ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ СОЗДАНИИ ОПОРНОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ

 

Вернуться к списку статей

 

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ СОЗДАНИИ ОПОРНОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ ТРАССЫ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ МАГИСТРАЛИ МОСКВА – САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

к. т. н. А. В. Астапович, С. Д. Китаев, С. В. Штейн,

(Санкт-Петербург, ООО «НПП «БЕНТА»)

Перспективы развития железнодорожного транспорта связаны с увеличением скорости перевозок. Особенно это актуально для России с ее огромной территорией. В этой связи в нашей стране принята «Программа развития скоростного и высокоскоростного движения на сети железных дорог ОАО «РЖД» на перспективу до 2020 года».

Концепция создания специализированных железнодорожных магистралей для движения поездов со скоростью свыше 300 км/ч была разработана в 1987 году, однако их сооружение пока находится на уровне создания проектов.

В ближайшие годы планируется построить первое в России высокоскоростное сообщение между Москвой и Санкт-Петербургом. Общая протяженность трассы высокоскоростной железнодорожной магистрали (ВСЖМ-1) составляет 658,7 км. Объект строительства является уникальным по своей сложности комплексом сооружений – двухпутная железнодорожная магистраль, мостовые переходы, эстакады, путепроводы, пешеходные мосты и тоннели – взаимное расположение которых на местности должно быть строго увязано в плане и по высоте, так как поезда будут развивать скорость до 400 км в час.

В административном отношении трасса ВСЖМ-1 проходит по территории шести субъектов Российской Федерации – г. Москва, Московская обл., Тверская обл., Новгородская обл., Ленинградская обл., г. Санкт-Петербург.

Для реализации проекта строительства высокоскоростной железнодорожной магистрали «Москва – Санкт–Петербург» ООО «НПП «БЕНТА» в 2011 году выполнило комплексные инженерные изыскания. Основная цель инженерных изысканий заключалась в получении необходимых и достаточных материалов и данных о местности, природных и техногенных условиях пригодных для разработки проектных решений строительства высокоскоростной железной дороги, обоснования компоновки сооружений, принятия конструктивных и объемно-планировочных решений по ним.

Составной частью инженерных изысканий трассы ВСЖМ-1 явились геодезические работы, при выполнении которых потребовалось решение ряда организационных и научных проблем обусловленных:

  • сжатыми сроками на выполнение изысканий;
  • большим объемом работ;
  • физико-географическими условиями трассы;
  • высокими требованиями к качеству изысканий.

Решение этих проблем привело к инновационной технологии создания опорной планово-высотной геодезической основы (ОГС) ВСЖМ-1.

Основными этапами создания опорной геодезической сети явились:

  • предпроектное обследование пунктов существующей геодезической основы строительства объекта;
  • разработка концепции создания опорной геодезической сети;
  • рекогносцировка и обследование пунктов;
  • закрепление пунктов опорной сети;
  • спутниковые наблюдения на пунктах опорной геодезической сети;
  • камеральная обработка результатов наблюдений;
  • составление технического отчета.

С целью поиска на местности, установления сохранности и пригодности к использованию, до начала инструментальных измерений было выполнено предпроектное обследование пунктов государственной геодезической сети (ГГС) и пунктов специальной реперной системы на железнодорожной линии Санкт-Петербург – Москва.

Ближайшие к трассе ВСЖМ-1 существующие пункты ГГС и каркасные пункты специальной реперной системы были приняты в качестве исходных для установления связей между системами координат:

ВСЖМ-1 – реперная система на действующей железнодорожной линии Санкт-Петербург – Москва;

ВСЖМ-1 – региональные местные системы координат.

Концепция создания опорной геодезической сети разрабатывалась в соответствии с требованиями технического задания к точности положения пунктов опорной сети, графика выполнения инженерных изысканий на объекте и с учетом:

  • физико-географических условий района изысканий;
  • потребности наличия пунктов ОГС в непосредственной близости к местам пересечения оси трассы с реками, дорогами и инженерными коммуникациями;
  • расположения сохранившихся пунктов ГГС.
  • необходимости поэтапной выдачи результатов изысканий.

Опорная геодезическая сеть создавалась по принципу от «общего к частному» и включала каркасные и главные пункты.

Каркасные пункты предназначены для закрепления единой системы координат. Они располагаются на расстояниях 20 – 50 км друг от друга и, как правило, совмещены с пунктами реперной сети действующей железнодорожной линии Санкт-Петербург – Москва. Включение данных пунктов в опорную сеть позволило обеспечить преемственность координатного пространства действующей железнодорожной линии Санкт-Петербург – Москва.

Главные пункты опорной геодезической сети располагаются через 5 – 10 км «кустами» по три пункта. Закрепление пунктов осуществлялось винтовыми центрами, закладываемыми на глубину ниже уровня промерзания земли. Выбор данного типа центров обусловлен, во-первых, сжатыми сроками на выполнение работ, во-вторых, наличием заболоченных участков и участков с постоянно меняющимся положением верха грунта после насыщения водой. В качестве винтовых центров для закрепления пунктов ОГС были использованы сваи «Fundex» с глубиной заложения 1,8 м. Сверху в трубу сваи вставлялась марка из нержавеющей стали, на которой выбито название пункта. После установки центров пунктов составлялись кроки, на которых указывалось географическое местоположение пункта и привязка центра к объектам местности.

В опорную геодезическую сеть включались и ближайшие пункты ГГС, что позволило по координатам совмещенных пунктов установить параметры связи с региональными системами координат.

Опорная сеть создавалась методами спутниковой геодезии комплектами геодезических GPS приемников Javad Maxor GD, (L1+L2). Программа спутниковых наблюдений на каркасных пунктах ОГС в режиме статика состояла из сдвоенных сеансов синхронных наблюдений продолжительностью от 6 часов. Наблюдения на главных пунктах ОГС выполнялись в один сеанс продолжительностью от одного до четырех часов, на пунктах триангуляции не менее часа.

Камеральная обработка спутниковых наблюдений выполнялась с использованием стандартного программного обеспечения ENSEMBLETM – программы постобработки результатов наблюдений спутниковых глобальных навигационных систем GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС.

На первом этапе постобработки вычислялись приращения координат между возможными комбинациями пунктов сети, на которых имелись синхронные наблюдения, и осуществлялся контроль качества измерений в сети. Основными критериями контроля были:

  • разрешение неоднозначности;
  • оценка точности по внутренней сходимости результатов обработки;
  • сходимость результатов по замкнутым построениям в сети.

На втором этапе осуществлялось уравнивание сети. Вначале сеть уравнивалась как свободное геодезическое построение. По результатам уравнивания, обобщенная средняя квадратическая погрешность взаимного положения пунктов сети составила 5 мм.

Затем выполнена привязка GNSS-сети к системе координат WGS-84 по координатам каркасных пунктов ОГС действующей ж/д Санкт-Петербург – Москва, которые были заложены и определены в 2005-2006 годах на станциях. Для преемственности координатного пространства они включены в ОГС ВСЖМ-1 в качестве исходных пунктов.

Перед началом заключительного уравнивания анализировались связи между исходными пунктами. Для этого сопоставлялись результаты текущих геодезических определений с данными, которые были получены на этих же пунктах в 2005-2006 годах ЦНИИГАиК по результатам наблюдений ФГУП «Аэрогеодезия». Невязки не превышали допустимых значений. После уравнивания спутниковой сети максимальная погрешность (СКО) положения пунктов ОГС не превосходила 6 мм для главных пунктов и 15 мм для пунктов триангуляции, включенных в ОГС.

Для обеспечения выполнения землеустроительных работ и исполнительных съемок потребовалось определение локальных параметров связи между системой координат опорной сети ВСЖМ-1 с местными системами координат. Для каждого региона по координатам совмещенных пунктов программой Credo ТРАНСКОР определялись семь параметров. Так как местные системы координат являются производными от государственной геодезической сети, то в качестве совмещенных использовались ближайшие к оси ВСЖМ-1 пункты триангуляции ГГС с координатами X,Y,Z в системе координат ВСЖМ-1 и x,y,h в местных системах координат. Максимальные остаточные разности в координатах составили:

  • для МСК-47 – 12,5 см;
  • для МСК-53 – 31,3 см;
  • для МСК-69 – 28,6 см;
  • для МСК-50 – 7,1 см.

Они характеризуют степень рассогласованности местных геодезических сетей с ОГС ВСЖМ-1.

Преобразование координат пунктов ОГС ВСЖМ-1 в местные системы координат выполнялось программой Credo ТРАНСКОР, в которой реализована последовательность:

XYZ(ВСЖМ)=>XYZ(MCK)=>xy(MCK),
где   – пространственные координаты;

xy(MCK)  – координаты на плоскости.

На стадии проектно-изыскательских работ под дизайн-проект ВСЖМ-1 в качестве рабочих были приняты:

  • система координат WGS-84;
  • система высот Балтийская 1977 года;
  • картографическая проекция UTM – 36N.

Для создания рабочей документации требуется иметь единую, не дающую практически значимых искажений углов и расстояний систему координат на плоскости. Проведенные исследования показали, что отрезки трассы в 1 км на плане в проекции UTM – 36N могут отличаться от соответствующего отрезка на местности от -0,4 м до +0,6 м. В этой связи для геодезического обеспечения строительства ООО «НПП «БЕНТА» разработала прямоугольную систему координат на плоскости косой цилиндрической проекции Меркатора (версия Хотина).

Центральной линией проекции принята геодезическая линия, соединяющая Санкт-Петербург с Москвой. Масштабный коэффициент вдоль центральной линии проекции принят равным единице. За отсчетный эллипсоид принят эллипсоид WGS-84.

Расположение центральной линии проекции выбиралось таким образом, чтобы минимизировать линейные искажения вдоль оси трассы ВСЖМ. Максимальное отклонение оси трассы от центральной линии проекции составило 16 км. В этом месте искажения длин линий за масштаб изображения на плоскости будут около 1:200 000. Такие искажения можно не учитывать.

Для вычисления плоских координат в косой цилиндрической проекции Меркатора были использованы программные продукты:

  • Autodesk AutoCAD Map или Autodesk AutoCAD Civil 3D;
  • Pinnacle;
  • PHOTOMOD GeoCalculator.

Следует отметить, что PHOTOMOD GeoCalculator является бесплатным программным продуктом, который можно загрузить с сайта разработчика компании «Ракурс» www.racurs.ru.

Кроме того в ООО «НПП «БЕНТА» была составлена специальная программа для персонального компьютера, которая преобразовывает геодезические координаты B, L в плоские координаты косой проекции Меркатора. Все программные продукты дают одинаковые результаты.

Геодезические высоты определялись относительным методом спутниковой геодезии одновременно с определением планового положения пунктов ОГС. Невязки замкнутых полигонов по высоте не превосходили допустимых значений.

После уравнивания спутниковой сети максимальная погрешность (СКО) геодезических высот пунктов ОГС не превосходила 15 мм.

Отметки пунктов ОГС в Балтийской системе высот получены путем преобразований пространственных прямоугольных координат в плоские координаты UTM-36 (WGS-84) c учетом модели геоида EGM-2008.

Для уточнения модели аномалий высот геометрическим нивелированием 4 класса были определены в Балтийской системе отметки пунктов ОГС равномерно расположенных вдоль всей трассы ВСЖМ. Нивелирование выполнялось цифровыми нивелирами Leica DNA 03 с использованием комплектов штрих-кодовых реек. Обработка измерений в нивелирных ходах выполнялась программой CREDO НИВЕЛИР.

Кроме того из каталогов государственной нивелирной сети выписаны высоты близлежащих к оси трассы пунктов ГГС, на которых выполнялись спутниковые определения.

Уточнение модели аномалий высот выполнялось путем сравнения нормальных высот пунктов ОГС с высотами, которые получены путем коррекции геодезических высот этих же пунктов с помощью модели геоида EGM-2008. Остаточные разности не превосходили по абсолютной величине 15 см.

В результате получена уточненная модель аномалий высот с более густой сеткой узлов, которая позволяет более надежно выполнять интерполирование между узлами.

Путем линейного интерполирования получены уточненные поправки к аномалиям высот и уточненные нормальные высоты пунктов ОГС.

Использование инноваций в инженерно-геодезических изысканиях позволило в сжатые сроки с высоким качеством создать опорною геодезическую сеть в единой, не дающей практически значимых искажений углов и расстояний системе координат для обеспечения единства измерений на протяжении всей магистрали при проектировании, строительстве и эксплуатации ВСЖМ.

Вернуться к списку статей