Государственная нивелирная сеть

Государственная нивелирная сеть — это совокупность закреплённых на местности геодезических пунктов, высоты которых определены в единой системе высот методом геометрического нивелирования. Является высотной основой топографических съёмок, инженерно-геодезических изысканий, строительства, картографирования и научных исследований. В Российской Федерации государственная нивелирная сеть (ГНС) входит в состав государственной геодезической сети (ГГС) и создаётся по единым государственным нормативам.

История

Первые высотные обоснования на территории России начали создаваться в XIX веке при прокладке железных дорог и строительстве каналов. В 1871 году была начата нивелировка по линии Санкт-Петербург — Москва, а к концу века выполнены нивелирные ходы вдоль основных железнодорожных магистралей. Систематическое создание единой государственной нивелирной сети относится к 1930-м годам, когда в СССР была введена Балтийская система высот. В 1970-х годах сеть была значительно уплотнена, а в 1977 году введена в действие «Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов». После распада СССР сеть была пересмотрена, и в 1990-х годах началась её реконструкция с использованием спутниковых технологий. В 2000-х годах утверждены новые нормативные документы, регулирующие создание и обновление ГНС.

Классификация и структура

Государственная нивелирная сеть в России подразделяется на четыре класса точности, которые различаются методикой измерений, допустимыми погрешностями и густотой пунктов.

I класс

Нивелирная сеть I класса является высшей ступенью точности. Она создаётся для научных целей — изучения вертикальных движений земной коры, определения разности высот между материками, а также для контроля и обновления сетей низших классов. Измерения выполняются высокоточными нивелирами с использованием инварных реек, с обязательным учётом поправок за наклон луча, температуру и рефракцию. Средняя квадратическая погрешность на 1 км хода не превышает 0,5 мм. Линии I класса прокладываются по специальным программам, часто вдоль берегов морей и крупных рек.

II класс

Сеть II класса служит основой для распространения единой системы высот на всю территорию страны. Она опирается на пункты I класса и образует замкнутые полигоны. Погрешность измерений — до 1,0 мм на 1 км хода. Линии II класса прокладываются по автомобильным дорогам, железнодорожным путям и другим стабильным трассам. Пункты II класса закрепляются грунтовыми реперами или стенными марками.

III класс

Нивелирная сеть III класса предназначена для сгущения высотной основы и обеспечения топографических съёмок масштаба 1:10 000 и крупнее. Погрешность — до 3,0 мм на 1 км хода. Линии III класса прокладываются между пунктами II класса, образуя полигоны меньшего размера.

IV класс

Сеть IV класса является самой массовой и используется для непосредственного обеспечения инженерно-геодезических работ, строительства, межевания и кадастровых съёмок. Погрешность — до 5,0 мм на 1 км хода. Пункты IV класса закрепляются временными или постоянными знаками.

Типы пунктов

Пункты государственной нивелирной сети закрепляются на местности специальными знаками — реперами. Основные типы:

• Грунтовые реперы — бетонные монолиты с заложенной в них маркой, устанавливаемые в грунт ниже глубины промерзания.
• Стенные реперы — металлические марки, закрепляемые в стены капитальных зданий, мостов, плотин.
• Скальные реперы — марки, закладываемые в коренные скальные породы.
• Временные реперы — деревянные или металлические столбы, используемые на период строительства.

Каждый пункт имеет уникальный номер, координаты и высотную отметку, занесённые в каталог. Внешне пункты обозначаются охранными знаками (столбиками, ограждениями) для предотвращения повреждения.

Методы измерений

Основным методом создания государственной нивелирной сети является геометрическое нивелирование — определение превышений между точками с помощью нивелира и реек. В зависимости от класса применяются:

• Высокоточное нивелирование (I и II классы) — с использованием оптических или цифровых нивелиров с увеличением 40–50×, инварных реек с штриховой шкалой, многократными измерениями (прямой и обратный ход).
• Точное нивелирование (III класс) — с использованием нивелиров с увеличением 30–40×, деревянных или фиберглассовых реек с сантиметровой шкалой.
• Техническое нивелирование (IV класс) — с использованием нивелиров с увеличением 20–25×, реек с миллиметровой шкалой.

С 2000-х годов для контроля и обновления сети применяются спутниковые методы (GNSS) в сочетании с геометрическим нивелированием, однако для высших классов точности спутниковые измерения пока не заменяют классическое нивелирование.

Системы высот

В России высоты пунктов государственной нивелирной сети определяются в Балтийской системе высот (БСВ), принятой в 1977 году. За нуль принят средний многолетний уровень Финского залива Балтийского моря, зафиксированный Кронштадтским футштоком. В отдельных регионах (например, в горных районах) могут использоваться местные системы высот, привязанные к БСВ. В 2010-х годах велись работы по переходу на Геоцентрическую систему координат «ПЗ-90.11» с высотами, определяемыми относительно эллипсоида, но для практических задач БСВ остаётся основной.

Применение

Государственная нивелирная сеть используется в следующих областях:

• Топография и картография — для создания высотной основы топографических планов и карт всех масштабов.
• Инженерные изыскания — при проектировании и строительстве дорог, мостов, тоннелей, плотин, зданий и сооружений.
• Землеустройство и кадастр — для определения высотных отметок земельных участков и объектов недвижимости.
• Геодинамика — для мониторинга вертикальных движений земной коры, оползней, просадок грунта.
• Навигация — для определения высот в авиации, на морском и речном транспорте.
• Научные исследования — для изучения фигуры Земли, геоида, изменений уровня моря.

Современное состояние

По состоянию на 2020-е годы государственная нивелирная сеть России насчитывает более 300 000 пунктов всех классов. Однако значительная часть пунктов, особенно в отдалённых районах, утрачена или повреждена вследствие хозяйственной деятельности, строительства, эрозии. В 2010-х годах началась программа модернизации ГНС с использованием спутниковых технологий и созданием постоянно действующих референцных станций. В 2021 году утверждены новые правила создания и обновления ГНС, предусматривающие цифровую регистрацию пунктов и их координат в единой системе.

Критика и проблемы

Основные проблемы государственной нивелирной сети связаны с её старением: многие пункты были заложены в 1950–1970-х годах и не обновлялись. В условиях изменения климата, таяния вечной мерзлоты и антропогенного воздействия высоты части пунктов сместились. Кроме того, недостаточное финансирование приводит к тому, что в ряде регионов (Сибирь, Дальний Восток) сеть остаётся разреженной, что затрудняет проведение точных инженерных работ. Критики также отмечают, что переход на спутниковые методы без должного контроля может привести к потере единой высотной основы.

Источники

• Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. — М.: Недра, 1977.
• Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации. — М.: Роскартография, 2004.
• ГОСТ 24846-2012. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. — М.: Стандартинформ, 2013.
• Справочник геодезиста. Книга 2. — М.: Недра, 1985.
• Государственная нивелирная сеть России: современное состояние и перспективы развития // Геодезия и картография. — 2019. — № 6.