CC BY
334
Вестник СГГА, вып. 3 (27), 2014
УДК 528.23
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ РОССИИ С УЧЕТОМ СУЩЕСТВУЮЩИХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ
Елена Михайловна Мазурова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Константин Михайлович Антонович
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-01-59, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Елена Константиновна Лагутина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (913)771-84-45, e-mail: e.k.lagutina@ssga.ru
Леонид Алексеевич Липатников
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, младший научный сотрудник, тел. (923)227-89-57, e-mail: lipatnikov_l@mail.ru
Проанализированы результаты выполнения программы по построению современной спутниковой государственной геодезической сети России трех уровней (ФАГС, ВГС и СГС-1), а также точность ее связи с геодезическими сетями триангуляции и полигонометрии 1-4-го классов. Определена взаимная пространственно-временная устойчивость геодезических построений на коротких и длинных интервалах времени.
Ключевые слова: координатно-временное и навигационное обеспечение, государственная геодезическая сеть, состояние, точность, устойчивость, глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС).
ANALYSIS OF THE RUSSIAN NATIONAL REFERENCE NETWORK CONDITION CONSIDERING MODERN AND PROSPECTIVE REQUIREMENTS
Elena M. Mazurova
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., professor of physical geodesy and remote sensing department, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Konstantin M. Antonovich
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Prof., Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (383)361-01-59, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Elena K. Lagutina
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., senior teacher, Department of Engineering Geodesy and Mine Surveying, tel. (913)771-84-45, e-mail: e.k.lagutina@ssga.ru
84
Геодезия и маркшейдерия
Leonid A. Lipatnikov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., junior researcher, tel. (923)227-89-57, e-mail: lipatnikov_l@mail.ru
The development results of the new three-level Russian national reference network and precision of its connection to the national network of the previous generation are analyzed. Mutual temporal stability of geodetic networks is estimated for short- and long-term periods.
Key words: coordinate-time and navigation support, national reference network, condition, precision, stability, Global Navigation Satellite Systems (GNSS).
Введение
Геодезическая сеть, как физическое представление координатной основы, является одним из ключевых элементов единой системы координатновременного и навигационного обеспечения (КВНО), во многом определяющим ее основные характеристики. Обеспечение оптимальной доступности для потребителя и повышение точности КВНО возможно только в том случае, если координатная основа отвечает определенным требованиям, вытекающим из тех задач, которые она призвана решать. Данная статья посвящена анализу состояния координатной основы России с точки зрения современных и перспективных требований.
Состояние государственной геодезической сети
В настоящее время в России создана государственная геодезическая сеть (ГГС) новой структуры. В соответствии с Основными положениями о государственной геодезической сети Российской Федерации [1], создано 50 пунктов фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), 300 пунктов высокоточной геодезической сети (ВГС), а также около 4 500 пунктов спутниковой геодезической сети 1-го класса (СГС-1) из 6 000 запланированных [2]. Таким образом, создание пунктов ФАГС и ВГС выполнено полностью, создание пунктов СГС-1 на 2013 г. завершено примерно на 75 %. В состав ФАГС по соглашению с Роскосмосом включены пункты Системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ), Международной службы ГНСС (International GNSS Service - IGS), Государственной службы времени и частоты (ГСВЧ), пункты радиоинтерферометриии со сверхдлинной базой (РСДБ) [3].
Государственная геодезическая сеть РФ создавалась в соответствии с разработанной в 1995 г. Концепцией перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений. За время, прошедшее с момента создания Концепции, произошли серьезные изменения в техническом (развернуты новые системы позиционирования, введены новые виды измерений) и методическом обеспечении ГНСС, вследствие чего созданная на данный момент ГГС уже не соответствует передовым требованиям по нескольким параметрам.
85
Вестник СГГА, вып. 3 (27), 2014
Во-первых, не обеспечивается на современном уровне доступность и эффективность выполнения геодезических работ с помощью созданной ГГС: на всю территорию России приходится всего 33 постоянно действующих пункта ФАГС, которые имеют открытый доступ [2]. В настоящее время эта проблема частично решается за счет развития региональных сетей постоянно действующих базовых станций ГНСС, не входящих в структуру ГГС [4, 5]. В перспективе совершенствование и внедрение методов высокоточного абсолютного (дифференциального) позиционирования Precise Point Positioning может способствовать снижению требований к плотности сетей постоянно действующих базовых станций. Тем не менее, целесообразно создание новых постоянно действующих базовых станций ГНСС на пунктах ВГС и организация передачи данных ГНСС-измерений в единый центр обработки для формирования дифференциальных поправок в режиме реального времени.
Во-вторых, не все пункты новой ГГС отвечают перспективным требованиям по точности установки на них геодезического оборудования. В отличие от пунктов ФАГС и ВГС, рабочие центры которых оборудованы устройствами принудительного центрирования, пункты СГС-1 закрепляются таким же образом, что и пункты ГГС предыдущего поколения 1-4-го классов, в том числе грунтовыми реперами [7]. Такие пункты не приспособлены для высокоточной фиксации положения геодезического прибора относительно центра пункта и создания постоянно действующих базовых станций.
Системы координат и связь ГГС нового и предыдущего поколений
Координаты пунктов ФАГС, ВГС, СГС-1 определены в системе СК-95 и новой государственной геоцентрической системе координат ГСК-2011, переход к которой должен быть завершен до 2016 г. в соответствии с постановлением Правительства РФ [8].
Каталог координат пунктов в системе ГСК-2011 включает пункты ГГС трех уровней (ФАГС, ВГС, СГС-1), а также около 350 тысяч пунктов сети предыдущего поколения. Уравнивание расширенной сети выполнялось с опорой на современную ГГС. Заявленный уровень погрешностей взаимного положения всех пунктов в ГСК составляет 1-2 см [3]. В статье [9] приведены результаты сопоставления координат ГСК-2011 и ITRF для 10 пунктов IGS, расположенных на территории России: расхождения значений координат не превышают 1 см. Каталоги координат ГСК-2011 в настоящее время еще недоступны для независимой проверки.
Устойчивость геодезических построений
Пункты геодезических сетей смещаются вследствие различных геодинамических процессов, а также из-за деформации конструкций, на которых они установлены. Движение литосферных плит приводит к изменению положения пунктов в общеземной системе координат на несколько сантиметров в год. Для
86
Геодезия и маркшейдерия
долговременного поддержания координатной основы в актуальном состоянии необходим адекватный учет движения литосферных плит.
В настоящее время еще не решен вопрос учета скоростей движения литосферных плит в системе координат ГСК-2011. Ориентировка осей ГСК-2011 соответствует ITRS [10], поэтому скорости движения пунктов в ГСК-2011 будут сопоставимы со скоростями в каталоге ITRF. В настоящее время проводится геотектоническое районирование территории России, по результатам которого должна быть уточнена модель движения пунктов ГГС [3].
Данная проблема актуальна также для геодезических сетей постоянно действующих базовых станций, координаты которых определены в общеземной системе координат и зафиксированы на определенную эпоху [6]. Это приводит к тому, что результаты позиционирования по методу Real Time Kinematic в таких сетях расходятся с результатами, полученными по методу Precise Point Positioning, если не учитывать временную эволюцию в координатах базовых станций.
На примере объединенной сети постоянно действующих базовых станций Новосибирской, Омской областей и Красноярского края были смоделированы и проанализированы скорости движения пунктов. Применялись модели GEODVEL 2010, NUVEL-1A, GSRM v. 1.2 [11]. Установлено, что абсолютные значения скоростей геодезических пунктов для исследованной сети в общеземной системе координат достигают 2-3 см/год. Расхождения между значениями скоростей, полученными по различным моделям, составляют в среднем 3-5 мм/год. Эти отклонения практически постоянны для каждой пары моделей: среднеквадратическое отклонение 0,1 мм/год. Скорости движения пунктов относительно исходного (центрального) пункта NSKW в основном не превышают 2 мм/год на территории Новосибирской области и 5 мм/год для самого отдаленного пункта объединенной сети.
На первом этапе предлагается раздельно учитывать поступательное движение региональной сети как единого целого и движение пунктов относительно центра сети. Подвижки относительно центрального пункта сети предлагается учитывать с использованием любой из рассмотренных моделей движения литосферных плит. Далее, общую скорость поступательного движения объединенной сети предлагается определить по результатам обработки ГНСС-измерений за несколько лет со всех станций методом Precise Point Positioning или орбитальным методом.
Помимо векового движения пунктов, для решения некоторых задач может потребоваться учет сезонных и суточных колебаний положения пунктов. Смещение пунктов относительно их среднего положения под действием приливов в твердом теле Земли может достигать нескольких дециметров в течение суток. Однако при выполнении геодезических работ с опорой на исходные геодезические пункты на локальных участках эти смещения учитывать не требуется.
87
Вестник СГГА, вып. 3 (27), 2014
Заключение
Созданная в настоящее время в России координатная основа нового поколения, включающая ГГС трех уровней и новую систему координат ГСК-2011, в случае подтверждения ее заявленных характеристик, позволяет максимально приблизиться к современному уровню точности. При реализации ряда мер точность существующей координатной основы может быть повышена до субсантиметрового уровня. Наиболее перспективным направлением развития существующей ГГС является повышение доступности и эффективности ее использования. Эта задача может быть решена за счет создания дополнительных постоянно действующих базовых станций ГНСС на пунктах ВГС, а также гармонизации планов развития ГГС и региональных сетей постоянно действующих базовых станций.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-27-00068).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГКИНП (ГНТА)-01-006-03. Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации. - Введ. 25.06.2003. - М. : ЦНИИГАиК, 2004. - 14 с.
2. Современное состояние и направления развития геодезического обеспечения РФ. Системы координат / В. П. Горобец, Г. В. Демьянов, А. Н. Майоров, Г. Г. Побединский // Геопрофи. - 2013. - № 6. - С. 4-9.
3. Методические вопросы построения глобальных и региональных геодезических сетей / Р. З. Абдрахманов, Г. В. Демьянов, В. И. Кафтан, Г. Г. Побединский // Автоматизированные технологии изысканий и проектирования. - 2013. - № 1-2 (48-49). - С. 80-85.
4. Карпик А. П., Дюбанов А. В., Твердовский О. В. Обзор состояния, использования и развития сетей референцных станций на основе инфраструктуры ГЛОНАСС в России // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 184-190.
5. Карпик А. П., Сапожников Г. А., Дюбанов А. В. Реализация проекта наземной инфраструктуры глобальной навигационной спутниковой системы «ГЛОНАСС» на территории Новосибирской области // ГЕО-Сибирь-2010. Пленарное заседание : сб. матер. VI Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2010», 19-29 апреля 2010 г., Новосибирск. - Новосибирск : СГГА, 2010. - С. 57-62.
6. Определение координат пунктов сети базовых станций Новосибирской области в общеземной системе координат / А. П. Карпик, А. П. Решетов, А. А. Струков, К. А. Карпик //
VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. - Т. 1, ч. 1. - С. 3-8.
7. Правила закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети. - Введ. 01.03.2002. - М.: ЦНИИГАиК, 2001.
8. Российская Федерация. Правительство. О единых государственных системах координат [Электронный ресурс]: постановление Правительства РФ от 28 дек. 2012 г № 1463. -Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
9. Результаты построения государственной геоцентрической системы координат Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «ГЛОНАСС» / В. П. Горобец, Г. В. Демьянов, А. Н. Майоров, Г. Г. Побединский // Геодезия и картография. - 2012. - № 2. -С. 53-57.
88
Геодезия и маркшейдерия
10. Демьянов Г. В. Геодезия и ГЛОНАСС // Физическая геодезия. Научно-технический сборник ЦНИИГАиК. - М.: Научный мир, 2013. - С. 13-25.
11. UNAVCO. Plate Motion Calculator [Электронный ресурс]. - Загл. с экрана. - Режим доступа: http://www.unavco.org/software/geodetic-utilities/plate-motion-calculator/plate-motion-calculator.html
Получено 28.08.2014
© Е. М. Мазурова, К. М. Антонович, Е. К. Лагутина,
Л. А. Липатников, 2014
89
