Тема лекции: «Системы координат, используемые в спутниковых измерениях»

1. Система координат WGS Система координат ПЗ Система координат 1942 года (СК-42). 4. Система координат 1995 года (СК-95). 5. Создание и перспективы развития спутниковой геодезической сети РБ.

1. Система координат WGS-84 Глобальные системы координат широко используются в геодезии, картографии и навигации. Они обеспечивают взаимную привязку различных локальных и региональных систем отсчета (геодезических дат). Замена множества локальных систем отсчета (CО) единой глобальной СО существенно упростило бы практическое использование карт, снимков и другой геодезической продукции.

WGS-84 – мировая геодезическая система отсчета 1984 года, является четвертой из серии глобальных геоцентрических систем координат, созданных Министерством обороны США. Начальный пункт системы OXYZ расположен в центре масс Земли с ориентацией общего земного эллипсоида вдоль главных осей Земли:

Ось OZ направлена вдоль оси вращения Земли в сторону Северного полюса. Ось OX лежит на пересечении плоскостей экватора и Гринвичского меридиана. Ось ОY расположена в плоскости экватора под углом 90˚ к востоку от оси ОХ и завершает правостороннюю ортогональную систему координат с началом в центре масс Земли.

Размеры земного эллипсоида имеют следующие данные: большая полуось а= м и сжатие α=1/298,257. Согласование системы координат, связанной с эфемеридами спутниковой навигационной системы регулярно осуществляется тем, что по результатам наблюдений на постоянно действующих станциях мировой сети GPS для геодинамики, координаты пунктов которой определены в СК WGS-84, определяются эфемериды спутников GPS.

В процессе многолетних наблюдений с использованием лазерной локации спутников уточняются координаты следящих станций. Эти уточнения периодически принимаются в качестве более современных и точных реализаций СК WGS В свою очередь и текущие эфемериды спутников GPS определяются в соответствующих реализациях WGS - 84.

Например, ITRF 96 – это система координат WGS-84, скорректированная на данные, накопленные к 1996 г. Таким образом, ITRF является совокупностью координат и скоростей перемещения станций глобальной спутниковой сети GPS для геодинамики. Эта координатная основа реализуется ежегодно по данным спутниковых наблюдений на более чем 150 станциях, с точностью порядка 12 см.

Международная служба GPS для геодинамики регулярно обеспечивает ITRF точными эфемеридами спутников и другими необходимыми данными. Многие государства, в частности, европейские, используют данные ITRF для установления собственных национальных геодезических систем, а также для изучения движений, деформаций земной поверхности и изменений уровней морей.

2. Система координат ПЗ-90 Параметры Земли 1990 года Параметры Земли 1990 года получены по результатам наблюдений геодезических спутников ГЕОИК, измерений высот спутника над поверхностью моря и фотографирования КА на фоне звездного неба. При получении ПЗ-90 использовались также радиотехнические и лазерные измерения дальностей до спутников системы ГЛОНАСС.

Геодезические спутники ГЕОИК имеют близко круговую орбиту с высотой около 1500 км и наклонением 74 град. Эти спутники оснащены радиовысотомерами со среднеквадратической ошибкой измерения высот КА над морской поверхностью 0,5-1 м. При выводе ПЗ-90 использовались и уточнялись фундаментальные постоянные.

Фундаментальные геодезические постоянные, учтенные в системе ПЗ-90 Большая полуось эллипсоида а= м Знаменатель сжатияf=298,258

По определению система координат ПЗ-90 является геоцентрической прямоугольной пространственной системой с началом в центре масс Земли. Ось Z направлена к условному Земному полюсу. Ось Х – в точку пересечения плоскости экватора и нулевого меридиана. Ось Y дополняет систему до правой.

Схема расположения постоянных пунктов, закрепляющих систему координат ПЗ Мурманск, 2- Пулково, 3- Шепетовка, 4- Черновцы, 5- Симферополь, 6- Москва, 7- Сарапул, 8- Актюбинск, 9- Казах, 10- Чарджоу, 11-Алма-Ата, 12- Балхаш, 13-Омск, 14-Воркута, 15-Норильск, 16- Енисейск, 17- Иркутск, 18- Мирный, 19- Тикси, 20- Якутск, 21- Благовещенск, 22- Уссурийск, 23- Комсомольск-на-Амуре, 24-Магадан, 25-Елизово, 26-Анадырь, 27-Русская, 28-Беллинсгаузен, 29-Новолазеровская, 30-Молодежная, 31-Мирный, 32-Восток, 33-Ленинградская.

3. Система координат 1942 года (СК-42) Система координат 1942 года (СК-42) была введена Постановлением Совета Министров СССР в 1946 году, одновременно с введением на территории страны единой системы геодезических координат.

К началу 80-х годов были завершены работы по развитию геодезической сети на всей территории страны. К этому времени геодезическая служба страны получила на вооружение мощную вычислительную технику. В результате стало возможным решение задачи уравнивания всей Государственной геодезической сети (ГГС) как единого геодезического построения.

Эта задача была решена в 1991 году общим уравниванием Астрономо- геодезической сети (АГС) в количестве более 164 тысяч пунктов. Результаты уравнивания Государственной геодезической сети 1991 года показали, что дальнейшее использование СК-42 не могло обеспечивать возрастающие требования к точности решения геодезических задач.

Необходима была новая геодезическая сеть с высокой и практически однородной точностью координат на всех территории страны. Решение этой задачи оказалось возможным только с использованием всего комплекса имеющихся в то время высокоточных геодезических данных.

4. Система координат 1995 года (СК-95) Для повышения достоверности результатов общего уравнивания АГС 1991 года и точности взаимного положения пунктов ГГС на больших расстояниях было принято решение о совместном уравнивании 164 тыс. пунктов АГС и всех имеющихся на тот момент высокоточных спутниковых данных.

Эти данные включали 26 пунктов Космической геодезической сети (КГС), 134 пункта Доплеровской геодезической сети (ДГС) и 35 пунктов гравиметрической сети (ГС). СК-95 Результаты завершенного в 1995 году совместного уравнивания перечисленных построений положили основу системы геодезических координат 1995 года (СК-95).

Координаты пунктов Государственной геодезической сети в СК-95 однородны по точности. При установлении СК-95 были сохранены параметры эллипсоида Красовского, и лишь несколько изменены параметры ориентирования эллипсоида в теле Земли.

Это позволило минимизировать расхождения координат точек в СК-42 и СК-95 таким образом, что оказалось возможным полностью сохранить изданные ранее топографические карты масштаба 1: на территорию Европейской части страны, Средней Азии и Юга Сибири.

Систему координат 1995 года поддерживают 72 пункта Фундаментальной астрономо- геодезической сети (ФАГС) и Высокоточной геодезическом сети (ВГС), в том числе на территории Республики Беларусь 1 пункт ФАГС и 9 пунктов ВГС. Система надежно связана с мировой геоцентрической системой ITRF, что обеспечивает возможность ее дальнейшей модернизации.

Система координат 1995 года (СК-95) введена Постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 года взамен системы координат 1942 года. В Республике Беларусь, в соответствии с Указом Президента Республики Беларусь, система координат 1995 года введена с 1 января 2010 года, после завершения работ по модернизации государственной геодезической сети республики.

Вводимая на территории Беларуси СК-95 основывается на точных спутниковых GPS-измерений, результатах уравнивания сети и будет отличаться от СК-95 России. Аналогичные по характеру работы ранее выполнены соответствующими службами Украины и завершены вводом в действие национальной системы координат УСК-2000.

. Создание и перспективы развития спутниковой 5. Создание и перспективы развития спутниковой геодезической сети РБ На территории Республики Беларусь создана высокоточная спутниковая геодезическая сеть, состоящая из 10 пунктов, расположенных в среднем друг от друга на расстоянии 187 км.

На первом этапе развития и модернизации ГГС в течение 2000 г. создан пункт фундаментальной астрономо- геодезической сети (ФАГС) «Минск», являющийся составной частью созданной ФАГС на территории Союзного государства России и Беларуси. На втором этапе модернизации ГС РБ созданы девять пунктов высокоточной геодезической сети (ВГС).

Витебск, Могилев, Гомель Три расположены в областных центрах Витебск, Могилев, Гомель, остальные – в населенных пунктах Кобрин, Скидель, Поставы, Полоцк, Калинковичи, Микашевичи.

ФАГС уравнена в системе координат WGS – 84, полученная точность взаимного положения пунктов не более 0,5 см по каждой из плановых координат и 1-2 см по геодезической высоте. Средние квадратические погрешности взаимного положения ВГС по каждой из плановых координат не превышают величин 1,5 см и по геодезической высоте 2-3 см.

Дальнейшее развитие ВГС на всю территорию Республики Беларусь выполнено специалистами РУП «Белаэрокосмогеодезия» в течение 2001 г. Средняя длина базисной стороны ВГС составляет 190 км при средней плотности пунктов 1 пункт на 30 тыс.км 2. По завершении работ по развитию ВГС она уравнена дважды, координаты вычислены в WGS-84, СК–42 и СК-95.

Точность взаимного положения пунктов ВГС не превышает 1 см по каждой из плановых координат и 2-3 см по геодезической высоте. С сентября 2001 г. на пункте ФАГС «Минск» установлена совмещенная GPS- ГЛОНАСС базовая станция Legasi E GGD. С этого периода она работает в режиме постоянно действующей (перманентной) станции (ПДП).

С целью обеспечения более активного использования создаваемых спутниковых геодезических сетей, координаты пунктов которых определены в ITRF (WGS-84), в республике разработана программа и технический проект. Проект предусматривает создание сети постоянно действующих станций.

Реализация этого проекта позволит: повысить качество выполняемых работ за счет использования данных, накапливаемых на постоянно действующих пунктах, упростить организацию и технологию работ, внедрять технологии создания сетей долговременных опорных навигационно-технологических станций, например, вдоль дорог.

Целью реализации указанных выше мероприятий является: построение перманентной сети станций спутниковых радиона- вигационных наблюдений, реализующих систему WGS-84 на территории республики и включение ее в Европейскую перманентную сеть (ENR);

создание государственной геодезической сети первого класса на всю территорию республики и обеспечение ее связи с системой WGS-84, ETRS89 (Европейская земная референцная система 1989 года); выполнение работ по созданию регионального геоида в системе WGS-84.

В процессе эксплуатации спутниковой аппаратуры возникают проблемы, связанные с отсутствием на территорию Республики Беларусь точных параметров перехода от WGS–84 к СК – 42 и СК-95. Такие же проблемы возникают в процессе совместной эксплуатации GPS и наземного навигационного оборудования.

Задача преобразования пространственных прямоугольных координат из одной системы в другую того же типа может быть выполнена: по точно известным параметрам перехода; в результате совместного уравнивания результатов спутниковых и наземных измерений, когда в качестве дополнительных неизвестных включают параметры трансформирования; с использованием пунктов, координаты которых известны в двух системах координат.

Перспективными направлениями развития геодезического обеспечения территории республики являются: – создание сети постоянно действующих станций, обеспечивающих такие области деятельности, как геодезия и картография, ГИС-технологии, аэрофотосъемочные работы, система контроля и управления транспортом, военные цели и др.;

– создание спутниковой дифференциальной геодезической системы, функционирующей в реальном масштабе времени; – создание координатной основы для решения навигационных транспортных задач; – одновременные определения с сопоставимыми точностями как плановых, так и геодезических высот, что создает предпосылки замены дорогостоящего геометрического нивелирования спутниковым;

– создание долговременных опорных навигационно-геодезических сетей, например, вдоль железных дорог и трубопроводов; – интеграция геодезической сети республики в европейские мировые.

Также следует отметить, что внедрение в топографо-геодезическое производство спутниковых методов позиционирования в их современном представлении существенно изменило как организационно-технологические принци- пы выполнения собственно геодезических измерений и их математической обработки, так и значительно расширило круг задач, решаемых потребителями.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!