Топографо-геодезическая практика

Основным местом проведения практики является Беломорская биологическая станция (ББС) имени Н. А. Перцова биологического факультета МГУ. Такой выбор места обусловлен рядом причин. В окрестностях ББС существует геодезическая сеть, развернутая в 80е гг. прошлого века сотрудниками кафедры геодезии и картографии (прежнее название кафедры картографии и геоинформатики) А. В. Брюхановым и Б. Б. Серапинасом. На ББС проводится широкий спектр научных исследований, и присутствие учёных разных направлений (биологов, геологов, геофизиков, географов) позволяет насытить практику прикладными топографо-геодезическими задачами. Хорошие бытовые условия и бесперебойное электроснабжение обеспечивают эффективное использование рабочего времени. Малолюдность и изолированность территории удобны с точки зрения безопасности студентов и сохранности оборудования. Особенностью ББС является приливно-отливный режим Белого моря, накладывающий ограничения на доступность местности для съёмки, но являющийся природным явлением, которое можно использовать при планировании упражнений. Период проведения топографо-геодезической практики можно разбить на несколько этапов: подготовительный, учебный, контрольный, а также защита результатов практики.

Подготовительный этап. Основными задачами этого этапа является предварительный инструктаж студентов и разбиение на бригады, изучение местности, планирование и распределение работ, знакомство с оборудованием. Подготовительный этап начинается еще до выезда на практику с лекции, освещающей предстоящую программу практики и общие правила техники безопасности во время её прохождения. Вся группа студентов делится на бригады численностью по три-четыре (оптимально) или пять человек, назначаются бригадиры. Бригадир несёт дополнительную ответственность: руководит работой бригады, следит за дисциплиной и качеством выполнения работ, координирует взаимодействие с другими бригадами при совместном решении задач, отвечает за качество обслуживания бригадного оборудования. На дальнейших этапах практики целесообразно менять бригадиров, чтобы каждый студент мог почувствовать ответственность руководящей позиции в коллективе. После прибытия на ББС студенты знакомятся с районом прохождения практики, территорией базы и учебным полигоном. Определяются основные и запасные маршруты следования к участкам работ, определяется регламент действий, обеспечивающий технику безопасности (сроки возвращения из маршрутов, использование радиостанций), проводятся лекции по оказанию первой медицинской помощи. На подготовительном этапе происходит первое знакомство с геодезическим оборудованием: электронными тахеометрами, цифровыми нивелирами, ГНСС-приёмниками, системой наземного лазерного сканирования, беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), эхолотом. Студентам поясняются принципы работы с каждым классом оборудования, рассматривается спектр задач, решаемых с его применением, оговариваются требования к обслуживанию инструментов.

Параллельно студенты приступают к написанию первой части отчёта («общего тома»), который составляется всей группой студентов и содержит сведения, общие для всех бригад: географическое описание района прохождения практики, технические характеристики используемого оборудования, методики проведения отдельных видов работ, анализ и обобщение полученных результатов (пишется в конце). Учебный этап. Основная задача этого этапа — приобретение студентами навыков проведения базовых топографо-геодезических работ, получение опыта бригадной работы в роли исполнителя и руководителя. К базовым относятся работы, связанные с определением координат и высот точек, и включающие в себя ГНСС наблюдения, нивелирные работы и тахеометрический ход. Упражнения по каждому виду работ выполняются до тех пор, пока погрешности результатов не окажутся в допуске. Результаты учебного этапа оформляются в качестве персонализированных отчётных материалов по каждому виду выполненных работ, которые являются частями второго(«бригадного») тома.

Контрольный этап. Основной задачей контрольного этапа является демонстрация студентами полученных навыков и знаний. Главная цель этапа — создание топографического плана местности. Каждая бригада создаёт собственный план, но участки съёмки отдельных бригад перекрываются, что позволяет свести результаты бригад воедино. В ходе рекогносцировки студенты осматривают выделенные им съёмочные полигоны, отыскивают на местности пункты опорной и съёмочной сетей, заложенные в предыдущие года, определяют места закладки собственных пунктов. Далее проводится развитие планово-высотного обоснования (ПВО): используя высокоточные способы спутникового позиционирования, студенты выполняют наблюдения на пунктах государственной геодезической сети, местной сети сгущения ББС и пунктах ПВО, заложенных для выполнения работ. Затем проводят работы по тахеометрическому и нивелирному ходам. По результатам обработки всех измерений создаётся единый каталог координат пунктов ПВО, который далее используется всеми бригадами. Топографическая съёмка осуществляется тахеометрическим способом. Объектом съёмки обычно является зона контакта суши и моря, в соответствии с этим съёмка ведётся вглубь берега на 30–50 м, а также в направлении моря до уровня низкой воды (ширина литорали при этом варьируется от 10 до 100 м в зависимости от рельефа морского дна в районе съёмки). Длина полигона каждой бригады вдоль берега составляет, как правило, 200–300 м.

Классификатор объектов для выполнения съёмки проектируется заранее и вносится в память прибора, что позволяет приносить из поля данные, уже снабжённые необходимой для картографирования семантикой. По завершению тахеометрической съёмки полевые материалы обрабатываются при помощи программных средств ГИС. Структура базы данных унифицируется для всех бригад, что облегчает последующее сведение материалов. Окончательное изображение топографического плана формируется также в ГИС среде с минимальной постобработкой в векторных графических редакторах. Фотограмметрические работы выполняются по результатам аэрофотосъёмки при помощи БПЛА, которая осуществляется над теми же полигонами, где проходит наземная топографическая съёмка. Работы по съёмке (управлению БПЛА), разработке плана полёта, размещению наземных контрольных точек, обеспечению внешнего ориентирования и обработке данных выполняются студентами самостоятельно под наблюдением преподавателей. Полученные цифровые модели рельефа и ортофотопланы являются самостоятельно значимым результатом, а также используются для составления топографического плана. Дополнительные виды работ включают упражнения, призванные дать углублённые знания по специальным видам топографо-геодезических работ. Их целесообразность зависит от специфики программы и участка проведения съёмки в конкретный учебный год. К ним относятся: гидрографические работы, тригонометрическое нивелирование, наземное лазерное сканирование. Гидрографические работы выполняются в прибрежной полосе акватории Белого моря в условиях приливов и отливов. Глубины измеряются с помощью цифрового эхолота, привязка точек измерений проводится методами спутникового позиционирования в режиме RTK или постобработки. Дополнительно ведутся нивелирные наблюдения за ходом изменения уровня на временных водомерных постах. После обработки исходных данных и внесения поправок на колебания уровня составляются батиметрические карты. Тригонометрическое нивелирование выполняется для получения профилей местности с большой длиной хода и перепадами высот. Данный вид работ позволяет получить информацию о достаточно крупных мезоформах рельефа, например, выявить ступенчатость морских террас. Наземное лазерное сканирование (НЛС)выполняется каждой бригадой, по его результатам создаётся трёхмерная модель местности. Объектом сканирования обычно служат береговые уступы с минимальной растительностью и крутым перепадом высот. В то же время, для оценки точности измерений и обучению принципам НЛС могут быть использованы объекты правильной геометрической формы, например, здания. Поскольку практика проводится на научно-исследовательской станции, контрольные задачи могут быть ориентированы не только на формальную отработку навыков выполнения топографо-геодезических работ, но и на получение результатов, востребованных специалистами, осуществляющими исследования в районе ББС. Для этого постановка некоторых задач и локализация участков выполнения работ проводится совместно с представителями других специальностей — геоморфологами, океанологами, геофизиками, биологами, — заинтересованными в получении картографических материалов. Возможность прикладного использования результатов является стимулирующим фактором для студентов. По итогам выполнения полевых работ и обработки данных «коллективные» результаты (координаты точек планово-высотного обоснования, сводный топографический план, сводный ортофотоплан) тому отчёта. В заключительной его части студенты выполняют оценку стоимости проделанной работы по сборникам базовых цен на инженерно-геодезические работы. Завершается практика публичной защитой отчёта в форме докладов с презентациями. Картографические материалы, полученные в ходе прохождения практики, передаются всем заинтересованным сторонам. Основным результатом топографо-геодезической практики на ББС имени Н. А Перцова за 2011–2017 гг. помимо многочисленных каталогов координат, схем, профилей и прочих материалов стали топографические планы побережья Белого моря масштаба1:1000 общей площадью ~360 тыс. м2. Из них ~185 тыс. м2 приходится на зону суши, ~175 тыс. м2 — на приливно-отливную зону(литораль). Территория, покрытая планами, представляет собой узкую вдоль береговую полосу шириной 100±50 м и длиной порядка 4 км. Топографические планы используются сотрудниками географического, геологического и биологического факультетов МГУ для проведения исследований на побережье Белого моря.