Совершенствование национальной геодезической сети республики Узбекистан
Совершенствование национальной геодезической сети республики Узбекистан
Рахимов В.Р., . зав. кафедрой «Горное дело» ТашГТУ, академик, докт. техн. наук, профессор;
Бекбаев Г.К., директор Самаркандского аэро-геодезического предприятия;
Белевич С.В., начальник отдела геодезии Государственного комитета РУз по земельным ресурсам, геодезии, картографии и государственному кадастру.
Современное состояние Государственной геодезической сети Существующая государственная геодезическая сеть (плановая основа) Республики Узбекистан является фрагментом общей ГГС на территории Содружества Независимых Государств (СНГ) и состоит из следующих сетей: • астрономо-геодезическая сеть (АГС) - разомкнутые полигональные ряды триангуляции 1 класса, ряды триангуляции 2 класса и заполняющая их сеть триангуляции 2 класса; • геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов. • АГС состоит из порядка 4 000 пунктов (на 01.01.2008 г.) и включает в себя: • полигональные ряды триангуляции 1 класса, построенные в соответствии с <Основными положениями о построении государственной опорной геодезической сети> (1939 г.) и проектом <Положения о государственной геодезической сети> (1948 г.), а также все ранее проложенные триангуляции 1 класса; • полигональные ряды триангуляции 1 и 2 классов и сети триангуляции 2 класса, построенные в соответствии с <Основными положениями о построении государственной геодезической сети> (1954 и 1961 гг.) и <Инструкцией о построении государственной геодезической сети> (1966 г.). Геодезические сети сгущения включают в себя около 10 000 пунктов триангуляции 3 и 4 классов, 113 пунктов полигонометрии 3 класса (по состоянию на 01.01.2008 г.) и большого числа пунктов городской полигонометрии 4 класса. Плотность пунктов ГГС 1, 2, 3 и 4 классов (без учета городских сетей) составляет 1 пункт на 32 кв. км. Высоты пунктов ГГС 1, 2, 3 и 4 классов определены из геометрического или тригонометрического нивелирования. Уравнивание АГС выполнялось поэтапно отдельными блоками (так называемым «нанизыванием») по мере завершения полевых работ.
Современное состояние Государственной высотной сети Существующая государственная нивелирная сеть (высотная основа) Республики Узбекистан является фрагментом общей нивелирной сети на территории СНГ и состоит из следующих сетей: • главная высотная основа (ГВО) - линии нивелирования I и II классов; • линии нивелирования III и IV классов. ГВО, развитие которой выполнялось в соответствии с программами развития сетей нивелирования I класса (1945-1967 гг.), нивелирования I и II классов (1968-1976 гг., 1977-1990 гг. и 1991-2000 гг.), включает в себя: • нивелирную сеть I класса протяженностью около 10 000 км, состоящую из 23 полигонов со средним периметром 935 км; • нивелирную сеть II класса протяженностью около 9 000 км, состоящую из 61 полигона со средним периметром 653 км. Линии нивелирования III и IV классов являются сгущением нивелирной сети вышестоящих классов.
Концепция развития ГГС Узбекистана на современном этапе С проблемой реконструкции и развития ГГС с помощью новейших спутниковых технологий и на этой основе установлением новой СК столкнулись многие страны как входящие в СНГ, так и дальнего зарубежья. Изучение подходов к решению данной проблемы в других странах [1] весьма полезно: во-первых, на основе анализа можно установить особенности, присущие только Республике Узбекистан, и еще на этапе создания концепции и проектов развития сетей избежать или хотя бы уменьшить влияние возможных методических погрешностей. При разработке концепции и проекта реконструкции и развития ГГС учтены также рекомендации международных геодезических организаций, таких как, IGS (International GPS Service for Geodynamics) - Международная служба GPS для геодинамики, IERS (International Earth Rotation Service) -Международная служба вращения Земли и EUREF (IAG Sub commission for Europe) - Подкомиссия МАГ для Европы, по созданию современных геодезических сетей [2]. Приведем основные положения концепции развития ГГС, разработанные авторами при участии специалистов Госкомземгеодезкадастра. • Основная цель концепции состоит в формулировании требований к новой высокоточной государственной системе геодезического обеспечения территории страны в интересах ее экономики, науки и безопасности. • В качестве поверхности относимости национальной СК использовать эллипсоид Красовского. Такой подход согласуется с рекомендациями Ташкентской встречи руководителей геодезических служб стран СНГ в 1992 г. о сохранении единого геодезического и картографического пространства на территории стран СНГ. Вместе с тем, вопрос принятия того или иного эллипсоида для своей территории является исключительно прерогативой Правительства Республики Узбекистан. • Создать на территории страны высокоточную трехзвенную сеть-носитель системы координат, которая по своим параметрам будет соответствовать ФАГС, ВГС и СГС-1 ГГС РФ. • Координаты и высота центрального пункта будут выполнять функцию исходных геодезических дат для Республики Узбекистан. Учитывая мнение, высказанное в пункте 2 данной концепции, исходные даты должны быть взяты готовыми из каталога координат пунктов в СК-95. Центральный пункт желательно привязать к пунктам сети IGS станций, находящихся на территориях стран ближнего зарубежья и получать его координаты в СК ITRFxx (хх - год модификации). • СГС-0 и СГС-1 (и СГС-2, при необходимости развития её в спец. сетях) создавать относительным методом спутниковой геодезии (ОМСГ). • Выполнить анализ состояния существующих сетей по отдельным регионам Узбекистана. Установить точностные соотношения, определяющие взаимное положение пунктов разных классов и на этой основе составить конкретные проекты по реконструкции и модернизации сетей на отдельных участках страны с таким расчетом, чтобы обеспечить картографирование территории республики вплоть до масштаба 1:2000, а в экономически развитых районах - 1:1000. • Учитывая, что основным методом развития и реконструкции сетей будут спутниковые технологии, организовать учебные центры при Госкомземгеодезкадастре для изучения и практического использования спутниковых приборов и методик. • Существующие нивелирные и гравиметрические сети 1 и 2 классов являются основой для создания высотных сетей сгущения, которые развиваются, главным образом, с помощью спутниковых наблюдений. Как известно, с помощью последних определяются геодезические высоты. Для перехода к нормальным высотам необходимо более детальное изучение фигуры квазигеоида на территории Узбекистана, для чего следует разработать специальный проект по расширению и реконструкции гравиметрических сетей.
• Выбрать систему координат и способ уравнивания измеренных величин, как отдельно спутниковых сетей, так и их возможных комбинаций с наземными сетями.
Проект реконструкции ГГС Прежде чем приступить к разработке проекта реконструкции ГГС, рассмотрим вопросы установления системы координат (СК) в пределах отдельной страны, в частности Республики Узбекистан, и её связи с другими СК, международными и СК соседних стран. Многие референцные эллипсоиды и связанные с ними системы координат используются не только из-за их традиционности, но и потому, что могут оказаться более удобными, чем общеземные системы при предоставлении реальной фигуры Земли в пределах ограниченных территорий [3]. Референцный (отсчетный) эллипсоид является необходимым элементом в системе криволинейных геодезических координат, принятой для обработки геодезических измерений в данной стране. В СССР и в настоящее время в РФ в качестве референц - эллипсоида используется эллипсоид Красовского. На его поверхности велась обработка геодезических сетей, его параметры (большая полуось, сжатие) входят в состав математической основы при создании картографической продукции. Основная масса геодезической и картографической информации, использующейся в настоящее время в Узбекистане, каталоги, карты различных масштабов, привязаны к эллипсоиду Красовского. На наш взгляд, представляется, что на данном этапе следует сохранить прежний референц-эллипсоид как для обработки геодезических сетей, так и, особенно, для преемственности при создании и использовании картографической продукции, инженерных съемок и т.д. Вместе с тем, необходимо хорошо проработать (теоретически и практически) вопросы связи с другими системами координат. Прежде всего, это относится к системе WGS-84, которая широко используется (наряду с ПЗ-90) при спутниковых определениях. При формировании системы координат недостаточно задать параметры выбранного отсчетного эллипсоида, необходимо также ориентировать его определенным образом в теле Земли. Фиксируют ориентировку исходными геодезическими датами (ИГД), или элементами внутреннего ориентирования. В настоящее время задание ИГД не является актуальным, поскольку параметры общеземного эллипсоида определяют по наблюдениям ИСЗ, а ориентируют с наилучшим глобальным приближением к Земле. Тем самым, в принципе, открывается возможность установления таких систем, которые практически совпадают с общеземной. Вместе с тем, будет полезно выделить такой начальный пункт (желательно ближе к центру сети), который входил бы в состав всех видов высокоточных сетей (IGS, РГП, СГС-0, СГС-1, АГС). Этот же пункт будет использоваться при установлении связей с другими системами координат. Практическое использование спутниковых технологий координатных определений, решение задач геодинамики в глобальном масштабе, участие Узбекистана в различных международных геодезических проектах и программах требуют, чтобы координаты опорных пунктов ГГС, помимо государственной референцной СК, были также определены в общеземной геоцентрической системе координат, либо приведены к ней [4]. Поэтому, на территории Республики Узбекистан предлагается принять две системы координат: общеземную - WGS-84 и референцную - СК-95.
Современные системы отсчета координат и высот Республики Узбекистан В настоящее время в ГГС Республики Узбекистан действуют следующие системы отсчета: • координат - система геодезических координат 1942 г. (СК-42); • высот - Балтийская система нормальных высот 1977 г.; Система геодезических координат 1942 г. образована в результате уравнивания 87-ми полигонов 1-го класса (1946 г.). Началом отсчета Балтийской системы высот является нуль Кронштадского футштока. Пункты АГС (пункты 1 и 2 классов) также имеют координаты в системе геодезических координат 1995 г. (СК-95 - на территории Республики Узбекистан не является государственной и может использоваться только для выполнения специальных работ). СК-95 получена в результате заключительного переуравнивания общей АГС СНГ. В качестве исходных для переуравнивания были использованы координаты пунктов, полученные из совместного уравнивания трех независимых геодезических построений - АГС, космической геодезической сети (КГС) и доплеровской геодезической сети (ДГС). Полученная совмещенная геодезическая сеть состоит из 134 пунктов, расположенных по всей территории СНГ, со средними расстояниями между смежными пунктами 400-500 км. Исходными данными СК-95 являются: • референц-эллипсоид Красовского - большая полуось 6378245 м, сжатие 1:298,3; • координатные оси СК-95 строго параллельны осям общеземной системы координат ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 г.); • начало координат СК-95 совпадает с началом координат СК-42 (п. Пулково).
Построение государственной спутниковой геодезической сети Государственная спутниковая геодезическая сеть (ГСГС) Республики Узбекистан по своей структуре формируется по принципу перехода от общего к частному и создается с использованием спутниковых радионавигационных систем NAVSTAR GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия), а также других методов космической геодезии. Она включает в себя: • систему референцных геодезических пунктов (РГП); • спутниковую геодезическую сеть 0-го класса (СГС-0); • спутниковую геодезическую сеть 1-го класса (СГС-1). Положение пунктов ГСГС определяется в двух системах координат - общеземной и референцной. Между обеими системами устанавливается связь, определяемая параметрами взаимного перехода. В качестве общеземной системы координат принимается пространственная общеземная система координат ITRF (IERS Terrestrial Reference Frame Земная референцная система координат), являющаяся реализацией системы координат WGS-84 (WGS-84 World Geodetic System, 1984 year - общеземная система координат) на определенную эпоху. Порядок введения общеземной системы координат на территории Республики Узбекистан будет определен соответствующими нормативными актами. Положение пунктов ГСГС задается следующими координатами: • пространственные прямоугольные координаты X, Y, Z (в общеземной системе координат); • геодезические (эллипсоидальные) координаты B, L, H (в референцной системе); • плоские прямоугольные координаты x и y в проекции Гаусса-Крюгера в шестиградусной зоне; • нормальные высоты (в Балтийской системе высот 1977 г.). Для всех пунктов ГСГС будут определены геодезические (эллипсоидальные) и нормальные высоты. Геодезическая высота пунктов ГСГС определяется непосредственно из спутниковых измерений или как сумма нормальной высоты и высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом. Нормальные высоты пунктов ГСГС определяются относительно нивелирных реперов методом геометрического нивелирования.
Система референцных геодезических пунктов РГП по режиму работы подразделяются на постоянно действующие (активные) и периодически определяемые (пассивные) пункты. Система РГП Республики Узбекистан, состоящая из 4 пунктов, предназначена для закрепления пространственной общеземной системы координат ITRF непосредственно на ее территории. Она является исходной основой для развития геодезических сетей последующих классов и поддержания их на необходимом уровне точности. Сеть представляет собой пространственное построение со средними расстояниями между смежными пунктами 500-800 км. Размещение РГП выполнено с учетом требования равномерного распределения по всей территории республики и максимальной реализации возложенных на нее функций. Исходными пунктами для системы РГП являются постоянно действующие пункты глобальных спутниковых сетей (например, IGS - International GPS Service - Международная GPS-служба), в том числе расположенные на территории Республики Узбекистан (пункт Китаб института астрономии АН РУз). Каждый РГП связан непосредственными измерениями не менее чем с тремя исходными пунктами и со всеми смежными РГП на территории Республики Узбекистан. Пространственное положение РГП определяется в общеземной системе координат относительно центра масс Земли с наивысшей достижимой точностью, обеспечиваемой применением современных приборов и методов измерений. Средняя квадратическая погрешность взаимного положения любых РГП должна быть не более 2 см по горизонтальным составляющим координат и 3 см по высотной составляющей с учетом скоростей их изменения во времени. Система РГП обеспечивается связью с существующей АГС со среднеквадратической погрешностью не более 2 см по каждой плановой координате и государственной нивелирной сетью I или II классов методом высокоточного нивелирования и в ближайшее время будет обеспечена связью с существующей гравиметрической сетью. На всех РГП будут определены абсолютные и относительные значения ускорений силы тяжести по программе определения фундаментальных гравиметрических пунктов.
Спутниковая геодезическая сеть 0 класса СГС-0 предназначена для распространения общеземной системы координат на всю территорию республики и определения параметров перехода между общеземной и референцной системами координат. СГС-0, наряду с РГП, служит исходной основой для развития геодезических сетей последующих классов. Она представляет собой опирающееся на РГП пространственное геодезическое построение, состоящее из 15 пунктов, равномерно распределенных по территории страны, со средними расстояниями между ними 100-300 км. Каждый пункт СГС-0 связан одновременными измерениями со всеми смежными пунктами СГС-0 и не менее чем с двумя РГП, обеспечен связью с существующей АГС и государственной нивелирной сетью I или II классов методом высокоточного нивелирования. СГС-0 будет обеспечена связью с существующей гравиметрической сетью.
Спутниковая геодезическая сеть 1 класса Построение СГС-1 - это работа ближайшего будущего. Она предназначена для обеспечения оптимальных условий применения спутниковых средств измерений и максимальной реализации их возможностей и представляет собой геодезическое построение, состоящее из системы удобных и легко доступных для практического использования пунктов. СГС-1 будет строиться отдельными фрагментами, включающими в себя все пункты СГС-0 и РГП, находящиеся в пределах создаваемого фрагмента. Очередность построения фрагментов СГС-1 и их границы определяются экономическими, хозяйственными и производственными потребностями регионов. В СГС-1 включаются также окружающие фрагмент пункты СГС-0 и РГП, удаленные от ближайшего к ним пункта СГС-1 создаваемого фрагмента на расстояние не более трети расстояния между ближайшими смежными пунктами СГС-0. СГС-1 обеспечивается связью с существующей АГС и государственной нивелирной сетью I или II классов через совмещение части ее пунктов с пунктами АГС и нивелирными реперами или привязки к ним. Количество совмещенных или привязанных пунктов СГС-1 должно быть достаточным для определения параметров взаимного перехода между СК-42 и общеземной системой координат. Пункты СГС-1 привязываются к ближайшим пунктам АГС со среднеквадратической погрешностью не более 2 см по каждой плановой координате и к ближайшим реперам государственной нивелирной сети I или II классов методом высокоточного нивелирования.
Астрономо-геодезическая сеть и геодезические сети сгущения Существующие АГС и ГСС (1, 2, 3 и 4 классов) в новой структуре ГГС являются геодезическими сетями сгущения, обеспечивающими необходимую плотность пунктов для выполнения картографических, инженерных и других видов геодезических работ. Наблюдения на пунктах указанных сетей не производятся, однако, дополнительное сгущение или повторное определение пунктов существующей АГС и ГСС может выполняться в определенных случаях. Для повторного определения пунктов АГС и ГСС используются относительные методы спутниковых определений, обеспечивающие среднеквадратическую погрешность определения взаимного положения смежных пунктов не более 3-5 см, или традиционные геодезические методы в соответствии с действующими инструкциями.
Выводы: В настоящее время проект реализации концепции развития ГГС Республики Узбекистан находится в работе. Построены РГП и пункты СГС-0. Выполнены 3 цикла высокоточных спутниковых измерений и их предварительная обработка. Осуществлена привязка к высокоточной нивелирной сети. Идет подготовка к окончательному уравниванию наблюдений в сети РГП и СГС-0.
Список литературы: 1. Бровар Б.В., Демьянов Г.В., Зубинский В.И., Макаренко Н.Л., Плешаков И.Я. Состояние и перспективы развития системы геодезического обеспечения страны в условиях перехода на спутниковые методы//Геодезия и картография. -1999, №1.- С. 29-33. 2. Augath W., Manning J. Unification of regional reference systems: [pap]. IERS Mission, present and future: Rept 1996 IERS Workshop, Paris, 1996/ IERS Techn. note. 1997. №22. 27-29. 3. Использование за рубежом глобальных спутниковых систем для создания и развития координатной основы: Обзорная информация. - М.: ЦНИИГАиК. -1998.-40 с. 4. Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В., Зубинский В.И., Кафтан В.И., Майоров А.Н. Системы координат спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС//Геодезия и картография. - 2000, №6. - С.16-22
