25.02.11 – геодезия, техн.

Специальность
Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 14 июля 2010 г. № 167
 

Цель и задачи программы-минимум

Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 25.00.32 – геодезия составлена в соответствии с «Положением о присуждении ученых степеней и присвоении ученых званий в Республике Беларусь», паспортом специальности 25.00.32 – геодезия и определяет требования к соискателю ученой степени с квалификацией кандидата наук, которые установлены этими документами. При разработке программы так же учтены учебные программы специальных дисциплин для специальности 1-56 02 01 – Геодезия. Целью программы является подготовка аспирантов и соискателей ученой степени к самостоятельному проведению и внедрению в практику исследований в области геодезии.

Основные задачи, предусмотренные настоящей программой, состоят в следующем:

определить необходимый уровень знаний, умений и навыков для исследователей, выполняющих диссертационную работу;

выявить степень владения аспирантом (соискателем) новыми методами исследований, современными информационными технологиями и математическим аппаратом, применяемым для научной работы по избранной специальности.

Аспирант (соискатель) должен знать:

  • методы производства топографических съёмок;
  • теорию математической обработки геодезических измерений;
  • системы координат, используемые в геодезии;
  • основные положения сфероидической и физической геодезии;
  • методы создания государственных геодезических сетей;
  • основные методы математической картографии и  фотограмметрии;
  • основные виды и технологии выполнения инженерно-геодезических работ;
  • экономику, организацию и планирование топографо-геодезических работ.

Аспирант (соискатель) должен уметь:

  • выполнять все виды топографических работ;
  • вести математическую обработку материалов геодезических измерений, в том числе и в современных программных продуктах;
  • уравнивать измерения в геодезических сетях коррелатным и параметрическим способами, а также их комбинациями;
  • пользоваться основными системами координат, принятыми в геодезии, устанавливать связи и выполнять взаимный переход между геодезическими и фотограмметрическими системами координат;
  • вычислять длины дуг меридианов и параллелей, размеров рамок и площадей трапеций на эллипсоиде;
  • решать прямую и обратную геодезические задачи на эллипсоиде и в трехмерном пространстве одним из способов (рекомендуется способ Бесселя);
  • вычислять нормальные высоты по результатам нивелирования и измерениям силы тяжести;
  • выполнять полевые работы в триангуляции, полигонометрии, нивелировании;
  • вести инженерно-геодезическое проектирование;
  • осуществлять подготовку геодезических данных и выполнять вынос в натуру проектных осей и элементов сооружений, рассчитывать при этом точность геодезических работ, исходной геодезической опоры, планового и картографического материала, вести расчеты по вертикальной планировке.

Закрепление этих знаний обеспечивается в процессе обучения в магистратуре и аспирантуре высшего учебного заведения, а также путем самостоятельной работы в процессе работы над кандидатской диссертацией.

Уровень знаний соискателя должен соответствовать программе – минимум, современному научно-техническому уровню развития методов геодезии и информационных технологий в данной области.

Содержание программы

Общие сведения

Предмет и задачи геодезии. История возникновения и развитие геодезии. Подразделение геодезии на научные дисциплины. Связь геодезии с другими науками. Вклад отечественных и зарубежных ученых в развитие геодезии. Роль геодезии на современном этапе в изучении Земли как планеты, решении фундаментальных и прикладных задач, перспективы дальнейшего развития.

1.     Топографические съёмки и их геодезическое обоснование

Назначение топографических съёмок. Точность карт и планов. Номенклатура карт. Условные знаки планов и карт. Рельеф и его изображение на планах и картах. Выбор масштаба съёмки и высоты сечения рельефа. Решение задач по топографическим картам и планам. Современные методы крупномасштабных топографических съёмок (приборы и методы автоматизации наземных съёмок). Топографические съемки для целей кадастра. Создание цифровых моделей местности в программных комплексах Credo, GeoniCS и др. Геодезические информационные системы.

Высотное обоснование топографических съемок. Нивелирование III и IV классов. Техническое нивелирование. Методика построения нивелирных сетей. Инструменты, их поверки и исследования. Цифровые нивелиры. Контроль качества выполняемых работ.

Плановое обоснование топографических съемок. Построение полигонометрических, теодолитных, тахеометрических ходов и сетей. Требование к их точности при разных масштабах съемок. Контроль точности выполняемых измерений. Приборы для линейных и угловых измерений. Особенности создания съемочного обоснования в населенных пунктах.

2. Теория математической обработки геодезических измерений

Обработка одномерной величины. Измерения и их погрешности: случайные, систематические, грубые. Интервальные оценки измеряемой величины. Параметрическое и непараметрическое оценивание. Статистические свойства оценок: достаточность, состоятельность, несмещенность и эффективность. Понятие о методах статистического оценивания измеряемой величины: моментов, максимального правдоподобия, наименьших квадратов, наименьших модулей. Числовые характеристики точности измерений: размах, абсолютное медианное отклонение, средняя погрешность, средняя квадратическая погрешность и другие. Дисперсия и стандарт. Дисперсия линейной комбинации погрешностей. Дисперсия (квадрат средней квадратической погрешности) функции измеренных величин. Оценка точности измерений по их разностям, внутренней сходимости, невязкам фигур и полигонов. Обработка рядов равноточных измерений и  неравноточных измерений. Отбраковка грубых измерений. Критерии Райта, Шарлье, Диксона. Понятие об устойчивом (робастном оценивании). Критерий Аббе выявления систематического сдвига.

Обработка многомерной величины – уравнивание. Сущность задачи уравнивания – необходимые и избыточные измерения. Определение достаточной, несмещенной и эффективной оценки определяемой величины при уравнивании. Коррелатный способ уравнивания. Сущность условных уравнений. Условные уравнения в триангуляции: фигур, дирекционных углов, базисные, полюсов, координатные. Условные уравнения в полигонометрических сетях. Условные уравнения в нивелирных сетях. Условные уравнения GPS – построений. Уравнивание коррелатным способом: минимизация функционала Лагранжа (поиск условного экстремума), нормальные уравнения, вычисление поправок. Решение нормальных уравнений по схеме Гаусса и методом обращения матриц. Весовая функция. Обратный вес функции уравненных величин. Средние квадратические погрешности измерения, вес которого равен единице и функции уравненных величин. Параметрический способ уравнивания. Сущность параметрических уравнений связи измерений и определяемых параметров. Уравнения поправок направлений, сторон, превышений. Уравнения поправок GPS–измерений. Алгоритм уравнивания параметрическим способом: система уравнений поправок, нормальные уравнения. Обращение матрицы нормальных уравнений по схеме Гаусса и по Жордану. Оценка точности функций уравненных величин в параметрическом способе.

3.     Системы координат, используемые в геодезии

Общеземные геоцентрические системы координат. Астрономические (географические) координаты пунктов земной поверхности. Прецессия, нутация. Измерение времени. Единицы измерения и системы счета времени. Координатные и азимутальные определения. Системы координат, используемые в навигационно–геодезических комплексах ГЛОНАСС и NAVSTAR (GPS). Геодезические (референцные) системы координат. Референц–эллипсоид Красовского. Государственные системы геодезических координат.

Установление связи между разными системами координат. Теоретические и практические аспекты проблемы. Использование в геодезии плоских систем координат. Система плоских прямоугольных координат проекции Гаусса-Крюгера. Алгоритмы преобразования геодезических координат в координаты Гаусса-Крюгера, обратное преобразование. Применение координат Гаусса-Крюгера в геодезических и картографических работах.

4. Сфероидическая геодезия

Основные параметры земного эллипсоида и соотношение между ними. Длина дуги меридиана и параллели. Площадь трапеции на эллипсоиде, ограниченной параллелями и меридианами. Геодезическая линия. Нормальное сечение. Длина дуги большого круга. Поправка в направление и переход от нормального сечения к геодезической линии. Решение прямой геодезической задачи на эллипсоиде по способу Бесселя. Решение обратной геодезической задачи по способу Бесселя. Ряды для приращения широт, долгот и азимутов. Сближение меридианов и масштаб изображения на плоскости в проекции. Поправки в направления, длину и площадь при переходе на плоскость в проекции Гаусса-Крюгера. Решение главных геодезических задач в трехмерном пространстве. Использование измеренных хорд.

5. Физическая геодезия и гравиметрия

Общие сведения. Потенциал сил притяжения и силы тяжести. Понятие о разложении потенциала притяжения в ряд. Понятие об уравнении Пуассона и Лапласа. Основные свойства потенциала силы тяжести. Теорема Клеро. Нормальный потенциал. Аномалии силы тяжести. Возмущающий потенциал. Уклонение отвесных линий, установление референц-эллипсоида и редукционные задачи. Основные понятия и определения. Краевое граничное условие. Обобщенный ряд Стокса. Определение возмущающего потенциала на поверхности сферы (решение Стокса). Формула Стокса для вычисления высоты квазигеоида и формулы Венинг-Мейнесса для составляющих уклонения отвесных линий относительно общего земного эллипсоида. Определение возмущающего потенциала Земли на земной поверхности (решение Молоденского). Составляющие уклонения отвеса на поверхности Земли. Астрономо-геодезический метод вывода уклонений отвесных линий. Гравиметрический метод вывода уклонения отвесных линий. Астрономо-гравиметрический метод вывода уклонений отвесных линий. Влияние уклонений отвесных линий на астрономические азимуты и зенитные расстояния. Ортометрические высоты. Нормальные высоты. Динамические высоты. Поправки в измеренные горизонтальные направления за высоту. Редукция измеренных горизонтальных направлений при переходе к поверхности эллипсоида. Редукция силы тяжести. Редукция линейных измерений. Общие сведения о градусных измерениях. Метод дуг: по меридиану и параллели. Метод площадей. Метод проектирования. Основные формулы определения параметров эллипсоида по астрономо-геодезическим и гравимметрическим данным. Понятие об уравнивании астрономо-геодезической сети.

6. Методы создания государственных геодезических сетей

Классификация геодезических сетей. Триангуляция. Схема построения сетей триангуляции. Проектирование и рекогносцировка триангуляционных сетей. Геодезические знаки и центры пунктов. Измерение горизонтальных углов или направлений на пунктах триангуляции: способы Струве, Шрейбера, Гаусса. Приведение направлений к центрам пунктов. Содержание и последовательность предварительных вычислений триангуляции. Оценка качества измерений. Вычисление рабочих координат пунктов триангуляции.

Полигонометрия. Сущность полигонометрии и виды полигонометрических построений. Накопление погрешностей в ходах полигонометрии. Проектирование полигонометрии. Рекогносцировка и закрепление пунктов полигонометрии. Измерение горизонтальных углов и расстояний. Основные источники погрешностей при угловых и линейных измерениях. Оценка точности угловых и линейных измерений. Уравнивание систем полигонометрических ходов коррелатным и параметрическим способами. Комбинированные геодезические сети.

Нивелирование 1 и 2 классов. Оценка точности нивелирования. Уравнивание нивелирных сетей коррелатным и параметрическим способами. Формулы тригонометрического нивелирования. Определение коэффициента рефракции.

Свето - и радио дальномерные измерения. Импульсный и фазовый методы.

Глобальные позиционные системы. Структура и состав глобальной навигационной  спутниковой системы (ГНСС). Измерения псевдодальностей. Фазовые измерения. Разрешение неоднозначностей. Абсолютный, относительный и дифференциальный методы определения координат пунктов. Методики построения геодезических сетей. Расчет числа эпох и спутников для относительного позиционирования. Системы координат и времени, применяемые в ГНСС. Понятие о сети пунктов слежения за положением спутников ГНСС. Эфемериды. Источники погрешностей и способы ослабления их влияния. Точность определения плановых координат и высот. Предварительная и окончательная обработка спутниковых измерений в программных продуктах Trimble geomatics office, Leica geo office и др.

Использование геодезических данных для решения геодинамических задач. Изучение деформаций земной коры. Выявление вариаций геопотенциала.

7. Математическая картография

Картографические проекции и сетки. Расчет картографических сеток. Общая теория искажений. Масштабы и искажения. Эллипс искажений. Искажение направлений и углов. Изменение масштаба по заданному направлению. Определение искажений по меридиану и параллели и угла между ними. Определение элементов и построение эллипса искажений. Классификация проекций по характеру искажений. Классификация искажений по виду нормальной сетки. Общая теория конических и азимутальных проекций. Общая теория цилиндрических проекций. Цифровая картография. Системы автоматического картографирования.

8. Фотограмметрия

Геометрические свойства снимка. Элементы центральной проекции, и ее свойства. Принципиальная схема построения изображения методом центрального проектирования. Системы координат, применяемые в фотограмметрии.

Параметры аэрофотосъёмки: фокусное расстояние аэрофотоаппарата, высота фотографирования, масштаб. Аэрофотоаппараты. Глубина резкости, выдержка и диафрагма. Продольное и поперечное перекрытие  снимков. Стереопары. Расчет числа снимков в маршруте и числа маршрутов. Геометрические качества аэрофотосъёмки.

Теория одиночного снимка. Элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка. Формулы связи координат соответственных точек снимка и местности. Формулы связи координат соответственных точек на наклонном и горизонтальном снимках. Смещения точек снимка из-за рельефа местности и угла наклона. Назначение и методы трансформирования снимков. Оптико-механическое трансформирование снимков. Создание фотопланов. Цифровое трансформирование снимков. Создание и использование цифровых моделей рельефа.

Теория стереопары снимков. Координаты и параллаксы соответственных точек на стереопаре снимков. Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на паре снимков. Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков. Определение элементов взаимного ориентирования. Построение фотограмметрической модели. Внешнее ориентирование модели.

Планово-высотная привязка снимков. Пространственная аналитическая фототриангуляция. Теория и точность пространственной фототриангуляции. Технологии построения сетей аналитической фототриангуляции на цифровых фотограмметрических станциях.

Фото и цифровые съёмочные камеры, применяемые в наземной фотограмметрии. Основные случаи стереофотограмметрической съёмки. Лазерное сканирование.

Методы создания топографических карт и планов по материалам аэросъемки. Технологические схемы, состав полевых и камеральных работ. Методы обновления топографических карт по аэрофотоснимкам. Технологические схемы обновления, их обоснование. Содержание полевых и камеральных работ. Дешифрирование аэрофотоснимков.

9. Инженерно-геодезические работы

Основные виды и особенности инженерно-геодезических работ. Опорные инженерно-геодезические сети. Расчет точности и числа ступеней развития опорной геодезической сети. Выбор систем координат и систем высот. Специальные методы, методики и технологии выполнения  измерений в инженерно-геодезических сетях. Проектирование и расчет точности опорных инженерно-геодезических сетей. Особенности использования спутниковых систем в инженерной геодезии. Строительные сетки, методы их создания, уравнивание, точность.

Инженерно-геодезические и геологические изыскания для линейного и площадного строительства. Методы съёмки застроенных территорий. Съёмка подземных коммуникаций.

Разбивочные работы. Подготовка геодезических данных для выноса в натуру проектных точек. Способы выноса в натуру. Применение электронных тахеометров (в т. ч. роботизированных) для геодезического обеспечения строительно-монтажных работ.  Влияние ошибок исходных данных. Геодезические работы в промышленном и гражданском строительстве, при монтаже конструкций и технического оборудования. Способы установки и выверки строительных конструкций и технологического оборудования. Исполнительные съёмки. Вертикальная планировка. Проектирование наклонной и горизонтальной плоскости. Проектирование поверхности.

Геодезические работы при строительстве и эксплуатации подземных коммуникаций. Геодезические работы при изысканиях, строительстве и реконструкции аэродромов, дорог, мостов, тоннелей и гидротехнических сооружений. Высокоточные инженерно-геодезические работы при строительстве и эксплуатации прецизионных сооружений. Особенности использования створных измерений в инженерно-геодезических работах, методы создания створов, основные источники погрешностей. Методы передачи геодезической основы на монтажные горизонты. Приборы вертикального проектирования. Геодезические работы для ведения кадастра.  Определение площадей по координатам

Геодезические наблюдения за деформациями земной поверхности и инженерных сооружений. Точность и периодичность наблюдений за деформациями инженерных сооружений. Способы обработки деформационных сетей, особенности их уравнивания.

10. Экономика, организация и планирование топографо-геодезических работ

Производственно-организационная структура топографо-геодезических предприятий и организаций в Республике Беларусь. Расчет объемов финансирования геодезических работ. Методы и особенности планирования и управления топографо-геодезическими работами. Обеспечение техники безопасности при выполнении топографо-геодезических работ. Лицензирование топографо-геодезических работ. Основные фонды и оборотные средства предприятий. Резервы и факторы роста производительности труда. Эффективность инноваций и производства. Нормативно-техническая база.

Список литературы

Основная литература

  1. Антонович, К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т. / К.М. Антонович; ГОУ ВПО Сибирская государственная академия. – М.: ФГУП Картгеоцентр, 2005. – 694 с.
  2. Маслов, А.В. Геодезия. Учеб. для вузов / А.В. Маслов, А.В. Гордеев, Ю.Г. Батраков. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2006. – 598 с.
  3. Селиханович, В.Г. Геодезия / В.Г. Селиханович. – Часть 2. М.: Недра, 1984.
  4. Большаков, В.Д. Теория математической обработки геодезических измерений / В.Д. Большаков, П.А. Гайдаев. – М.: Недра, 1977. – 280 с.
  5. Большаков, В.Д. Практикум по теории математической обработки геодезических измерений / В.Д. Большаков, Ю.М. Маркузе. – М.: Недра, 1984. – 352 с.
  6. Маркузе, Ю.И. Геодезия. Вычисления и уравнивание / Ю.И. Маркузе, Е.Г. Бойко, В.В. Голубев В.В. – М.: Геодезиздат, 1994. – 431 с.
  7. Абалакин, В.К. Геодезическая астрономия и астрометрия / В.К. Абалакин, И.И. Краснорылов, Ю.В.Плахов. – М.: Картгеоцентр-геодезиздат. 1996.-434 с.
  8. Уралов, С.С. Курс геодезической астрономии / С.С. Уралов. – М.: Недра, 1980. – 592 с.
  9. Бугаевский, Л.Н. Математическая картография / Л.Н. Бугаевский. – М.: Картгеоцентр – геодезиздат, 1998. – 440 с.
  10. Назаров, А.С. Фотограмметрия / А.С. Назаров. – учеб. пособие для студ. Вузов. – Минск: Тетра-Системс, 2006. - 368 с.
  11. Буров, М.И. Практикум по фотограмметрии / М.И. Буров, Б.В. Краснопевцев, А.П. Михайлов. – М.: Недра, 1987.
  12. Лобанов, А.Н. Фотограмметрия / А.Н. Лобанов. – М.: Недра, 1984. – 552 с.
  13. Урмаев, М.С. Космическая фотограмметрия / М.С. Урмаев. – М.: Недра, 1989.
  14. Генике, А.А. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и её применение в геодезии / А.А. Генике, Г.Г. Побединский. – М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1999. – 272 с.
  15. Морозов, В.П. Курс сфероидической геодезии / В.П. Морозов. – М.: Недра, 1979. – 296 с.
  16. Пеллинен, Л.П. Высшая геодезия / Л.П. Пеллинен. – М.: Недра, 1978. – 265 с.
  17. Закатов, П.С. Курс высшей геодезии / П.С. Закатов. – М.: Недра, 1976. – 511 с.
  18. Яковлев, Н.В. Высшая геодезия / Н.В. Яковлев. – М.: Недра, 1989. – 445 с.
  19. Клюшин, Е.Б. Инженерная геодезия / Е.Б. Клюшин, [и др.]. – М.: Высш. шк., 2001.
  20. Левчук, Г.П. Прикладная геодезия / Г.П. Левчук, В.Е. Новак, В.Г.Конусов. – М.: Недра, 1987.-438 с.
  21. Левчук, Г.П. Прикладная геодезия. Геодезические работы при изысканиях и строительстве основных видов сооружений / Г.П. Левчук, В.Е. Новак, Н.Н. Лебедев. – М.: Недра, 1983. – 400 с.
  22. Соломонов, А.А. Инженерная геодезия / А.А. Соломонов. – Минск: Вышэйшая школа, 1983.–328 с.
  23. Савиных, В.П. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования / В.П. Савиных, В.Я. Цветков. – М.: Картгеоцентр – Геодезиздат, 2001.
  24. Иванова, В.А. Организация, планирование и управление геодезическим производством / В.А. Иванова, Н.А. Беспалов, И.Ю. Васютинский. – Учебник для ВУЗов.-М.: Недра, 1986г.
  25. Hofmann-Wellenhof, В. GPS. Theory and Practice, Springer Verlag / B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, and J.Collins. – Wien, New Jork, 1992.- 326 c.
  26. Обзор научных изданий за последние  годы.

Дополнительная литература

  1. Герасимов, А.П. Уравнивание государственной геодезической сети / А.П. Герасимов. – М., Картгеоцентр-Геодезиздат, 1996. – 303 с.
  2. Кулешов, Д.А. Инженерная геодезия / Д.А. Кулешов, Г.Е. Стрельников, Г.Е. Рязанцев. – М., Катгеоцентр-Геодезиздат, 1996. – 303 с.
  3. Шилов, П.И. Инженерная геодезия / П.И. Шилов, В.И. Федоров. – М., 1982. – 356 с.
  4. Кузнецов, А.Н. Геодезическая астрономия / А.Н.Кузнецов. – М., Недра, 1996.-370 с.
  5. Маркузе, Ю.И. Алгоритмы для уравнивания геодезических сетей на ЭВМ / Ю.И. Маркузе. – М., Недра, 1989. – 246 с.
  6. Теория математической обработки геодезических измерений / Учебное пособие в двух книгах. / Под общей редакцией Ю.И. Маркузе. – М.: МИИГАиК, 2005.
  7. Неумывакин, Ю.К. Практикум по геодезии / Ю.К. Неумывакин, А.О. Смирнов. – М., Картгеоцентр – Геодезиздат. 1995. – 315 с.
  8. Справочник геодезиста. Под общей редакцией Большакова В.Д. и Левчука Г.П. – М., Недра, 1985 г. (в двух томах).
  9. Шимбирев, Б.П. Теория фигуры Земли / Б.П. Шимбирев. – М., Недра, 1975.-431 с.
  10. Большаков, В.Д. Уравнивание геодезических построений. Справочное пособие / В.Д. Большаков, Ю.И. Маркузе, В.В. Голубев. – М.: Недра, 1989.
  11. Грушинский, Н.П. Теория фигуры Земли / Н.П. Грушинский. – М.: Физматиздат, 1963. – 446 с.
  12. Зданович, В.Г. Высшая геодезия / В.Г. Зданович [и др.]. – М.: Недра, 1970.-512 с.
  13. Научно-периодические и  INTERNET издания по новым технологиям в геодезии, картографии и фотограмметрии
  14. Нормативно-правовая документация по лицензированию и метрологическому обеспечению геодезических работ.