом железнодорожный транспорт требует использования всего спектра методов спутниковой навигации: от непосредственных спутниковых определений до дифференциальной коррекции с использованием локальных, региональных, широкозонных и глобальных дифференциальных систем.

2.4 Разработка способа оперативного определения геометрических

параметров автомобильных дорог

 

Реконструкция дорог планируется для увеличения пропускной способности в условиях увеличения грузоперевозок, при переводе дороги в более высокую категорию, для переустройства отдельных неблагоприятных участков, улучшения её технических показателей и экологических характеристик и в других необходимых случаях. Геодезические работы выполняются при этом в таком объёме, чтобы полностью обеспечить составление технического проекта реконструкции дороги.

В процессе съёмки необходимо определить элементы кривых, прежде всего радиус и длину кривой, а также биссектрису, тангенсы, угол поворота. Решать эту задачу можно различными способами [93]. В разделе 1.2.2 рассмотрены способы определения геометрических параметров автомобильных дорог, в том числе и с использованием приёмников ГНСС. Так как при выполнении работ для реконструкции дорог требуется проводить геодезические измерения за пределами дороги, поэтому необходимо разработать способ контроля геометрических параметров, который позволяет оперативно определять параметры дороги и выполнять другие задачи.

Автором предложен метод определения радиусов кривых на автомобильных дорогах с применением двухчастотного приёмника системы GPS Trimble 5700 [92, 99, 125]. При этом измерения выполнялись относительным методом, в котором координаты точек определялись относительно базовых станций (базы). В дальнейшем плоские прямоугольные координаты были получены пост – обработкой в программе Trimble Geomatics Office (TGO) [202]. Измерения были выполнены до окончания срока действия программы на территории РФ14 сентября 2011г.

Предварительно рассмотрим известную геометрическую теорему и приведем ее доказательство применительно к геометрии дорог. На основе этой теоремы будут разработаны и методики определения радиусов и элементов круговых кривых [129]. Содержание теоремы и ее доказательство поясняются на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Схема зависимости центрального угла z и угла b

Теорема: Центральный угол z, образованный радиусами и опирающийся на дугу окружности (2–3), равен удвоенному значению угла b, образованного отрезками (1–2 и 1–3), проведёнными к этой же дуге из любой точки окружности, не лежащей на данной дуге.

Доказательство: Рассмотрим равнобедренные треугольники 0–1–2 и 0–1–3 (рисунок 2.3).

Из треугольника 0–1–2 имеем:

Из треугольника 0–1–3:

По рассмотренному алгоритму, из треугольников 0–2–3 и 0–1–3 получим:

При перемещении точки 1 в другую часть окружности при неизменном положении дуги окружности (2–3) зависимость  сохраняется.

Рассмотренная теорема положена в основу методов определения радиусов круговых кривых при паспортизации и реконструкции дорог с применением приемников спутниковых навигационных систем и электронных тахеометров.

Первым рассмотрим случай определения элементов кривой (рисунок 2.4), когда перед кривой и за ней находятся прямые участки трассы (линии 1–2 и 3–4).

Рисунок 2.4 – Определение радиуса горизонтальной кривой

Точки 2 и 3 находятся в начале и конце кривой. Для точек 1 – 4 на местности определяют геоцентрические координаты приемником ГНСС, а в TGO прямоугольные (измерение и обработка результатов проводились в 2008 г.). Из решения обратных геодезических задач находят дирекционные углы    и горизонтальная длина хорды 2–3  по формулам:

где ,  – прямоугольные координаты.

Для контроля вычислений в соответствующем модуле программы TGO также решается обратная геодезическая задача, и определяются дирекционные углы и длины линий.

Угол поворота трассы  вычисляют так:

Радиус кривой находят по формулам:

Длину кривой K определяют из известного выражения:

В случае необходимости находят и другие элементы кривой:

Довольно часто в практике паспортизации дорог встречаются случаи, когда прямые участки трассы малые по величине или вообще отсутствуют как на сопрягающихся кривых или сплайнах. В этих случаях для нахождения элементов кривой необходимо на кривой иметь координаты не менее трех точек, как это показано на рисунке 2.5.

Точки 1 и 3 находятся в начале и конце кривой, а точка 2 в произвольной части кривой. По координатам точек 1,2 и 3 решаются обратные геодезические задачи по формулам (2.18) и находятся дирекционные углы , а также горизонтальные длины хорд .

Решение задачи сводится к вычислению горизонтальных углов b и c, как разности соответствующих дирекционных углов:

Радиус находится по формулам:

Длину кривой определяют так:

Определение радиусов вертикальных кривых выполняется также по трем точкам кривой с известными координатами и отметками.

На рисунке 2.6 показана схема определения радиуса в вертикальной плоскости. Вычисления сводятся к нахождению углов b и c. По которым и длинам хорд вычисляются в дальнейшем радиус и длина кривой по формулам (2.24) и (2.25).

Рисунок 2.6 – Определение радиуса вертикальной кривой

В результате решения обратных геодезических задач находятся горизонтальные проложения хорд – d₁, d₂, d₃ .

Далее находятся вертикальные углы  из выражений:

где  – превышения между точками 1–2, 1–3 и 2–3.

Затем вычисляются пространственные длины хорд :

Углы  и c определяют по формулам:

по которым и пространственным длинам хорд вычисляются радиусы вертикальных кривых и другие элементы кривых.

На рисунке 2.6 изображена вогнутая кривая. Для выпуклых вертикальных кривых методика вычислений остается такой же.

Помимо координатного метода может быть использован и другой способ с использованием электронного тахеометра, когда длины хорд  и углы (b, c) не вычисляются, а измеряются непосредственно на местности, как показано на рисунке 2.7. Данный способ контроля особенно эффективен при строительстве автомобильных дорог [111, 122, 125].

Рисунок 2.7 – Способ оперативного определения радиусов
круговой кривой

Преобразуя формулы (2.20) и (2.25) находим радиус кривой по формуле

Приняв в формуле (2.29) K за постоянную величину (20, 50, 100 м) получим прямую зависимость радиуса только от горизонтального угла b.

Для фиксированных значений отложенных длин дуги кривой формула  примет вид:

Предложенный способ позволяет оперативно определять радиусы круговых кривых на автомобильных дорогах после измерения угла b. Для этого необходимо установить электронный тахеометр в любой точке кривой перед отложенной дугой фиксированной длины или за ней и измерить угол на концы дуги.

Для практического применения разработанного способа на производстве возможно составление специальных таблиц, в которых по вычисленным значениям угла b (через определённый интервал) сразу определяют величину радиуса.

В случае необходимости определения не только радиуса, но и остальных элементов кривой (К, Т, Б), фиксированная длина дуги (КК–1) должна откладываться от точек начала или конца кривой, а углы b₁ и b₂  соответственно измеряться от этих же точек.

При этом угол , опирающийся на длину кривой, будет равен

Тогда элементы кривой будут определяться из соотношений:

Рассмотренный выше способ определения параметров кривых целесообразно применять в условиях прямой видимости точек начала и конца кривой.

Точность определения радиусов   будет зависеть от точности измерения углов , длин радиусов  и будет вычисляться по формуле

При выполнении работ электронным тахеометром Sokkia 530RL точность угловых измерений составляет 5″, поэтому СКП в определении радиуса будет следующей:

– для радиусов до 500 м  =0.01 м;

– для радиусов до 1000 м  =0.02 м;

–для радиусов до 5000 м  =0.12 м.

Для производства работ непосредственно на местности для инженерно-технических работников автором совместно с Никитиным В.И было предложено специальное устройство [120]. Принцип его действия основан на предложенном способе определения радиусов кривых. Устройство, названное радиусомером, состоит из пластины, выполненной из прозрачного материала в виде сектора окружности, на которую нанесена шкала углов, аналогичная оцифровке лимба теодолита, а также несколько шкал для непосредственного определения радиусов различных кривых. Шкалы нанесены вдоль дуг окружностей различных радиусов, но с центрами в одной точке. В этой точке установлен целик с прорезью, и вокруг неё вращается прозрачная линейка, имеющая на конце мушку. Кроме того, мушка установлена на продолжении линии, соединяющей центр окружностей с началами шкал. Шкалы непосредственного определения радиусов разбиты на основе формул (2.30) при фиксированных величинах длин дуги L, равных 20, 50, 100 м. При этом задавались значениями радиусов круговых кривых и получали соответствующее каждому радиусу значение углов b (рисунок 2.8).

На шкалах нанесены непосредственно величины радиусов круговых кривых. Работа с устройством производится в следующем порядке. На участке круговой кривой откладывается дуга длиной 20, 50 или 100 м, концы которой отмечаются вехами. Наблюдатель с устройством становится на любой точке круговой кривой вне отмеченной дуги и совмещает целик и мушку, установленную на линии, соединяющей центр окружностей и начало шкал с дальней от себя вехой.

Затем, вращая линейку вокруг центра окружностей, добивается совмещения целика и мушки, установленных на линейке с ближней вехой и считывает величину радиуса со шкалы, соответствующей отложенной дуге. Таким образом, достигается быстрое и достаточно точное определение величины радиуса круговой кривой.

Кроме определения радиусов устройство может быть использовано и для определения границ срезки препятствий для обеспечения видимости на кривых в плане. Для проверки обеспеченности видимости дороги и упрощенного построения границ зоны видимости можно, как отмечено в работе [8], ограничиваться установлением величины срезки  в середине кривой по биссектрисе.

В этом случае расчёт ведётся по формуле

где  – угол, стягивающий дугу окружности, равную расстоянию видимости.

Угол   рассчитывается в свою очередь по соотношению

откуда

тогда

Для автомобильных дорог V категории (притрассовых)  принимают расстояние видимости S = 50 м, при этом величина срезки определится из зависимости

При использовании радиусомера будет измерен угол   при дуге L = 50 м, следовательно

Непосредственное определение величины срезки возможно при условии видимости двух точек на круговой кривой, находящихся на расстоянии 50 м, из третьей точки этой же кривой, находящейся вне дуги в 50 м. На устройстве нанесена шкала величин срезок в зависимости от угла β.

Автором разработана опытная модель устройства и проведены экспериментальные исследования. Надеемся в дальнейшем, основная идея способа определения радиусов кривых и величины срезки будут реализованы в программном обеспечении современных электронных тахеометров.

Разработанные способы определения геометрических параметров автомобильных дорог позволяют оперативно и с необходимой точностью, в соответствии с ВСН 195 – 83 выполнять геодезические измерения. При этом значительно повышается производительность труда за счёт сокращения времени производства работ. В 2008г. способы по определению радиусов кривых применялись на ЗабЖД для определения геометрических параметров притрассовых дорог при выполнении инженерно-геодезических изысканий для реконструкции участков железных дорог (Приложение А).

Вызывает некоторый вопрос точность фиксации на местности точек начала и конца кривой. Действительно, данные точки круговой кривой определяется визуально по отклонению вехи от створа, восстановленного на оси прямого участка дороги. При этом возникает погрешность, достигающая величины несколько десятков сантиметров. На общую длину трассы и расчет пикетажа погрешность фиксации начала и конца кривой не скажется. Точность координатного метода паспортизации дорог будет определяться точностью применяемых геодезических средств измерений.

Определение радиусов кривых является неотъемлемой частью общего геодезического контроля при строительстве дорог.

Геодезический контроль при строительстве автодорог включает следующие операции:

а) восстановление трассы;

б) контроль при возведении земполотна;

в) разбивка осей искусственных сооружений;

г) детальная разбивка круговых и переходных кривых;

д) планово – высотный контроль при укладке дорожной одежды;

е) исполнительная съёмка.

Восстановление трассы производится по оставшимся на местности знакам закрепления, при этом обозначаются и закрепляются все вершины углов поворота трассы, главные точки круговых кривых (в плане и профиле), начала и конца переходных кривых, все точки перелома трассы в профиле, точки пересечения трассой осей водопропускных сооружений и коммуникаций.

В случаях, когда трассирование производилось на крупномасштабном изыскательном плане, составленном по материалам тахеометрической съёмки, выполненной с магистрального хода электронной тахеометрии, вынос трассы в натуру осуществляется от точек хода электронной тахеометрии, закреплённых на местности. Следует заметить, что разбивочные работы по трассе удобнее выполнять в местной системе координат трассы, в то же время необходимо знать и значения координат в единой системе, что необходимо, в частности, для определения площади полосы отвода.

Газопроводы, как и автомобильные дороги, являются линейными сооружениями и объектами ИТК. Технология работ по восстановлению трассы аналогичны по физическим принципам.

Для создания геодезической разбивочной основы для строительства объектов магистрального газопровода «Сахалин-Хабаровск-Владивосток» в 2010 году изыскательской партией ДВГУПС пришлось восстанавливать значительные по протяжённости участки (Приложение А). Это было связано с отсутствием сохранившихся знаков геодезического съёмочного обоснования. Поэтому требовалось дополнительно прокладывать и контролировать теодолитно-нивелирный ход. Результаты по закреплению точек геодезической разбивочной сети показаны на рисунке 2.9.

Наиболее сложным представляется процесс детальной разбивки кривых. Перед детальной разбивкой кривой восстанавливают на местности положение вершины угла поворота, начала, середины и конца кривой. Интервал расстановки точек на кривой назначают в зависимости от длины кривой, радиуса и методов производства строительных работ; его величина обычно бывает равной 5, 10, 20 метров.

В существующих технологиях разбивку кривых выполняют от точек начала или конца кривой к её середине. Для проведения детальной разбивки применяют основные способы – прямоугольных координат, продолженных хорд, полярных координат и способ «свободной станции».

Способ «свободной станции» эффективен при выполнении сплайн – трассирования.

Классические и современные методики детальной разбивки кривых приведены в научно-технической литературе [15, 16, 25, 52, 98].

Вопросы точности при выполнении геодезических работ в автодорожном строительстве изложены в работах [135, 179]

В некоторых тахеометрах, например Sokkia 230R есть специальные встроенные программы, предназначенные для разбивки кривых. Как правило, в качестве кривых используют только круговые кривые. Также в приёмниках ГНСС существуют технологии по разбивке кривых [202]. Наиболее часто для выноса кривых на местность применяют координатный способ разбивки. При этом координаты точек, определяемые по расчётным формулам, импортируются в приборы в соответствующем программном обеспечении. Однако сама технологическая последовательность при выполнении данных видов работ не представлена в литературе и руководствах по эксплуатации геодезических приборов. Поэтому необходимо адаптировать современные геодезические технологии к автодорожному строительству.

Основные принципы по разбивки кривых изложены автором в работах [101, 102, 105, 107]. В данных публикациях автор предложил методики геодезических работ для разбивки круговых, коробовых кривых и контроле при возведении земполотна с использованием электронного тахеометра.

При разработке выемок и возведении насыпей, а также сооружении дорожного полотна наиболее ответственной работой является разбивка поперечников на прямых и криволинейных участках автомобильной дороги. В традиционных методах разбивки поперечников применяют теодолит, нивелир, рейки, мерные ленты или рулетки, откосники, створные визирки, а также различные шаблоны и механические приспособления.

Суть разбивочных работ с использованием электронного тахеометра заключается в том, что для всех характерных точек строительных поперечников вычисляются координаты в координатной системе самой трассы или её отдельного участка. При этом за начало координат принимается пикет трассы для прямых участков или начало кривой для криволинейных участков, за ось абсцисс принимаются ось дороги или  тангенс кривой, за ось ординат – перпендикуляр к оси абсцисс. Затем относительно предполагаемой стоянки прибора готовятся  разбивочные элементы (горизонтальные расстояния и углы) путём решения обратных геодезических задач. Стоянкой прибора может быть пикет трассы или любая другая удобная для работы точка, координаты которой получают как для «свободной станции» из решения обратной линейно-угловой засечки.