Что такое геодезия – зачем она нужна, основные задачи + требования к квалификации геодезиста
Геодезия - это одновременно профессия и наука точного определения земного или трехмерного положения точек, а также расстояний и углов между ними. Эти точки обычно находятся на поверхности Земли или под ней, и они используются для создания карт местности, границ или географических объектов. В последние десятилетия геодезические манипуляции быстро расширились от измерения движений плит и мониторинга опасностей землетрясений до включения исследований вулканических, оползневых и погодных явлений; изменение климата; и водные ресурсы.
Современная глобальная геодезическая инфраструктура была разработана главным образом, для поддержки деятельности научных и военных кругов. Тем не менее, физическая, вычислительная и организационная инфраструктура, разработанная для этих сообществ, теперь поддерживает широкий спектр приложений. Подобно дорогам и автомагистралям, которые облегчают торговлю, геодезическая инфраструктура обеспечивает значительные выгоды для общества, предоставляя удивительный набор видов деятельности и инноваций, включая автономную навигацию, точное земледелие, геодезические съемки, системы раннего предупреждения об опасностях и улучшенное картирование поймы.
В то время как картограф делает карты Земли, обращая внимание на точность границ, геодезисты точно измеряют Землю, отмечая границы, в которых люди заинтересованы. Роль землеустроителя в строительстве включает в себя измерение недвижимости, проданной или купленной. Геодезисты определяют местонахождение зданий, дорог и инженерных сетей для застройщиков или измеряют точные пределы требований по добыче полезных ископаемых и отмечают их местоположения на картах, которые в совокупности называются обследованиями.
Геодезия - это наука, которая занимается методами точных измерений элементов поверхности земли и их обработкой для определения географических положений на поверхности земли. Это также имеет дело с теорией размера и формы земли.
Геодезия - это техника, профессия и наука определения наземного или трехмерного положения точек, а также расстояний и углов между ними. Специалист по землеустройству называется землеустроителем. Эти точки обычно находятся на поверхности Земли, и они часто используются для установления карт местности и границ владения, таких мест, как углы зданий, или местоположения недр, или других целей, требуемых государственным или гражданским законодательством, таких как собственность продажи.
Геодезисты работают с элементами математики (геометрия и тригонометрия), физики, техники и права. Они используют оборудование, такое как тахеометры, роботизированные тахеометры, GPS-приемники, призмы, 3D-сканеры, радиоприемники, портативные планшеты, цифровые уровни и программное обеспечение для съемки.
Геодезия является элементом развития человеческой среды с начала истории человечества. Планирование и выполнение большинства форм строительства требуют этого. Она также используется в транспорте, связи, картографии и определении правовых границ для владения землей.
Основы геодезии включают опорные системы, определение опорных областей и картографических проекционных систем и их реализацию в виде геоидальных моделей, систем управления и постоянных сетей GNSS. Они используются для приведения пространственных данных (геоданных) всех типов в гармонию с однозначной и точной геометрической корреляцией с европейскими и глобальными системами отсчета. Благодаря геодезическим критериям и справочным данным для национальной инфраструктуры геоданных, можно изобразить геоданные и их национальную и международную взаимозаменяемость однородным образом.
Геодезическая система отсчета определяет пространственную систему координат (начало и ориентация осей координат) для указания пространственных положений (местоположение, высота) и гравитации точек.
Постоянные станции GNSS формируют современные ориентиры для определения местоположения и съемки. Приемники GNSS, расположенные на нескольких тысячах станций по всему миру.
В дополнение к обычным процедурам съемки, а именно триангуляции и нивелирования, съемка с использованием технологии GNSS играет центральную роль.
Определение географического положения на поверхности Земли может быть сделано путем наблюдения небесных тел и, таким образом, подпадает под геодезическую астрономию, но это может быть включено в геометрическую геодезию.
Гравитационное поле Земли является физическим объектом и участвует в большинстве геодезических измерений, даже чисто геометрических. Измерения геодезической астрономии, триангуляции и нивелирования, все существенно используют отвесную линию, являющуюся вектором направления гравитации. Таким образом, астрогеодезические методы, в которых используется астрологическое определение широты, долготы и азимутальных и геодезических операций, например триангуляция, трилатерация, измерение базы и т. д., могут рассматриваться как принадлежащие к физической геодезии в той же степени, что и гравиметрические методы.
Спутниковая геодезия включает в себя методы наблюдений и вычислений, которые позволяют решать геодезические задачи путем использования точных измерений в направлении.
Особо следует отметить, что геодезия служит обществу, предоставляя ориентиры для широкого спектра практических применений, таких как навигация по суше, морю и в воздухе, создание инфраструктуры и определение надежных границ для объектов недвижимости или даже морских зон. В прошлом такие системы отсчета создавались на национальном или региональном уровне. Сегодня благодаря использованию существующих и планируемых глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), таких как GPS, Glonass, Galileo и Compass/BeiDou, геодезия обеспечивает доступ к координатам точек в глобальной системе координат в любое время и в любом месте на поверхности Земли.
Благодаря существенному улучшению геодезических приборов и методов в настоящее время, геодезия стала больше заботиться об изменениях «геометрии» и «гравиметрии» элементов на поверхности, под или над поверхностью твердой Земли и океанов, чем это было ранее. В прошлом основными «клиентами» геодезии были геодезические, картографические и геопространственные дисциплины, тогда как сегодня геодезия обслуживает все науки о Земле, включая геофизические, океанографические, атмосферные, гидрологические и экологические научные сообщества. Геодезические «продукты» не только способствуют нашему пониманию Земли, но и приносят пользу многим общественным мероприятиям, начиная от предотвращения и смягчения последствий стихийных бедствий до защиты биосферы и окружающей среды.
Международная ассоциация геодезии является научной организацией, ответственной за геодезию. Является членом ассоциации Международного союза геодезии и геофизики.
Геодезические методы
Основные геодезические методы:
GPS/GNSS (Глобальная система позиционирования/Глобальная навигационная спутниковая система) Высокоточная GPS станция. Обычно три спутника GPS используются для определения местоположения, а четвертый обеспечивает временную коррекцию. Вместе они позволяют рассчитывать точные позиции. Положение можно рассчитать, используя три спутника плюс четвертый, чтобы скорректировать погрешность часов. Принимая во внимание, что портативный GPS может быть точным с точностью до нескольких метров или десятков метров, высокоточные «дифференциальные» GPS-устройства, которые ученые Земли используют в своих исследованиях, могут измерять движения с точностью до одного миллиметра в год. Первыми основными применениями высокоточного GPS были мониторинг тектонических движений плит и оценка опасности землетрясений и вулканов. В последнее время, ученые смогли применить эту технику к опасностям оползней, мониторингу подземных вод, измерению приливов, мониторингу льда/снега, а также влажности почвы и атмосферы.
Бортовой LiDAR. С бортовым LiDAR сканер устанавливается на самолете и объединяется с данными GPS и IMU (инерциальная единица измерения) для получения топографических данных высокого разрешения. Лидар - это технология дистанционного зондирования, которая измеряет расстояние, посылая лазерные импульсы и вычисляя время возврата отражения. Лидарные сканеры могут быть установлены на летательных аппаратах, наземных штативах или мобильных устройствах (воздушный лидар, наземное лазерное сканирование и мобильный лидар соответственно). В зависимости от способа съемки, полученная топографическая модель может иметь разрешение от метров до сантиметров. Лазерные лучи также способны проникать и возвращаться через отверстия в растительном покрове, создавая топографию «голой земли» из последних возвращающихся сигналов, что невозможно при использовании других методов. Различия между первым и последним возвращением в растительности могут привести к увеличению объема и плотности купола. Повторное сканирование одной и той же области позволяет детально измерить топографические изменения. Лидар может быть использован для широкого спектра применений оценки опасности, стратиграфического анализа, понимания геоморфологических и тектонических процессов и исследования растительности.
InSAR (Интерферометрический радар с синтезированной апертурой). InSAR использует изменение фазы между последовательными изображениями для измерения изменений уровня земли. InSAR измеряет деформацию грунта, используя два или более радара с синтезированной апертурой. Чаще всего изображения получены с радиолокационных спутников, вращающихся вокруг Земли, но этот метод также можно использовать с воздушных или наземных датчиков. Изменение фазы радиолокационного сигнала между повторными изображениями позволяет измерять деформацию в сантиметровом масштабе в течение нескольких дней или лет и в больших регионах. Хотя могут возникнуть сложности из-за влажности земной поверхности и изменения атмосферных условий, радар способен проникать через облака и предоставлять данные на больших площадях, что делает его хорошим дополнением к другим методам, таким как GPS, Лидар и SfM, которые имеют более ограниченные пространственные размеры. InSAR имеет приложения для мониторинга стихийных бедствий (например, землетрясения, вулканы и оползни), измерения оседания грунта, и даже оценки уровня поверхностных вод.
GRACE гравитационная карта Земли. Измерение гравитационного поля Земли, также является элементом геодезии. Появление спутниковых гравитационных измерений оказало глубокое влияние на нашу способность определять изменяющееся распределение массы на Земле. GRACE (гравитационное восстановление и климатический эксперимент) привели к беспрецедентным наблюдениям. Гравитационное поле Земли неравномерно, что отражает распределение массы на нашей планете. Орбита спутников-близнецов GRACE нарушается неравномерным гравитационным полем, изменяющим расстояние между спутниками. Это изменение расстояния измеряется с помощью микроволновой системы измерения дальности. Этот метод используется в тандеме с GPS, так как каждый из спутников оснащен высокоточным приемником GPS. Эта мера гравитации Земли может использоваться для многих приложений, но изменения в грунтовых водах и массе льда были двумя из самых глубоких. Они помогли исследователям понять последствия изменения климата и изменения подземных вод с течением времени. Данные GRACE могут использоваться для отслеживания распределения воды по поверхности Земли на континентах, объема ледяного покрова, изменения уровня моря, океанских течений и динамики внутренней структуры Земли.
Альтиметрия: уровень льда и моря. Спутниковая альтиметрия измеряет расстояние между спутником и целью на Земле. Обычно это делается с помощью радиолокационной альтиметрической системы, которая посылает радиолокационный импульс на поверхность Земли, а затем измеряет время, что требуется импульсу, чтобы достичь поверхности и вернуться для оценки расстояния. Конкретные характеристики сигнала, такие как величина и форма сигнала, дают информацию о типе исследуемой поверхности. Существуют и другие альтиметрические системы, такие как ATLAS (усовершенствованная топографическая лазерная альтиметрическая система), лазерная альтиметрическая система на ICESat-2. Эти методы используются для обследования как уровня моря, так и высоты льда. Эти спутниковые миссии длятся годами, поэтому собирают данные, идеально подходящие для исследований изменения климата, так как уровни льда и моря можно измерять с течением времени.
SfM, основанная на съемке фотографий с разных направлений и расстояний. Структура из Motion или SfM - это фотограмметрический метод для создания трехмерных моделей объекта или топографии из перекрывающихся двухмерных фотографий, сделанных из разных мест и ориентаций, для реконструкции сфотографированной сцены. Применения SfM широко распространены: от многих областей науки о Земле (геоморфология, тектоника, структурная геология, геодезия, горное дело) до археологии, архитектуры и сельского хозяйства. В дополнение к орто-ректифицированным изображениям, SfM создает набор данных с плотным облаком точек, который во многом похож на тот, что получается с помощью воздушного или наземного Лидара. Преимуществами SfM являются его относительная стоимость по сравнению с Лидаром, а также простота использования. Единственное необходимое оборудование - камера. Компьютер и программное обеспечение необходимы для обработки данных. Дополнительно, воздушная платформа, такая как воздушный шар или дрон, также может быть полезна для топографических картографических приложений. Поскольку SfM опирается на оптические изображения, он не способен генерировать топографические продукты «голой земли», которые являются типичными производными от технологий на основе лидаров - таким образом, SfM обычно лучше всего подходит для районов с ограниченной растительностью.
Tiltmeters - это очень чувствительные инклинометры, которые измеряют изменение от горизонтального. Они могут быть установлены в скважинах с тензометрами. Tiltmeter также может быть установлен на поверхности земли. Наклонные измерители обычно используются для мониторинга разломов, вулканов, плотин, оценки потенциальных оползней, а также ориентации и объема гидроразрывов.
Работа геодезиста
Основные задачи геодезиста:
Подготовить и поддерживать эскизы, карты, отчеты и юридические описания опросов, чтобы описать, сертифицировать и принять на себя ответственность за выполненную работу.
Проверить точность данных обследования, включая измерения и расчеты, проведенные на участках обследования.
Направлять или проводить обследования с целью установления правовых границ для объектов недвижимости на основании юридических документов.
Записывать результаты обследований, в том числе форму, контур, местоположение, высоту и размеры земли или наземных объектов.
Рассчитывать высоту, глубины, относительные положения, свойства линий и другие характеристики местности.
Подготавливать или контролировать подготовки всех данных, диаграмм, графиков, карт, записей и документов, связанных с обследованиями.
Записывать описания обследований границ собственности для использования в документах, договорах аренды или других юридических документах.
Планировать и проводить наземные исследования, предназначенных для установления базовых линий, высот и других геодезических измерений.
Поиск юридических записей, обследований и прав собственности на землю с целью получения информации о границах собственности в районах, подлежащих обследованию.
Согласовывать результаты с работой инженерного и архитектурного персонала, клиентов и других лиц, связанных с проектами.
Настраивать геодезические приборы, чтобы сохранить их точность.
Устанавливать фиксированные точки для использования при создании карт с использованием геодезических и инженерных инструментов.
Определите долготы и широты важных особенностей и границ в районах съемки, используя теодолиты, транзиты, уровни и спутниковые системы глобального позиционирования (GPS).
Обучать помощников и направлять их работу в таких видах деятельности, как проведение опросов или составление карт.
Проводить анализ целей и спецификаций обследования для подготовки предложений по обследованию.
Вычислить геодезические измерения и интерпретировать данные съемки, чтобы определить положение, форму и высоту геоморфологических и топографических объектов.
Разработать критерии для методов и процедур обследования.
Разработка критериев для проектирования и модификации инструментов обследования.
Провести исследование методов съемки и картографирования, используя знания методов составления фотограмметрической карты и электронной обработки данных.
Найти и отметить участки, выбранные для геофизических работ, таких как поиск нефти или других минеральных продуктов.
Обследовать водоемы, чтобы определить судоходные каналы и обеспечить данные для строительства волнорезов, пирсов и других морских сооружений.
Установить прямые аэрофотосъемки указанных географических районов.
Определить спецификации для фотографического оборудования, что будет использоваться для аэрофотосъемки, а также высоту, с которой нужно фотографировать местность.
Обязанности геодезиста
Геодезист определяет границы законной собственности. Он или она предоставляет данные и составляет юридические документы, называемые опросами, для строительства, создания карт и проектов недвижимости. Домовладелец может нанять инспектора, когда есть необходимость выяснить линии собственности для строительного проекта. Государственные учреждения также используют геодезические услуги при строительстве дорог.
При покупке, продаже дома или коммерческой недвижимости может потребоваться обследование линий собственности.
Людей, которые работают в этой дисциплине, также называют землевладельцами или землемерами.
Должностные обязанности:
Проводить физические обследования на месте с использованием разнообразного оборудования и инструментов.
Подготовить эскизы и заметки, а также выполнить электронный сбор данных.
Подготовить документы для обследования площадки по мере необходимости.
Обработка полевых данных, координирование полевого персонала и взаимодействие с группой CADD.
Составить график проекта в логических шагах, а также бюджетное время и ресурсы, необходимые для соблюдения сроков и целей доходности.
Просмотреть чертежи, подготовленные специалистами по обследованию.
Изучить данные предыдущих исследований, карты, документы, вещественные доказательства и другие записи, чтобы получить данные, необходимые для исследований.
Выполнять обязанности, связанные с землеустройством для определения прав собственности на землю и границ собственности.
Проводить учетную деятельность и исторические и правовые исследования собственности на землю.
Разработать и проверить контракты на землеустроительные работы.
Поддерживать полевые измерения и макеты.
Проводить стандартные расчеты для определения площадей, высоты и объемов полевых заметок.
Проводить базовые расчеты, используя данные полевых заметок.
Читать, использовать и интерпретировать чертежи и топографические карты.
Изучать и интерпретировать компьютерные приложения САПР.
Выступите в качестве старшего руководителя проекта для обследования на внутренних и картографических проектах.
Предоставлять согласованные и высококачественные документы для обследования, проектирования и строительных проектов для всех клиентов в регионе.
Выступать в качестве эксперта по кадастровому вопросу в качестве члена команды.
Выступать в качестве технического представителя по контрактам для архитектора-инженера.
Вовлекать в реализацию картографических контрактов и опросов неопределенного качества.
Предоставить вертикальные и горизонтальные контрольные карты и смету государственных расходов для проектов картирования и обследования.
