Актуальные проблемы создания и развития государственной геодезической сети Республики Казахстан с использованием глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS По материалам международной научно-практической конференции МАШИМОВСКИЕ ЧТЕНИЯ: «Проблемы и перспективы развития государственной геодезической сети Республики Казахстан» . Докладчики: Самратов У. Д. , Хвостов В. В.
Понятие и назначение геодезической сети q q Ø Ø Ø Ø q q q Государственная геодезическая сеть (ГГС) представляет собой совокупность геодезических пунктов, расположенных равномерно по всей территории страны и закреплённых на местности специальными центрами, обеспечивающими их сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени. Основное назначение ГГС в сфере экономики, науки, обороны и безопасности страны: установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований; геодезическое обеспечение картографирования суши, морского шельфа и внутренних водоёмов; геодезическое обеспечение управления земельными ресурсами страны, ведения кадастра недвижимости, промышленного и гражданского строительства, разведки и освоения природных ресурсов; обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, мониторинга природной и техногенной сред; изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени; изучение геодинамических явлений; метрологическое обеспечение высокоточных средств определения местоположения и ориентирования. Наряду с ГГС на территории Казахстана имеются государственная нивелирная сеть (ГНС) и государственная гравиметрическая сеть (ГГр. С), а также геодезические сети специального назначения (ГССН). ГГС, ГНС и ГГр. С имеют общегосударственное значение, являются государственной собственностью и находятся под охраной государства. ГССН имеют ведомственное значение, создаются и поддерживаются отдельными отраслями экономики для решения специальных задач.
Система координат СК-42 q Действующая в Казахстане геодезическая сеть является частью ГГС СССР, состоящей из: Ø астрономо-геодезической сети (АГС) триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов; Ø геодезической сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов, созданной методами триангуляции и полигонометрии. q Система координат, принятая постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. № 760 «О введении единой системы геодезических координат и высот на территории СССР» , получила название «Система координат 1942 года» (СК-42), а система нормальных высот – «Балтийская система высот 1977 года» . q В системе координат СК-42: Ø в качестве исходного пункта принят центр Круглого зала Пулковской обсерватории с геодезическими координатами по широте 59º 46´ 18", 55, долготе 30º 19´ 42", 09; Ø в качестве отсчётной поверхности принят эллипсоид Красовского с параметрами: большая полуось 6378245 м и сжатие 1: 298, 3. Высота геоида над эллипсоидом Красовского в исходном пункте принята равной нулю.
Система координат СК-95 v Постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. № 568 «Об установлении единых государственных систем координат» в Российской Федерации взамен СК-42 введена система координат 1995 года (СК-95). v Состав СК-95: Ø астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (АГП КГС) – 26 пунктов; Ø доплеровская геодезическая сеть (ДГС) – 131 пункт; Ø астрономо-геодезическая сеть (АГС) – 164 306 пунктов; Ø геодезические сети сгущения (ГСС) – 300 000 пунктов. v Общая плотность пунктов – 1 пункт на 50 кв. км. Средняя квадратическая ошибка взаимного положения смежных пунктов 2 – 4 см, при расстояниях от 1 до 9 тыс. км – 25 -80 см. v Отсчётная поверхность – референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского. v Подготовительные работы по переходу в СК-95 были начаты в 1979 г. и завершились по истечении 20 лет.
Дискуссия об СК-95 v С самого начала перехода на СК-95 началась дискуссия. v Большой ряд ведущих учёных и специалистов высказали несогласие с методикой построения и уравнивания СК-95. Суть дискуссии изложена в Открытом письме учёных и специалистов И. О. Президента Российской Федерации, Председателю Правительства Российской Федерации (февраль 2000 г. ). Письмо подписали: генеральный директор Объединенного института физики Земли РАН, академик РАН В. Н. Страхов, заслуженный деятель науки РФ, профессор Н. Н. Воронков, заслуженный деятель науки РФ, профессор М. М. Машимов, заместитель начальника Военно -топографического управления ГШ ВС РФ профессор В. Н. Филатов, генеральный директор Национальной картографической корпорации профессор А. А. Шаравин, профессор Е. А. Жалковский. v Прошедшие 20 лет показали, что переход к системе координат СК-95 был не целесообразен. v Подтверждением этого являются Основные положения о ГГС РФ, утверждённые приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 17 июня 2003 г. № 101 -пр, в которых предусмотрены уже новые принципы развития и новая структура государственной геодезической сети.
Система координат Украины УСК-2000 v Постановлением Кабинета Министров Украины от 22 сентября 2004 года № 1259 «Некоторые вопросы использования геодезических систем координат» в Украине введена новая государственная геодезическая референцная система координат УСК-2000. v Основным условием при решении вопроса о введении новой референцной системы координат было сохранение репрезентативности существующего картографического материала, до масштаба 1: 10 000 включительно, при переходе от системы СК-42 к новой системе. v Структура УСК-2000: Ø Украинская постоянно действующая сеть наблюдений глобальных навигационных спутниковых систем (УПМ ГНСС) – 44 пункта. Средняя квадратическая ошибка (СКО) взаимного положения (ВП) 2 мм. Ø АГС 1 класса – 813 пунктов. СКО ВП 2 см. Ø АГС 2 класса – 5586 пунктов. СКО ВП 2 см. Ø АГС 3 класса – 10084 пункта. СКО ВП 3 см. Ø АГС 4 класса – 8174 пункта. СКО ВП 3 см. v Отсчётная поверхность – эллипсоид Ф. Н. Красовского.
Международная земная геодезическая система отсчёта ITRS Международная земная геодезическая основа ITRF v ITRS (International Terrestrial Reference System) - Международная земная геодезическая система отсчёта. v ITRF (International Terrestrial Reference Frame) - Международная земная референцная геодезическая основа, являющаяся реализацией ITRS. v ITRF 2000 реализуется координатами и скоростями более чем 800 опорных точек, жестко связанных с корой Земли. v Требования к размещению: ü пункт ITRF следует располагать на значительном расстоянии от границ тектонических плит и разломов; ü наблюдения на пункте должны проводиться непрерывно в течение трех лет. v Установлены 3 класса точности пунктов ITRF: ü к классу A отнесены пункты, СКП по каждой из трех координат которых не превышает 1 см на исходную эпоху; ü к классу B отнесены пункты также с точностью 1 см, но при отнесении координат к эпохе наблюдений; ü класса C должны иметь СКП не более 5 см при условиях, выполняемых для класса A v Точность измерений должна позволять определять скорость перемещения литосферных плит до 0, 5 мм/год.
Основные принципы построения государственной геодезической сети Республики Казахстан q Основными принципы построения ГГС РК являются: Ø Установление высокоточной Казахстанской земной геодезической системы отсчёта Kaz. TRS (Kazakhstan Terrestrial Reference System), согласованной с координатными системами отсчёта ПЗ-90. 02 (Россия), ITRS (International Terrestrial Reference System - Международная земная геодезическая система). Ø Создание и развитие Казахстанской земной геодезической основы Kaz. TRF (Kazakhstan Terrestrial Reference Frame) , состоящей из фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), высокоточной астрономо-геодезической сети (ВАГС), по составу и точности соответствующей мировому уровню. Ø Создание Казахстанской системы спутникового позиционирования (Kaz. POS – Kazakhstan Position Determination System). Ø Модернизация ГНС РК – главной высотной основы РК с применением методов спутниковой геодезии и нивелирования. Ø Модернизация ГГр. С РК – главной гравиметрической основы РК для определения абсолютных значений ускорения силы тяжести и гравиметрических данных на пунктах ФАГС.
Казахстанская земная геодезическая система отсчёта Kaz. TRS q Государственными геодезическими системами РК являются: Ø Казахстанская земная геодезическая система отсчёта Kaz. TRS; Ø Геодезическая координатная система СК-42 на период до её отмены. q Положение геодезических пунктов в системе координат Kaz. TRS задаётся следующими координатами: Ø пространственными прямоугольными координатами X, Y, Z; Ø геодезическими (эллипсоидальными) координатами В, L, Н; Ø плоскими прямоугольными координатами x и у, вычисляемыми в проекции Гаусса; Ø геодезические высоты Н отсчитываются от общеземного эллипсоида.
Параметры общеземного эллипсоида Геометрические параметры общеземного эллипсоида: большая полуось 6378 136 м; сжатие 1: 298, 257839. Центр общеземного эллипсоида совмещен с началом Kaz. TRS; плоскость начального (нулевого) меридиана совпадает с плоскостью XZ системы. q За уровенный эллипсоид вращения принята внешняя поверхность нормальной Земли, масса и угловая скорость вращения которой задаются равными массе и угловой скорости вращения Земли. q Масса Земли М, включая массу ее атмосферы, умноженная на постоянную тяготения f, составляет геоцентрическую гравитационную постоянную f. M = 39860044× 107 м 3/с2, угловая скорость вращения Земли ω принята равной 7292115× 10 -11 рад/с, гармонический коэффициент геопотенциала второй степени J 2, определяющий сжатие общего земного эллипсоида, принят равным 108263× 10 -8. q Ø Ø q
Пространственные прямоугольные координаты XYZ
Геодезические (эллипсоидальные) координаты BLH
Казахстанская земная референцная координатная основа Kaz. TRF q В состав Kaz. TRF входят: Ø фундаментальная астрономогеодезическая сеть (ФАГС); Ø высокоточная астрономогеодезическая сеть (ВАГС); Ø астрономо-геодезическая сеть 1 и 2 классов (АГС), транс-формированная из системы координат СК-42 в систему Kaz. TRS.
Фундаментальная астрономогеодезическая сеть ФАГС q ФАГС - высший уровень сети Kaz. TRF. ФАГС служит исходной геодезической основой для дальнейшего развития сети. q Расстояние между смежными пунктами ФАГС - 650. . . 1000 км. q Число и размещение пунктов ФАГС определяется с учётом расположения литосферных плит, их динамических характеристик, наличия энергообеспечения, каналов фиксированной и мобильной связи, обслуживающего персонала. q Ориентировочное число пунктов ФАГС должно быть порядка 7 -9. q Средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов ФАГС должна быть не более 2 см в плановом положении и 3 см по высоте. q Задаваемая пунктами ФАГС сеть Kaz. TRF согласовывается по уровню точности с фундаментальными астрономическими (небесными) системами координат и надежно связывается с аналогичными пунктами различных государств в рамках проектов международного научно-технического сотрудничества q Состав и периодичность наблюдений, выполняемых на пунктах ФАГС, спецификация средств наблюдений определяются Научнотехническим проектом создания и развития ФАГС Kaz. TRF, утверждаемым Агентством по управлению земельными ресурсами РК.
q Рекомендации по размещению ФАГС В соответствии геологическими условиями Казахстана (www. infokart. ru) пункты ФАГС целесообразно разместить в: Ø г. Алматы – южная часть Казахстанской складчатой системы; Ø г. Астана – северная часть Казахстанской складчатой системы; Ø г. Талдыкорган – Джунгаро-Балхашская складчатая система; Ø г. Усть-Каменегорск – Иртышская складчатая система; Ø г. Костанай – Западно-Сибирская плита; Ø г. Атырау - Прикаспийская синеклиза; Ø г. Актау - Устюрт; Ø г. Актюбинск – Подуральское плато; Ø г. Кызылорда – Туранское плато.
Карта-схема размещения пунктов ФАГС
Высокоточная астрономо- геодезическая сеть ВАГС q ВАГС - второй уровень сети Kaz. TRF. q Основная функция ВАГС - распространение на всю территорию страны системы координат Kaz. TRS. q Средние квадратические ошибки взаимного положения пунктов ВАГС не должны превышать 3 мм +5× 10 -8 D (где D - расстояние между пунктами) в плане и 5 мм +7× 10 -8 D по высоте. q ВАГС состоит из системы пунктов, удаленных один от другого на 150. . . 300 км. q Общее количество пунктов ВАГС при среднем расстоянии между ними 200 км ориентировочно составит 80 -100, которые целесообразно размещать, в основном, в административных центрах первого уровня с охватом всей территории РК и с учётом трансформирования АГС 1 и 2 классов в систему координат Kaz. TRS. q ВАГС используется для создания карт высот регионального геоида. q Состав и периодичность наблюдений, выполняемых на пунктах ВАГС, спецификация средств наблюдений определяются Научнотехническим проектом создания и развития ВАГС Kaz. TRF, утверждаемым Агентством по управлению земельными ресурсами РК.
Требования к закреплению пунктов ФАГС и ВАГС Ø Центры пунктов ФАГС и ВАГС рекомендуется закреплять в соответствии с Правилами закрепления центров спутниковой геодезической сети, утверждёнными приказом Роскартографии от 7 мая 2001 г. Ø Правила содержат требования к конструкции пунктов ФАГС и ВАГС, их внешнему оформлению для обеспечения необходимой стабильности и долговременной сохранности. Ø На рисунке показан чертёж закрепления основного центра пункта ФАГС для районов с сезонным промерзанием грунтов. Тип 187.
Пример закрепления GREF-Station
АГС q АГС (1 и 2 классы) - третий уровень Kaz. TRF. q АГС трансформируется отдельными фрагментами. Опорными (узловыми) точками являются пункты ФАГС и ВАГС, попадающие на этот фрагмент. q Нормальные высоты должны определяться на всех пунктах АГС, либо из геометрического нивелирования с точностью, соответствующей требованиям к нивелирным сетям I. . . III классов, либо как разности геодезических высот, определяемых относительными методами космической геодезии, и высот регионального геоида. q Пункты АГС, совмещенные или связанные с реперами нивелирной сети I. . . III классов, используются для уточнения высот регионального геоида. q Порядок выборочных спутниковых наблюдений, выполняемых на пунктах АГС, спецификация средств наблюдений определяются Техническим проектом преобразования АГС на фрагмент Kaz. TRF, утверждаемым Агентством по управлению земельными ресурсами РК. q АГС включаются в состав Kaz. TRF отдельными блоками путём трансформирования координат из системы СК-42 в систему Kaz. TRS с использованием Методики трансформирования координат, утверждённой Агентством Республики Казахстан по управлению земельными ресурсами.
Казахстанская система спутникового позиционирования Kaz. POS q Ø Ø Ø Ø Ø q q q Kaz. POS – автоматизированная информационная система сбора, обработки и предоставления заинтересованным пользователям координат, скорости и времени определения местоположения стационарных и подвижных объектов: в режиме реального времени по кодовым и кодово-фазовым измерениям с метровой и субметровой точностью – Kaz. POS (DGNSS); в режиме реального времени по фазовым измерениям с сантиметровой точностью – Kaz. POS (Network RTK); в режиме постобработки по кодовым и фазовым измерениям с миллиметровой точностью – Kaz. POS (POST). Состав Kaz. POS: глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): ГЛОНАСС (Россия), GPS (США), Galileo (ЕС) и другие (функционально); сеть постоянно действующих спутниковых референцных станций (РС); республиканский и территориальные сетевые центры (СЦ); каналы фиксированной связи (функционально); каналы мобильной связи (функционально). Сеть РС максимально совмещается с пунктами ФАГС и ВАГС. Среднее расстояние между соседними РС не должно превышать 50 -70 км. Система Kaz. POS создаётся поэтапно, по подсистемам, приуроченным к большим городам, например, Алматы, Астана, Усть-Каменогорск, Шымкент, Атырау, Актобе и т. д. Ситема Kaz. POS разрабатывается и реализуется в соответствии с Техническим заданием, утверждаемым Агентством Республики Казахстан по управлению земельными ресурсами.
Скачать презентацию Актуальные проблемы создания и развития государственной геодезической сети
94119ade1c0f4932b5fdec9512fb1ac4.ppt