Геодезическое обеспечение инвентаризации земель застроенных территорий

В связи с осуществлением земельной реформы в России повышается роль геодезических работ для целей землеустройства и земельного кадастра, в том числе при организации застроенных территорий городов и сельских населенных мест, инвентаризации этих земель.

Основой различных геодезических работ в городах являются геодезические сети — опорные, сгущения, съемочные, специальные, точность и качественное состояние которых не всегда вполне отвечает новым повышенным требованиям и поставленным задачам /1, 2, 3/ и др.

В результате хозяйственной деятельности в городах утрачиваются центры пунктов, видимость между ними. Несогласованность работ различных ведомств приводит к значительным расхождениям в координатах пунктов сетей сгущения. По данным ПО «Инжгеодезия» /2/ расхождение координат пунктов сетей сгущения достигает 0,6 м, высот пунктов 0,3 м. В большинстве случаев не производилось совместное уравнивание геодезических сетей. В крупных городах отмечается высокая стоимость земель, что при создании городского кадастра обусловливает необходимость повышения точности определения площадей земельных участков, координат пунктов геодезических сетей и границ земельных участков.

В настоящее время желательно иметь на территории городов геодезическую сеть, обеспечивающую при заданной плотности пунктов точность их взаимного положения порядка 1 см, что соответствует существующим международным стандартам.

Поэтому актуальной задачей геодезического производства является инвентаризация земель застроенных территорий, возможная реконструкция и переуравнивание городских геодезических сетей с целью создания системы городского геодезического обоснования заданной точности.

Повышение точности геодезических работ возможно с применением новых современных приборов и технологий измерений — спутниковых геодезических систем GPS, позволяющих автоматизировать процесс полевых измерений, электронных тахеометров, обладающих возможностью записи данных на магнитные носители. Улучшению качества и повышению точности геодезических работ будет также способствовать применение современных программных средств анализа полученных результатов, эффективных алгоритмов выявления и отбраковки грубых ошибок измерений, оптимальных способов уравнивания.

Исследования в этой области выполнялись видными учеными-геодезистами, такими как Большаков В. Д., Маркузе Ю. И., Неумывакин Ю. К., Ма-шимов М.М., Конусов В. Г., Визгин A.A., Панкрушин В. К., Ямбаев Х. К., Бойко Е. Г., Гладкий В. И. и многими другими.

Решению этих актуальных вопросов посвящена и настоящая работа, в которой рассматриваются отдельные, важные аспекты обозначенной проблемы при инвентаризации земель застроенных территорий.

Целью работы является решение вопросов повышения точности геодезических сетей, создаваемых на застроенных территориях.

Для достижения поставленной цели:

— выполнен анализ методов построения геодезических сетей с использованием традиционных способов измерений и современных технологий;

— исследованы методы математической обработки геодезических сетей многоступенчатого построения, включая анализ, уравнивание и отбраковку грубых ошибок измерений.

Методы исследования основаны на теории вероятностей, математической статистике, методе наименьших квадратов, математическом моделировании, результатах теоретических, экспериментальных и производственных работ.

Научная новизна:

— теоретически обоснована связь способа уравнивания «с учетом ошибок исходных данных «и совместного уравнивания геодезических сетей параметрическим способом;

— предложен, теоретически обоснован и экспериментально проверен эффективный алгоритм определения местоположения грубой ошибки измерения в геодезической сети моделированием свободных членов параметрических уравнений поправок;

— выявлены сферы влияния грубых ошибок измерений в геодезической сети;

— впервые выполнен сравнительный анализ ряда законов распределения геодезических случайных величин, вычислены доверительные вероятности и доверительные интервалы их допустимых значений.

Практическая ценность работы:

— обобщение производственного опыта инвентаризации земель застроенных территорий с использованием современных технологий способствует дальнейшему развитию и внедрению прогрессивных методов измерений в геодезическое производство;

— теоретическое обоснование связи двух способов уравнивания, состоящей в практической идентичности вычислительных операций (при разных исходных теоретических установках) упрощает на практике принятие решения по выбору способа уравнивания;

— использование предложенного алгоритма определения местоположения грубой ошибки измерения, а также учет сфер влияния грубых ошибок в геодезической сети повышает эффективность их поиска;

— результаты расчета интервалов допустимых значений геодезических случайных величин для наиболее часто встречающихся на практике их законов распределения дают основание для возможной коррекции существующих нормативных требований.

На защиту выносятся:

1) современные методы и технологии создания геодезического обоснования при инвентаризации земель застроенных территорий.

2) математическое обоснование связи двух способов совместного уравнивания геодезических сетей;

3) теоретическое и методическое обоснование метода определения местоположения грубой ошибки измерения моделированием свободных членов параметрических уравнений;

4) выявление зон локализации грубых ошибок измерений в геодезической сети;

5) сравнительная характеристика законов распределения геодезических данных, допуски для геодезических данных, имеющих распределения Лапласа, логистическое, максимальных и минимальных значений.

Апробация и публикация результатов исследований. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях СГГА в 1996, 1998, 1999 годах, на научно-практическом семинаре «Современные проблемы научно-исследовательских и опытно — конструкторских работ в дорожно-строительном комплексе Сибири «в 1998 году, третьем сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-98), международной научно-технической конференции, посвященной 220-летию со дня основания Московского университета геодезии и картографии (МИИГАиК) в 1999 году. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. В первом разделе диссертации изложены общие сведения о геодезических сетях, создаваемых на застроенных территориях, требования к точности и плотности пунктов, вопросы предрасчета точности измерений и вычисляемых элементов сетей, задачи развития, инвентаризации и модернизации геодезических сетей застроенных территорий, предложения автора по всем затронутым вопросам. Обобщен производственный опыт работы автора на городских территориях с использованием современных приборов и технологий.

Общие выводы таковы:

1. Нормальный закон распределения не является единственным законом распределения геодезических случайных величин. Наряду с нормальным распределение геодезических данных могут характеризовать законы Лапласа, логистический, максимальных, минимальных значений, Коши, двойной экспоненциальный и некоторые другие.

2. Сравнительный анализ пяти законов распределения показывает, что наиболее уклоняется от нормального распределение Лапласа. Максимальное уклонение функции распределения имеет место для аргументов +а иа. Наибольшее уклонение вероятностей попадания в интервал ±-а.

3. Асимметрия кривых максимального и минимального значений объясняет значительные расхождения с нормальным вероятностей попадания СВ X в интервалы (0,а), (а, 2а), (-а, 0), (-2а,-а).

4. Установлено, что границы доверительных интервалов допусков для распределений Лапласа, логистического, максимальных и минимальных значений шире, чем при нормальном распределении. Верхняя граница допустимых значений в этих случаях ±-4а, ±-3,6а, ±-4а, ±-4а соответственно.

5. Допускам нормального распределения ±-2а, ±-2,5а, ±-3а соответствуют для распределения Лапласа ±-2,2а, ±3,1 а, ±-4,1а.

Для логистического распределения ±-2,07а, ±-2,8а, ±-3,6а.

Для законов максимальных и минимальных значений ±-1,95а, ±-3а,.

4а.

Допуски нормального закона в этих случаях завышены и вследствие этого экономически не целесообразны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненные исследования направлены на поиск путей повышения точности геодезических работ при инвентаризации земель застроенных территорий, как на стадии полевых измерений, так и в процессе их математической обработки. Производственный опыт автора, анализ публикаций по вопросам состояния и перспектив развития городских геодезических сетей приводит к следующим выводам: городские геодезические сети, состоящие, как правило, из построений различной точности и сроков исполнения, требуют новой оценки их качества, совместного переуравнивания, модернизации с целью повышения точности определения пунктов (до 1 см во взаимном положении) — повысить до необходимого уровня точность построения городских геодезических сетей качество и производительность позволяет применение спутниковых технологий, использование современных свето-дальномеров и электронных тахеометров.

Сделанные выводы подтверждаются опытом работы автора в 1994 году в Германии на съемке масштаба 1:500, в 1997 году на повторных наблюдениях геодезической сети города Сургут, инвентаризации автодорог Новосибирской области (1998 год) и др.

Городские геодезические сети — построения многоступенчатого типа, при котором пункты сети первой ступени построения являются исходными для сети второй ступени и т. д. Измерения в этих сетях, выполненные в разные сроки и часто различными ведомствами и организациями могут не соответствовать принципу перехода от более точных к менее точным и последующая ступень построения может оказаться по точности выше или равной предыдущей.

Проверка, выполненная на модели сети ступенчатого типа показала: если точность последующего построения выше или равна точности предыдущего, целесообразно совместное уравнивание этих сетейесли точность последующего построения ниже, чем предыдущего, совместное уравнивание не повышает точность окончательных результатов по сравнению с отдельным уравниваниемсовместное уравнивание необходимо для связи сетей различного принципа построения, устранения неоднозначности общих пунктов.

Исследованы два способа совместного уравнивания многоступенчатых построений. Первый — «с учетом ошибок исходных данных», когда за результаты измерений принимают действительно измеренные величины сети второй ступени построения и коррелированные исходные данные сети первой ступени. Второй — параметрический способ уравнивания результатов измерений сетей первой и второй ступени, когда за приближенные значения параметров сети первой ступени принимаются их значения, полученные из отдельного уравнивания этой сети.

Теоретически доказана идентичность вычислительных операций того и другого способа.

Полученные данные на практике упрощают выбор наиболее рационального способа совместного уравнивания ступенчатых построений.

Исследования, выполненные по определению местоположения грубой ошибки одного из элементов геодезической сети показывают, что анализ невязок и поправок позволяет надежно определить местоположение грубой ошибки измерения в нивелирной сети жесткой конструкции. Тех же показателей для линейно-угловой сети оказалось недостаточно.

Исследована возможность использования информации, содержащейся в свободных членах параметрических уравнений (при определении приближенных значений параметров по необходимым измерениям) для решения поставленной задачи.

Предложена эффективная методика поиска грубых ошибок измерений моделированием свободных членов параметрических уравнений поправок.

Дано ее теоретическое обоснование, приведены практические примеры и рекомендации.

Предложенная методика и формулы позволяют: сразу исключить возможность влияния ошибок некоторых элементов сети на величину свободного члена параметрического уравнениясопоставляя значения свободных членов 1ь вычисленных через ошибки модели с полученными первоначально при уравнивании, остановиться на варианте, который по величине и их знакам наиболее соответствует исходному, тем самым определиться в отношении местоположения грубой ошибки.

Исследовано взаимное влияние грубых ошибок измерений на поправки. Установлено следующее: область действия грубых ошибок измерений распространяется только на те уравненные элементы сети, которые связаны корреляционной зависимостьюудаленные друг от друга элементы, не связанные корреляционной зависимостью, не подвергаются взаимному воздействию грубых ошибокматрица коэффициентов корреляции уравненных результатов измерений ориентирует в направлении поиска грубых ошибок измерений.

О наличии грубых ошибок, о допустимой, достаточной точности измерений судят на основании соответствующих допусков. В геодезической практике допуски устанавливают только в предположении о нормальном законе распределения геодезических данных.

Как показывают последние исследования, выполненные с использованием современной программной системы статистического анализа, законы распределения геодезических данных — невязок, поправок, разностей двойных измерений, разностей отметок повторных наблюдений во многих случаях отличаются от нормального или другие законы оказываются предпочтительнее нормального, т. е. в большей степени соответствуют выборочным данным.

На основании литературных материалов впервые для геодезических целей выполнено описание основных характеристик законов распределения Лапласа, логистического, максимальных, минимальных значений и др.

Сделано сравнение перечисленных законов распределения геодезических данных с нормальным путем сопоставления функций и плотностей распределений, вероятностей попадания случайной величины в заданные интервалы.

Для четырех двухпараметрических законов сделан расчет допусков для принятых в геодезической практике доверительных вероятностей и сравнение их с нормальными значениями.

Установлено, что для законов распределения Лапласа, логистического, максимальных и минимальных значений допуски нормального распределения являются завышенными и, вследствие этого, экономически не целесообразны.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что цель, поставленная в диссертационной работе, достигнута.