Разработка методики использования спутниковых измерений при топографической съемке шельфа в высоких широтах

Вид материала

Содержание

Защита диссертации состоится 15 июня 2011 г. в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета
Ученый секретарь
Основное содержание работы
В первой главе
Во второй главе
В третьей главе
В четвертой главе
В заключении
Основное содержание диссертации

Подобный материал:

На правах рукописи

МЕНЬШИКОВ Игорь Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
ПРИ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ
ШЕЛЬФА В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ

Специальность 25.00.32- Геодезия

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук

Мурат Газизович Мустафин

Официальные оппоненты:

Доктор географических наук, профессор

Герман Дмитриевич Курошев

кандидат технических наук

Анатолий Владимирович Астапович

Ведущая организация: Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)

Защита диссертации состоится 15 июня 2011 г.
в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета

Д 212.224.08 при «Санкт-Петербургском государственном горном университете» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «Санкт-Петербургского государственного горного университета».

Автореферат разослан 13 мая 2011 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

к.т.н., доцент Ю. Н. КОРНИЛОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Континентальный шельф и мелководные акватории РФ до глубин 200 м занимают 16,5 % шельфовых и мелководных зон Мирового океана. При этом площадь шельфа и мелководий Северного Ледовитого океана (СЛО) РФ – моря Баренцево, Белое, Восточно-Сибирское, Карское, Лаптевых, Чукотское составляет– 3775 тыс. км² . Запасы нефти и газа на шельфе СЛО составляют порядка 25% от общемировых. В этой связи для России шельф морей СЛО имеет стратегической значение. Страна может получать только со Штокманского месторождения 22 млрд куб. м газа в год. Таким образом, изучение и картографирование морей и мелководий СЛО заслуживает особого внимания и представляет собой задачу государственного масштаба.

Впервые работы по топографической съемке щельфа с середины 70-х годов ХХ века начали выполняться предприятиями Главного управления геодезии и картографии (ГУГК). Следует отметить, что топографическая съемка шельфа возникла на основе гидрографической съемки, при выполнении которой используются аналогичные методики и носители съемочной аппаратуры.

Как известно начало активному периоду освоения Арктики на основе ее гидрографического изучения было положено походом ледокольного парохода «Сибиряков» в 1932 г. и одновременным созданием Главного управления Северного морского пути (ГУСМП).

Основное отличие топографической съемки шельфа от гидрографической заключается в конечном представлении картографического материала: использование разных картографических проекций (соответственно Гаусса и Меркатора), разные методы представления рельефа дна (соответственно горизонталями и изобатами), разная информативность отдельных элементов карт и планов.

Теория и практика гидрографической съемки опирается на труды выдающихся отечественных гидрографов: В.В.Каврайского, Г.С.Максимова, А.П.Ющенко, А.П.Белоброва, В.И.Сухотского, А.К.Жилинского, С.М.Голанда, К.Н.Терпугова, С.И.Запасского, В.В.Дремлюга и др.

ГУГК были разработаны основные положения по созданию топографических карт шельфа и внутренних водоемов. Предприятиями ГУГК созданы топографические карты шельфа в масштабах

1:10 000 и 1:25 000 на прибрежные акватории большинства морей и крупных озер России. Однако в 1994 г. работы по топографической съемке шельфа были прекращены.

В настоящее время съемку шельфа выполняют подразделения Управления навигации и океанографии ВМС (УНиО), Гидрографическое предприятие ММФ (ГП), министерство строительства РФ (Минстрой), подразделения министерства геологии, а также ряд частных фирм, находящихся в основном на субподряде у УНиО и ГП.

Порядок выполнения этих работ регламентируется нормативными документами, разработанными еще в 60-90 г.г. прошлого столетия. Современные условия характеризуются наличием и бурным ростом компьютерных технологий, которые адаптируются к спутниковым методам определения координат. Эти обстоятельства требуют корректировки нормативной базы и приведения ее в соответствие с реалиями сегодняшнего дня. В этой связи актуальной задачей является разработка методики использования спутниковых измерений при топографической съемке шельфа в высоких широтах. Прежде всего необходимо усовершенствовать технологическую схему выполнения топографической съемки шельфа высоких широт, разработать отдельные элементы этой схемы на основе использования спутниковых систем позиционирования и многолучевых эхолотов, применение которых наиболее целесообразно при работе в ледовых условиях высоких широт.

Кроме того, достаточно актуален вопрос решения типовых задач, предназначенных для топографической съемки шельфа в функциях пространственных прямоугольных координат X,Y,Z на основе GPS/ГЛОНАСС измерений, взамен использования геодезических координат B и L , непосредственные измерения которых в настоящее время выполняются достаточно редко.

Эффективное применение результатов измерений не представляется возможным без использования программного обеспечения. Решению этого и вышеизложенных актуальных вопросов и посвящена настоящая диссертационная работа.

Значительная часть работы выполнена в рамках государственных заказов: тема 07.962, тема 07.963, тема 07.911, тема 07.912, тема 07.914, ТЭД «Состояние и задачи предприятий ГУГК по картографированию шельфа морей РФ».

Цель диссертационной работы: повышение эффективности топографической съемки шельфа высоких широт на основе разработки методики использования спутниковых измерений.

Идея работы: при топографической съемке шельфа типовые задачи морской геодезии целесообразно решать в функциях пространственных прямоугольных координат.

Задачи исследований:

1. Обзор и анализ литературных источников и нормативных документов с целью уточнения области и предмета исследования.

2. Разработка дополнений в технологическую схему топографической съемки шельфа, позволяющих использовать результаты спутниковых методов определения координат.

3. Разработка алгоритмов и методических приемов обработки координат, получаемых спутниковыми методами.

4. Разработка нормативно-технических положений и практических рекомендаций.

5. Разработка программных модулей на основе предложенных оригинальных алгоритмов и их внедрение в производство.

Методы исследований: использован комплексный подход - системный анализ современного состояния топографической съемки шельфа; математическое моделирование процесса обработки результатов съемки; натурные эксперименты с целью сопоставления с теоретическими расчетами.

Научная новизна выполненной работы.

1. Разработана методика использования спутниковых измерений при топографической съемке шельфа в высоких широтах ;

2. Разработаны алгоритмы решения ряда задач морской геодезии и топографической съемки шельфа в функциях пространственных прямоугольных координат, позволяющие использовать спутниковые измерения с необходимой точностью в условиях высоких широт.

Основные защищаемые положения:

1. Технологическая схема топографической съемки шельфа высоких широт должна базироваться на спутниковых методах определения координат и включать модули по обработке результатов измерений в функциях пространственных прямоугольных координат, обеспечивающие эффективность ведения работ, их унификацию и необходимую точность съемки шельфа.

2.Топографическая съемка шельфа приполярных широт с использованием спутниковых систем позиционирования должны выполняться на основе разработанных алгоритмов: приведения морских спутниковых измерений к центрам излучения съемочной аппаратуры; определения аномалий высот и приведения спутниковых измерений к поверхности морского дна при морском ледовом промере; спутникового нивелирования морской поверхности.

Достоверность результатов исследований подтверждается: значительным объемом теоретических, натурных и экспериментальных исследований; хорошей сходимостью результатов математического моделирования с экспериментальными данными; результатами производственной проверки разработанных алгоритмов в условиях высоких широт в рамках полярных экспедиций; включением разработанных рекомендаций в нормативные документы.

Практическое значение диссертации:

- разработаны дополнения в технологическую схему топографической съемки шельфа высоких широт, обеспечивающие эффективное применение спутниковых методов определения координат.

- разработаны нормативные документы и руководящие технические материалы (РТМ);

- разработаны и внедрены на ряде предприятий программные продукты, автоматизирующие решение задач по предложенным алгоритмам.

Личный вклад автора диссертации заключается в:

- сборе, обобщении и анализе информации о ранее выполненных работах по теме исследований;

- совершенствовании технологической схемы съемки шельфа высоких широт на основе использования спутниковых систем позиционирования и многолучевых эхолотов;

- разработке алгоритмов и программных продуктов;

- разработке рекомендаций для внедрения результатов исследований в производство.

- участии в создании нормативных документов

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международных и региональных конференциях, посвященных исследованиям шельфа: г. Москва (2007 г.,2009), г.Львов (2008 г.,2009 г.), г.Санкт-Петербург (2009 г.,2010 г.), а также на заседаниях Санкт-Петербургского Общества геодезии и картографии (2007 г.,2008 г.).

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы реализованы в практике работ ФГУП «ЦНИИГАиК», ФГУП «Аэрогеодезия», топографо-геодезических организациях Санкт-Петербурга. Имеются акты внедрения разработок. Результаты исследований вошли в «Руководство по учету колебаний уровня при топографической съемке шельфа и внутренних водоемов», которое является обязательным для всех предприятий, организаций и учреждений, выполняющих топографо-геодезические работы на шельфе.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 14 публикациях, из них 9 – в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определяемый ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,4 глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 22 рисунка, 7 приложений, библиографический список из 104 наименований.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность научному руководителю д.т.н М.Г.Мустафину за помощь в работе над диссертацией, к.т.н. И.С.Пандулу, к.т.н. М.Я.Брыню, к.т.н. Ю.Г.Фирсову, к.т.н. В.Н.Баландину за полезные замечания и техническую помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткая историческая справка о топографической съемке шельфа, обосновывается актуальность темы диссертации, описаны предпосылки для ее реализации, приведены защищаемые научные положения, научная новизна и практическое значение работы.

В первой главе приводятся основные сведения о континентальном шельфе и выполняемых на нем морских геодезических работах. Выполнен анализ современного состояния картографирования шельфа и пути его совершенствования.

Во второй главе приведен анализ существующей технологической схемы топографической съемки шельфа. На основе рассмотрения метода спутникового определения координат, систем координат, используемых при топографической съемке шельфа и морских геодезических работах, разработаны принципы выполнения топографической съемки шельфа с применением спутниковых измерений, которые легли в основу совершенствования технологической схемы.

В третьей главе разработаны алгоритмы решения задач топографической съемки шельфа и морской геодезии в функциях пространственных прямоугольных координат: приведения морских спутниковых измерений к центрам излучения съемочной аппаратуры; определения аномалий высот и приведения спутниковых измерений к поверхности морского дна при морском ледовом промере;; спутникового нивелирования морской поверхности.

В четвертой главе приводятся сведения о разработанной нормативно-технической документации, реализации предложенных алгоритмов в программных продуктах и внедрении результатов исследований в производство.

В заключении изложены основные результаты, полученные в диссертации.

Результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях.

1. Технологическая схема топографической съемки шельфа должна базироваться на спутниковых методах определения координат и включать модули по обработке результатов измерений в функциях пространственных прямоугольных координат, обеспечивающие эффективность ведения работ, их унификацию и необходимую точность съемки шельфа в приполярных областях.

На акваториях морей, в частности шельфа, выполняется целый ряд топографо-геодезических работ, основные виды которых указаны ниже:

- создание опорных геодезических и гравиметрических сетей;

- определение аномалий высот;

- определение уровня моря;

- топографическая съемка;

- гидрографическая съемка;

- геофизическая съемка;

- координирование буровых платформ;

- прокладка и поиск нефтегазотрубопроводов;

- установление границ и площадей акваторий и др.

Одной из задач исследований является совершенствование технологической схемы топографической съемки шельфа.

Необходимость совершенствования технологической схемы топографической съемки шельфа диктуется следующими соображениями:

- ранее разработанные общегосударственные нормативные документы, регламентирующие порядок выполнения топографической съемки шельфа большей частью утратили силу, ввиду их базирования на использовании морально устаревших технических средств;

- отсутствие общегосударственных документов, основанных на использовании современных технических средств (спутниковых приемников, многолучевых эхолотов, гидролокаторов и др.);

- недостаточно полная разработка технологии съемки шельфа в высоких широтах (особенно актуальна такая разработка для СЛО в пределах полярных владений РФ);

- целесообразность разработки алгоритмов решения морских топографо-геодезических задач в функциях пространственных прямоугольных координат.

Следует отметить, что для научного сопровождения работ по топографической съемке шельфа в 1975 г. в ЦНИИГАиК был создан отдел съемки шельфа и Мирового океана (в настоящее время филиал ФГУП «ЦНИИГАиК – ООиСШ»). Сам термин «топографическая съемка шельфа», в дальнейшем повсеместно употребляемый, впервые был предложен именно в этом отделе.

Практически вся отраслевая нормативная база, используемая при съемке шельфа и целый ряд технических средств, были разработаны ЦНИИГАиК. Большую роль в разработке средств и методов топографический съемки шельфа и топографического картографирования акватории морей и внутренних водоемов РФ сыграли руководители ГУГК И. А. Кутузов, В. Р. Ященко, Л. А. Кашин, В. В. Щербо, Г. К. Добрынин, руководители и сотрудники предприятий ГУГК

Г. М. Мурадов, А. Х. Клеблеев, Б. А. Жданов, И. Г. Сафронов, В. М. Каморный, сотрудники ЦНИИГАиК Б.М. Малахов, В. Г. Львов,

Л. А. Борисов, В. Н. Баландин, Э. Н. Акопов, Б. Д. Яровой, Ю. Г. Фирсов, А. И. Галошин, А. И. Кощеев, И.В. Меньшиков, Е. С. Фороща, Д. П. Румянцев, В. А. Кондратьев, ученые Б. И. Никифоров, А.Н.Чилингаров, В. П. Глумов, А. И. Сорокин, В. А. Коугия, Г. В. Макаров, Б. А. Елисеев, Н. Д. Коломийчук и др.

Общая технологическая схема топографической съемки шельфа складывается, как известно, из отдельных составляющих –«элементов», которые обеспечиваются соответствующими алгоритмами, программными средствами и руководящими техническими материалами.

На рис. 1 приводится блок-схема создания топографических карт и планов по результатам морской топографической съемки, затемненными тонами показаны этапы технологической цепочки, в которые внесены новые элементы технологии. Большая часть элементов схемы не нуждается в коренной переработке, а требует лишь корректировки, заключающейся в замене устаревших технических средств на современные (спутниковые приемники GPS/ГЛОНАСС, многолучевые эхолоты и др.). Вместе с тем, чрезвычайно актуальна разработка новых оригинальных элементов технологической схемы съемки шельфа, основанных на использовании современных технических средств и прогрессивных технологий.

Таких как:

- методика определения внешней границы расширенного шельфа;

- методика приведения результатов спутниковых измерений к центру излучателя гидроакустической системы плавсредства;

- методика определения аномалий высот спутниковым методом при морском ледовом промере;

- методика приведения спутниковых измерений к подводным объектам;

- методика спутникового нивелирования морской поверхности.

Разработанные элементы технологической схемы относятся как к судовому, так и ледовому промеру, затрагивают задачи обработки и оценки точности результатов измерений.

При составлении технического проекта по производству топографической съемки шельфа необходимо учитывать рекомендации по установлению границ шельфа до 200-метровой изобаты и правила формирования внешней границы расширенного шельфа (ВГРШ) в соответствии со статьей 76 Конвенции по морскому праву (рис.2).

Рис.1.Укрупненная блок-схема топографической съемки шельфа

Определение ВГРШ за пределами 200 – мильной морской зоны должно выполняться с использованием двух ограничительных и двух формульных линий .

Первая ограничительная линия – расстояния в 100 морских миль от изобаты 2500 м фиксируется на основе батиметрической съемки. Вторая ограничительная линия – 350 морских миль от исходных линий.

Рис. 2.Формирование линий ВГКШ в соответствии
со Статьей 76 Конвенции по морскому праву.

Формульные линии основаны на определении подножия континентального склона (ПКС ) в соответствии со ст.76 Конвенции по:

-толщине осадочного чехла (донного осадка) равной 1% расстояния от ПКС, линия Гардинера (Gardiner);

- линии, построенной параллельно ПКС на 60 миль в сторону моря, линия Хедберга (Hedberg).

Во всех случаях окончательная линия ВГКШ должна устанавливаться по тем участкам указанных линий, которые наиболее удалены в сторону моря.

В настоящее время элементы усовершенствованной технологической схемы использовались при выполнении исследовательских работ в целях установления ВГРШ в рамках Международных морских высокоширотных экспедиций:

- 2009 г. Россия, Швеция, Дания, НИЛ «Оден»;

- 2010 г. Россия, Швеция, Дания, НИЛ «Академик Федоров».

Элемент технологической схемы – «Приведение измерений к одной точке» представляет собой методику приведения спутниковых измерений к центру излучателя гидроакустической системы плавсредства.

В элементах схемы «Батиметрическая съемка», «Съемка надводных и подводных объектов», «Грунтовая съемка», «Контроль измерений» наряду с традиционными вопросами предлагается решение следующих задач:

- определение аномалий высот спутниковым методом при морском ледовом промере;

- приведение спутниковых измерений к поверхности морского дна при ледовом промере;

- спутниковое нивелирование морской поверхности.

Элемент схемы «Обработка и оценка точности результатов съемки» дополнен алгоритмом обоснования соответствия точности спутниковых определений и традиционных методов определения координат и высот пунктов.

Элемент схемы «Составление техотчета» включает результаты использования современных средств и методов топографической съемки шельфа.Для каждой указанной задачи нами разработана соответствующая методика и программное обеспечение.

Важной частью диссертации является внедрение результатов исследований в производство. Результаты исследований, проведенные в рамках диссертационной работы и опубликованные в ряде статей, целесообразно использовать с целью подачи заявки в Комиссию по границам континентального шельфа СЛО в рамках Конвенции ООН по морскому праву для юридического обоснования внешних границ шельфа РФ.

Часть элементов технологической схемы внедрена в практику работ ФГУП «Аэрогеодезия» в Антарктиде, где в 1985 – 1987 гг. автор был участником трех Советских антарктических экспедиций (САЭ 31, САЭ 32, САЭ 33). В этот период была произведена уникальная аэрофототопографическая и радиолокационная съемка ледового и подледного рельефа Западной Антарктиды-районы станции «Дружная» (приложение 1 (рис. 3). Созданные на этой основе карты отображали как ледовый покров, так и коренной рельеф материка. Координирование при этом осуществлялось с помощью системы NAVSTAR, высотная привязка с помощью аэробаронивелированя по усовершенствованной автором методике . За выполненный комплекс топографо-геодезических , аэрокосмических и картографических работ в Антарктиде автор был удостоен премии имени Ф. Н. Красовского за 2006 г. Одним из внедренных элементов технологической схемы является методика производства ледового промера на шельфе Восточной Антарктиды в 2008 г., выполненного специалистами ФГУП «Аэрогеодезия» по техническому заданию, разработанному с участием автора. В приложении 2 приводятся сведения о внедрении результатов исследований автора диссертации в производство.

2. Топографическая съемка шельфа приполярных широт с использованием спутниковых систем позиционирования может быть выполнена на основе разработанных алгоритмов: приведения морских спутниковых измерений к центрам излучения съемочной аппаратуры; определения аномалий высот и приведения спутниковых измерений к поверхности морского дна при морском ледовом промере; спутникового нивелирования морской поверхности

Разработка алгоритмов решения типовых задач топографической съемки шельфа и морской геодезии осуществлялась в функциях пространственных прямоугольных координат, получаемых на основе применения спутниковых систем позиционирования с соблюдением следующих условий:

- возможность использования алгоритмов в высоких широтах.

- обеспечение геодезической точности вычислений ( в линейной мере 1-2 мм);

- простота и компактность предлагаемых алгоритмов.

Ниже приводится ряд алгоритмов решения типовых задач, разработанных с участием автора в результате выполненных научных исследований в рамках диссертации. Все алгоритмы основаны на использовании координат X,Y,Z и их функций: S=

;

D=

; t=eS/D; е-экцентриситет эллипсоида.

1.Приведение результатов спутниковых измерений к центру излучателя гидроакустической системы плавсредства.

Как правило, антенна спутникового приемника GPS и вибратора многолучеврго эхолота МЛЭ располагаются в разных местах плавсредства. Предложен алгоритм приведения GPS-измерений к центру излучателя МЛЭ. При выполнении съемки в благоприятных условиях, когда углы крена К и дифферента Д (приложение 3 (рис.4) не превышают 5⁰, координаты МЛЭ равны:

Т-курс(дирекционный угол) плавсредства;

=YcosL₀-XsinL₀ (L₀-долгота осевого меридиана), q=Z/SD,

∆,∆,∆-разности координат GPS и МЛЭ на плавсредстве в стационарных условиях.

2. Определение аномалий высот спутниковым методом при морском ледовом промере.

Как известно, аномалия высоты ζ представляет собой высоту квазигеоида над поверхностью эллипсоида:

ζ=Н-H^γ

При ледовом промере, когда поверхность льда совпадает с поверхностью квазигеоида:

H=D–b

где h- высота спутникового приемника (приложение 3(рис. 5);

b- малая полуось земного эллипсоида.

Таким образом:

ζ= D–b/

Алгоритм разработан для использования в авиадесантном режиме взамен традиционного гравиметрического метода.

3. Приведение спутниковых измерений к поверхности морского дна при ледовом промере.

Вопрос редуцирования спутниковых измерений X,Y,Z, выполненных над морской поверхностью к центру некоторой точки, расположенной на дне моря, является достаточно актуальным.

Исследуется случай морского ледового промера в бесприливной акватории с глубинами до 200 м, когда спутниковый приемник устанавливается над центром вибратора эхолота.

Координаты ,, подводной цели предлагается вычислять по формуле, использующей только результаты измерений:

где h-высота антенны над физической поверхностью квазигеоида;
- заглубление вибратора; z-глубина, измеренная эхолотом (приложение 4 (рис.6).

При этом математическая точность собственно редуцирования без учета ошибок измерений составляет 1 мм, хотя фактическая точность редуцирования координат зависит от ошибок измерений с преобладанием ошибки измерения глубины и поэтому более значительна.В настоящее время редуцирование спутниковых измерений возможно осуществить только с помощью гидроакустических автономных навигационных средств (ГАНС), устанавливаемых на подводных носителях аппаратуры. Особенно целесообразно использование алгоритма при работах в прибрежных условиях.

4. Спутниковое нивелирование морской поверхности.

Методика заключается в определении геодезических H и нормальных высот ряда пунктов А₁- А_n на акватории (приложение 4 (рис. 7). Геодезические высоты антенны спутникового приемника находятся как в п. 2:

Нормальные высоты равны высотам спутникового приемника h_i, который может быть установлен как на льду, так и на плавсредстве (ледокол, НИС).

Нормальная высота некоторого пункта B может быть получена по алгоритму:

где p_i=1/L_i;

Метод спутникового нивелирования представлен в качестве альтернативы традиционному методу нивелирования водной поверхности, метод обеспечивает необходимую точность измерения колебания уровня.

5. Обоснование соответствия точности спутниковых определений и традиционных методов определения координат пунктов и высот.

В действующей нормативно-технической документации отсутствуют алгоритмы, устанавливающие связь ошибок пространственных прямоугольных координат c соответствующими ошибками плоских прямоугольных координат m_xyи высот m_H_.

Нами установлен необходимый алгоритм:

Точность всех разработанных алгоритмов установлена по тестовой сетке А.В.Юськевича.Эта сетка составлена в геодезических координатах по широте В от -90⁰ до +90⁰ через 15⁰, для каждой 6⁰ координатной зоны по долготе L от -3⁰ до +3⁰ через 1⁰, по высоте H от -200 м до +200 м через 100 м. Для всех 490 узлов сетки по геодезическим координатам B,L,H с использованием известных формул Ф.Гельмерта вычислялись пространственные прямоугольные координаты X,Y,Z, служащие для решения задач по предложенным выше алгоритмам. Сравнение результатов вычислений на всех узлах с их контрольными значениями показало, что математическая точность алгоритмов в линейной мере составляет 1-2 мм.

Предложенные в диссертации алгоритмы реализованы в виде программных продуктов, которые внедрены в производство: ФГУП «Аэрогеодезия», филиала ФГУП «ЦНИИГАиК-ООиСШ» и др.. Имеются акты внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи разработки методики использования спутниковых измерений при топографической съемке шельфа в высоких широтах.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1.Обоснована необходимость доработки технологической схемы съемки шельфа полярных широт, базирующейся на использовании спутникового метода определения координат.

2.Разработаны алгоритмы решения морских топографо-геодезических задач в функциях пространственных прямоугольных координат, получаемых на основе применения спутниковых систем позиционирования:

- приведения результатов спутниковых измерений к центру излучателя гидроакустической системы плавсредства;

- определения аномалий высот в море;

- приведение спутниковых измерений к поверхности морского дна при ледовом промере;

- спутникового нивелирование морской поверхности;

- преобразования средних квадратических ошибок из системы пространственных координат в систему плоских прямоугольных.

3.Результаты исследований успешно прошли практические испытания в рамках арктических и антарктических экспедиций с участием автора.

4.По результатам исследований разработаны практические

рекомендации по использованию современных технических средств (спутниковые приемники, многолучевые эхолоты) при морских топографо-геодезических работах в приполярных широтах. Разработаны инженерные методики по применению спутниковых систем позиционирования, включая производство работ в ледовых условиях, которые включены в соответствующие РТМ и нормативные документы.

5.Предложенные в диссертации алгоритмы решения топографо-геодезических задач реализованы в виде программных продуктов.

6.Результаты диссертационных исследований подтверждаются актами внедрения в производство ряда организаций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫХ РАБОТАХ:

1.Меньшиков И.В. К вопросу о нормативных документах для выполнения топографической съемки шельфа и внутренних водоемов /В.Н.Баландин, А.Ю.Матвеев, И.В.Меньшиков и др. //Геодезия и картография. -2008.- № 5.- С. 12-15.

2. Меньшиков И.В Вклад геодезистов и топографов ФГУП «Аэрогеодезия» в картографирование Антарктиды /А.Ю.Матвеев, В.П.Гребнев, И.В.Меньшиков //Изыскательский вестник. СПб.- 2009- № 1 (7).- С. 44-51.

3. Меньшиков И.В. Опыт работы по топографической съемке шельфа. Сборник докладов Львовского политехнического института. -2008.- № 1 (5).- С. 329-330.

4. Меньшиков И.В. Определение аномалий высот спутниковым методом при ледовом промере /В.Н. Баландин, И.В. Меньшиков, Ю.Г. Фирсов и др. // Сборник научных докладов Львовского политехнического института. 2009.Вып.1(17).- С. 79-80.

5. Меньшиков И.В. Приведение результатов спутниковых измерений к поверхности морского дна при ледовом промере /В.Н. Баландин, И.В. Меньшиков, Ю.Г. Фирсов и др. // Геодезия и картография.- 2010. - №4.-С.47-49.

6. Меньшиков И.В. Приведение результатов спутниковых измерений к центру излучателя гидроакустической системы плавсредства /В.Н. Баландин, М.Я. Брынь, И.В. Меньшиков, Ю.Г.Фирсов //Геодезия и картография.-2010.-№10.-С.48-51.

7. Меньшиков И.В. Современные технологии и вопросы регламентирования съемки прибрежных акваторий /Ю.Г. Фирсов, В.Н. Баландин, И.В. Меньшиков и др. //Геодезия и картография.- 2008.- № 10.- С. 50-54.

8. Меньшиков И.В. Применение системы NAVSTAR при радиолокационной съемке Антарктиды / Ставров В.А., Сафронов И.Г., Меньшиков И.В. //Геодезия и картография. -1991.- № 5.- С. 24-25.

9. Меньшиков И.В. Анализ технологий для обеспечения батиметрических исследований Северного Ледовитого океана в интересах определения внешней границы континентального шельфа и опыт их применения / Фирсов Ю.Г., Баландин В.Н., Меньшиков И.В., Мустафин М.Г. // Геодезия и картография.-2009.-№ 5.- С.49-55.

10. Меньшиков И.В. Морские геодезические работы при нефтегазодобыче на шельфе (доклад на международной конференции).

/ .Фирсов Ю.Г., Меньшиков И.В., Никифоров С.Э.// Труды ПГУПС.- 2009.-С.156-164.

11. Меньшиков И.В. О геодезическо-маркшейдерском обеспечении освоения месторождений углеводородного сырья. / Фирсов Ю.Г., Никифоров С.Э., Меньшиков И.В. // Геодезия и картография.

– 2010.-№ 3. -С.46-52.

12. Меньшиков И.В. Анализ зарубежного опыта и российские перспективы исследований Северного Ледовитого океана в интересах определения внешней границы континентального шельфа.

/ Фирсов Ю.Г., Баландин В.Н., Меньшиков И.В.//Геодезия и картография. -2010.-№ 9. -С. 54-59.

13. Меньшиков И.В. Современные технологии морских геодезических работ при нефтедобыче на шельфе / Фирсов Ю.Г., Меньшиков И.В., Баландин В.Н. //Геодезия и картография.-2010.-№ 6.- С.51-56.

14. Меньшиков И.В К вопросу качества батиметрической съемки Северного Ледовитого океана в интересах определения внешней границы континентального шельфа России / Фирсов Ю.Г., Баландин В.Н., Меньшиков И.В.//Геодезия и картография.-2010.-№ 2.- С.28-33.

Меньшиков И.В. Руководство по учету колебаний уровня при топографической съемке шельфа и внутренних водоемов // Э.Н. Акопов, Н.Д. Коломийчук, И.В. Меньшиков и др. Руководитель темы И.В. Меньшиков. Утверждено председателем Комитета по геодезии и картографии 15.06.1992 г.-М.: ЦНИИГАиК.-1992.-289 с.

Приложение 1.

Рис. 3. Схема аэробаронивелирования
(тематическое картографирование района
танции «Дружная», Антарктида).

Приложение 2

Сведения о внедрении результатов исследований в производство

№ п/п	Наименование элемента внедрения	Год начала внедрения	Организации пользователи	Место внедрения
1	2	3	4	5
1	Морской измеритель скорости звука МИС-1 (исполнитель ОКР Меньшиков И.В.).	1988	Все организации РФ, выполняющие работы по съемке шельфа и внутренних водоемов	На всех акваториях РФ
2	Методика учета колебаний уровня при топографической съемке шельфа.	1988	Все организации РФ, выполняющие работы по съемке шельфа и внутренних водоемов	На всех акваториях РФ
3	Методика планового обеспечения съемки с НИС «Бурке» и «Монацит».	1980	ВНИИ МОРГЕО (Рижское отделение)	Баренцево море (Штокманское нефтегазовое месторождение)
4	Методика аэробаронивелирования от уровня моря с использованием спутниковых измерений для тематического картографирования шельфовых ледников (авторы методики В.А. Ставров, И.Г. Сафронов, И.В. Меньшиков).	1985	ГП «Аэрогеодезия»	Западная Антарктида (район ст. Дружная)

Приложение 3

Рис.4. Схема приведения результатов спутниковых измерений к цен-

тру излучателя гидроакустической системы плавсредства.

Рис.5. Схема определения аномалий высот
спутниковым методом со льда.

Приложение 4

Рис.6. Схема приведения спутниковых измерений к поверхности

морского дна при ледовом промере.

Blog