Актуальные вопросы геодезического обеспечения системы глонасс. Взгляд пользователя

Вид материала

Координаты пунктов международной геодинамической сети IGS, расположенных на территории России
Негативные последствия недостатков геодезического обеспечения системы ГЛОНАСС
2. Анализ зарубежного опыта геодезического обеспечения ГНСС
Остановимся на элементах политики США в отношении WGS-84.
3. Критический анализ планируемых мер по развитию координатной основы

Подобный материал:

1 2 3

Координаты пунктов международной геодинамической сети IGS, расположенных на территории России

Координаты пунктов сети IGS, расположенных на территории России, в системе ПЗ90.02 на эпоху 1.01.2002 г., а также скорости изменения координат на ту же эпоху.

Название пункта	Код пункта	Координаты пунктов, м			Скорость изменения координат, м/год
Название пункта	Код пункта	X	Y	Z
Арти	ARTU	1 843 956,907	3 016 203,039	5 291 261,706	0,0245	0,0079	0,0003
Билибино	BILI	2 321 892,971	560 096,878	5 894 691,764	0,0213	0,0044	0,0080
Звенигород	ZWEN	2 886 325,543	2 155 998,399	5 245 816,145	0,0219	0,0127	0,0040
Зеленчукская	ZECK	3 451 174,880	3 060 335,313	4 391 955,568	0,0216	0,0160	0,0089
Иркутск	IRKT	968 332,334	3 794 425,414	5 018 167,728	0,0255	0,0000	0,0049
Красноярск	KSTU	174 281,859	3 571 333,028	5 264 196,024	0,0252	0,0016	0,0052
Магадан	MAG0	2 825 810,143	1 581 232,927	5 477 005,540	0,0210	0,0019	0,0148
Менделеево	MDVO	2 844 672,112	2 161 066,397	5 266 365,554	0,0209	0,0135	0,0057
Норильск	NRIL	64 537,246	2 253 782,870	5 946 363,498	0,0227	0,0034	0,0022
Петропавловск- Камчатский	PETP	3 576 239,756	1 401 003,444	5 075 177,505	0,0050	0,0056	0,0077
Светлое	SVTL	2 730 155,511	1 562 364,624	5 529 989,211	0,0197	0,0141	0,0041
Тикси	TIXI	1 264 873,147	1 569 455,794	6 031 003,431	0,0192	0,0035	0,0093
Южно-Сахалинск	YSSK	3 465 320,798	2 638 269,400	4 644 085,493	0,0154	0,0052	0,0126
Якутск	YAKZ	1 915 023,239	2 308 213,235	5 610 225,002	0,0208	0,0066	0,0017

Плакат 3
хема расположения пунктов IGS на территории России

Примечание: Синей заливкой на схеме выделены пункты IGS, находящиеся в прибрежной зоне.

Модели ГПЗ Системы ПЗ-90.02

Нормальное гравитационное поле Земли
Аномальное гравитационное поле Земли:

- три планетарные модели в виде полностью нормированных коэффициентов разложения потенциала силы притяжения в ряд по сферическим функциям:

до 70-й степени:

ПЗ2002/70с
ПЗ2002/70

и до 360-й степени;

ПЗ2002/360

- планетарная модель аномального ГПЗ в виде потенциала притяжения 60 точечных масс

ТМ60

- цифровые модели (и их графические аналоги) аномалий ГПЗ:

аномалий силы тяжести в гравиметрической системе 1971 г.
высот квазигеоида
составляющих уклонений отвесных линий
в регионах больших размеров могут создаваться каталоги (списки) средних значений аномалий силы тяжести и высот квазигеоида для стандартных трапеций (5'x7,5', 10'x15', 15'x15', 20'x30', 30'x30' и 1°х1°)

Достоинства и недостатки геодезического обеспечения системы ГЛОНАСС

Достоинства

Система ПЗ в версии ПЗ-90.02 идентична последним версиям систем WGS-84 и ITRS.
В ГОСТ Р 51794-2008 приведены параметры трансформирования координат в системе ПЗ-90.02 к системам WGS-84 и ITRS и к национальным референцным геодезическим системам СК-95 и СК-42.

Недостатки:

Отсутствие пунктов КГС, доступных для потребителей системы ГЛОНАСС.
Секретность координат пунктов КГС.
Неполнота нормативно-технических документов, регулирующих использование ПЗ во всех подсистемах системы ГЛОНАСС, прежде всего в подсистеме НАП/АСН, в том числе:

- в Постановлении Правительства РФ от 28 июля 2000 г. №568 и Распоряжении Правительства РФ от 20 июня 2007 г. №797-р область действия ПЗ ограничена только для «геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач», и не предусмотрено использование ПЗ при осуществлении геодезических и картографических работ;

- в Постановлении Правительства РФ от 28 июля 2000 г. №568 и Распоряжении Правительства РФ от 20 июня 2007 г. №797-р применено словосочетание «геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 года (ПЗ-90)». В действительности же «Параметры Земли (ПЗ)» – это система геодезических параметров, имеющая две реализации ПЗ-90 и ПЗ-90.02, стандартизованные соответственно ГОСТ Р 51794-2001 [3] и ГОСТ Р 51794-2008;

- неполный состав ПЗ в ИКД ГЛОНАСС;

- весьма ограниченная область действия ГОСТ Р 51794-2008: он устанавливает только методы преобразований координат и их приращений из одной системы в другую, а также порядок использования числовых значений элементов трансформирования систем координат при выполнении геодезических, навигационных, картографических работ с использованием аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем;

- отсутствие полноценных отраслевых (по линии Минтранса, прежде всего) нормативно-технических документов, развивающих Постановление Правительства РФ от 28 июля 2000 г. №568 и Распоряжение Правительства РФ от 20 июня 2007 г. №797-р применительно к транспорту.

Негативные последствия недостатков геодезического обеспечения системы ГЛОНАСС

Из-за отсутствия регламентации использования ПЗ при осуществлении геодезических и картографических работ, а также отсутствия регламентации использования ПЗ в цифровых (электронных) навигационных картах, являющихся компонентами НАП ГЛОНАСС, в России все официальные навигационные карты изготавливаются в государственной геодезической системе СК-95 (с секретной сетью геодезических пунктов ГГС). Из-за этого все т.н. «бытовые навигаторы», а до последнего времени, и НАП, предназначенные для наземного транспорта, запрограммированы картами России в системе WGS-84.
Из-за секретности и недоступности пунктов КГС и секретности пунктов ГГС потребитель (включая его метрологические службы) не может проверить на местности фактическую точность навигационных карт.
В том числе, из-за отсутствия регламентации (на федеральном уровне) использования ПЗ при осуществлении геодезических и картографических работ, а также использования ПЗ на профессиональном транспорте, использующем НАП ГЛОНАСС, (но не только из-за этого), в Российской Федерации последние 15 лет поддержание и развитие ПЗ испытывало существенное недофинансирование, что привело к таким серьёзным проблемам, как приостановление программы ГЕОИК-2, замораживание научных исследований, распад научных коллективов, а, в общем-то, и научной школы при 29-м НИИ Минобороны России, которого тоже больше в прежнем виде нет.

4. В том числе, из-за отсутствия регламентации (на федеральном уровне) использования ПЗ на профессиональном транспорте, использующем НАП ГЛОНАСС, (но не только из-за этого), Российской Федерацией не были своевременно предприняты необходимые меры для регламентации использования ПЗ как компоненты ГЛОНАСС и ГНСС в большинстве функциональных дополнений ГНСС, а также на профессиональном воздушном транспорте на международном уровне. В это же время в ряде международных организации, в т.ч., в ИКАО, правительство США своевременно добилось признания системы WGS-84 в качестве международного стандарта в основном для геодезического обеспечения использования GPS, а затем и ГНСС. В результате в настоящее WGS-84 является геодезической основой всех трёх видов (бортовых, наземных и космических) функциональных дополнений, соответственно, ABAS, GBAS и SBAS, и их разновидностей (DGPS, LAAS, GRAS для GBAS и WAAS, EGNOS, NSAS для SBAS), а также непосредственно внедрена для аэронавигационного обслуживания в большинстве стран участниц ИКАО, и в том числе в воздушной транспортной системе России и большинства стран бывшего СССР. В частности, Федеральной службой воздушного транспорта (ФСВТ) России был издан приказ от 6 июня 2000 г. №177 «О подготовке к внедрению в практику гражданской авиации России Всемирной геодезической системы – 1984 (WGS-84)» и другие нормативно-технические документы, относящиеся к внедрению WGS-84, а за прошедшее десятилетие осуществлена геодезическая съёмка в системе WGS-84 около 20 аэродромов России. Совсем недавно агентство Казинформ сообщило, что Казахстан в 2011 году приступает к реализации проекта в сфере авиации по переходу на WGS-84. Проект разработан научно-исследовательским институтом РГП «Казаэропроект» совместно с Рижским институтом аэронавигации. Здесь нас, как говорится, наши казахстанские друзья обходят на повороте. Досадно и то, что Казахстан, находясь и в прямом и переносном смысле в «советской» системе координат, наверняка принял бы предложение России о геодезической съёмке в российских ПЗ в целях аэронавигации.

5. Применительно к морской практике, уже в 1998 году вышла версия 2.2 международного стандарта RTCM SC-104, предусматривающего учёт использования дифференциального режима ГЛОНАСС. Согласно этому стандарту, структура сообщений для GPS и ГЛОНАСС совпадают за исключением того, что для GPS координаты дифференциальных станций передаются в системе координат WGS-84, а для ГЛОНАСС – в ПЗ-90. Однако, в условиях отсутствия на территории Российской Федерации, а тем более за её пределами, открытой и доступной сети пунктов КГС, применение данного стандарта без каких-то оговорок и ухищрений – невозможно. В то же время КГС и российская часть сети IGS содержат т.н. «прибрежные» пункты (см. плакаты 2,3), которые, в случае обеспечения к ним доступа, могли бы быть эффективно использованы в целях морской навигации.

2. Анализ зарубежного опыта геодезического обеспечения ГНСС

(на примере системы GPS)

В США навигационная система GPS и геодезическая система WGS-84 тесно взаимосвязаны, и находятся на одном уровне государственной политики и коммерческого развития.

Во-первых, GPS и WGS-84 являются равнозначными приоритетами национальной политики США в сфере национальной безопасности (как в оборонной, так и в экономической сферах) и находятся под неусыпным присмотром Конгресса США и Президента США.

Во-вторых, основным заказчиком GPS и WGS-84 по-прежнему является министерство обороны США (DOD) и этим системам DOD и его уполномоченные структуры (они разные) уделяет равноценное и самое пристальное внимание.

В третьих, GPS и WGS-84 – это крупнейшие бизнесы США, находящиеся в руках очень опытного и изощрённого бизнес-сообщества США, имеющего интересы по всему миру.

Остановимся на элементах политики США в отношении WGS-84.

WGS-84 принадлежит Минобороны США, опирается на Наземную опорную сеть (Terrestrial Reference Frame - TRF), включающую 17 пунктов, равномерно размещенных по Земному шару. WGS-84 интегрирована с Геодезической опорной системой 80 (Geodetic Reference System 80 - GRS80), принятой IUGG в декабре 1979 г. на XVII генеральной ассамблее в Канберре, и системой IТRS. WGS-84 признана в качестве стандарта Международной организацией гражданской авиации ИКАО и Международной морской организацией ИМО и внедрена в большинстве стран участниц ИКАО и ИМО, и в том числе в воздушной транспортной системе России и большинства стран бывшего СССР. Полное документированное описание системы WGS-84 регулярно издаётся Министерством обороны США в виде Технического сообщения (Technical report) о системе WGS-84. Третье издание Технического сообщения о системе WGS-84 (TR8350.2) выпущено 4 июля 1997 года Национальным управлением видовой и картографической информации США (НИМА) -National Imagery and Mapping Agency (NIMA). 3 января 2000 г. это Техническое сообщение было переиздано с уведомлением, что «оно было исправлено, чтобы исправить опечатки, найденные в оригинальной печати этого выпуска». Следует отметить, что NIMA, созданное 1 октября 1996 г. года на базе Военного картографического управления (Defense Mapping Agency - DMA) Минобороны США и Центрального управления видовой информации (Central Imagery Office - CIO) ЦРУ США, в 2003 году было преобразовано в Национальное агентство геопространственной разведки США (US National Geospatial-Intelligence Agency - NGA), выполняющее на территории всего Земного шара широкий спектр задач по геопространственной разведке в интересах обороны и экономики США. Все полномочия по WGS-84 перешли от NIMA к NGA. На web-сайте NGA ссылка скрыта опубликованы вышеуказанное Техническое сообщение TR8350.2, Страницы изменений к исходному тексту TR8350.2 и Приложение TR8350.2.

Техническое сообщение TR8350.2 является не единственным официальным документом о системе WGS-84. Например, в ИКАО регулярно издаётся Руководство по Всемирной геодезической системе – 1984 (WGS-84) (последнее 2 издание выпущено в 2002 г.). Есть и другие официальные международные публикации по WGS-84. В отношении координат опорных пунктов указываются две реализации TRF WGS-84: WGS-84(G730) и WGS-84(G873), где G – номер GPS-недели, когда были получены эти уточненные координаты TRF по результатам GPS-наблюдений. Даты ввода этих реализаций TRF: 29 июля 1994 г. и 29 января 1997 года соответственно. Последняя же реализация TRF WGS-84 приведена в Приложении TR8350.2 с обозначением WGS-84(G1150) и датой ввода – 20 января 2002 г. На TRF WGS-84(G1150) остановимся подробнее. В её установлении были использованы три группы станций слежения (monitor stations) системы GPS: станции слежения ВВС США (US Air Force - USAF) и NGA (см. плакат 4), а также (впервые для TRF WGS-84) - станции слежения IGS (см. плакат 5). Координаты 49 станций IGS использовались для контроля координатного решения для TRF. Для этого координаты этих станций IGS в опорной сети ITRF-2000 на эпоху 1997,0 в период сбора информации для проведения координатного решения (14-28 февраля 2001 г.) для TRF были зафиксированы. Обращает на себя внимание то, что в составе этих 49 станций 2 станции находятся на территории Российской Федерации (Звенигород - станция ZVEN, Иркутск - станция IRKT). В целом координатное решение для TRF WGS-84(G1150) его авторами считается согласованным с параметрами ITRF-2000 с точностью порядка 1 см (СКО).

С
Плакат 4
танции слежения USAF и NGA

С
Плакат 5
танции слежения IGS, участвовавшие в координатном решении WGS-84(G1150)

3. Критический анализ планируемых мер по развитию координатной основы

Российской Федерации

В Концепции развития отрасли геодезии и картографии до 2020 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 декабря 2010 г. №2378-р, (далее Концепции) запланировано создание высокоэффективной государственной системы геодезического обеспечения территорий Российской Федерации, предусматривающей в т.ч. «создание и развитие высокоточной геоцентрической системы координат Российской Федерации, интегрированной с новой международной земной опорной системой ITRS (International terrestrial reference system), для осуществления геодезических и картографических работ, обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач…». Данная формулировка означает конец почти 20-летнего нежелания Роскартографии (имеется в виду, конечно не вся отрасль, а её руководящее звено) признать, что национальная геоцентрическая система координат должна быть на государственном правовом уровне принята для использования не только для «геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач», как это было закреплено в Постановлении Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. №568 «Об установлении единых государственных систем координат», но и «для использования при осуществлении геодезических и картографических работ», что в этом же постановлении было закреплено только за Государственной системой геодезических координат 1995 года (СК-95).

Попытаемся ответить на некоторые вопросы, связанные с установлением (пока на уровне Концепции) использования высокоточной геоцентрической системы координат Российской Федерации для осуществления геодезических и картографических работ, что может при определённых условиях означать в перспективе переход всей геодезической и картографической деятельности Российской Федерации на национальную геоцентрическую отсчётную основу (что уже осуществляется во многих странах мира, причём не только «развитых»).

В Российской Федерации геодезическая и картографическая деятельность осуществляется на референцной отсчётной основе, представляющей из себя референц-эллипсоид Красовского, который является отсчётной поверхностью системы СК-95 года (ранее СК-42) с Государственной геодезической сетью (ГГС) и Государственной высотной основы (ГВО) с Государственной нивелирной сетью (Балтийская система высот 1977 г.).

Причины перехода к СК-95/ГГС от СК-42/ГГС понятны и детально рассмотрены в литературе. Однако в нашем случае необходимо подчеркнуть, что ГГС при СК-95 принципиально отличается от ГГС при СК-42 наличием в ней геодезических сетей, координаты пунктов которых получены по наблюдениям спутников, а именно: ГГС при СК-95 объединяет 4 геодезические сети: КГС Минобороны России, созданную в результате наблюдений российских геодезических спутников серии ГЕОИК; доплеровскую геодезическую сеть (ДГС), созданную в результате наблюдений американских навигационно-геодезических спутников серии ТРАНЗИТ; а также «классические» астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 классов и геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов. В результате совместного уравнивания этих геодезических сетей координаты пунктов ГГС (особенно на востоке страны) стали существенно точнее, однако СК-95 относительно СК-42 получила значительные линейные и угловые смещения, которые в силу различных причин не могут быть выражены в точных и конечных выражениях. Это и является причиной отсутствия конечных формул (элементов) трансформирования между СК-95 и СК-42.

КГС, как было отмечено выше, закрепляет геоцентрическую систему координат Параметров Земли. При этом геоцентрические координаты точки выражаются в виде ортогональной тройки (

Blog

Актуальные вопросы геодезического обеспечения системы глонасс. Взгляд пользователя

Координаты пунктов международной геодинамической сети IGS, расположенных на территории России