CC BY
174
УДК 528
О СОЗДАНИИ СЕТЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Алексей Владимирович Басманов
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, главный научный сотрудник, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Владимир Прокопьевич Горобец
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, начальник отдела глобальных навигационных спутниковых систем, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Виктор Иванович Забнев
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Владимир Иванович Зубинский
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, ведущий научный сотрудник отдела геодезии, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Илья Алексеевич Ощепков
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Геннадий Германович Побединский
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, кандидат технических наук, директор, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Роман Александрович Сермягин
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Игорь Анатольевич Столяров
ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», 125413, Россия, г. Москва, ул. Онежская, 26, начальник управления геодезических исследований, тел. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Приведен анализ реализации положений Концепции перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений, разработанной в 1995 г. Центральным ордена «Знак Почета» научно-исследовательским институтом геодезии, аэросъемки и картографии имени Ф. Н. Красовского по заданию Федеральной службы
геодезии и картографии России. Рассмотрены результаты работ по созданию государственной геодезической системы координат ГСК-2011 и ее внедрению. Показаны перспективы дальнейшего развития системы геодезического обеспечения.
Ключевые слова: глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), системы координат, ГСК-2011, государственная геодезическая сеть, геодезическое обеспечение.
ABOUT CREATION OF NETWORK INFORMATION AND TECHNOLOGICAL INFRASTRUCTURE OF GEODETIC SUPPORT OF THE RUSSIAN FEDERATION
Alexey V. Basmanov
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya, St., 26, chief researcher, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Vladimir P. Gorobets
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya St., 26, head of department of global navigation satellite systems, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Victor I. Zabnev
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya St., 26, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Vladimir I. Zubinsky
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya St., 26, leading researcher of department of geodesy, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Ilya A. Oshchepkov
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya St., 26, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Gennady G. Pobedinsky
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya St., 26, Ph. D., director, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Roman A. Sermyagin
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya St., 26, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
Igor A. Stolyarov
Federal State Budgetary Institution Federal Scientific and Technological Center of Geodesy, Cartography and Infrastructure of Spatial Data, 125413, Russia, Moscow, Onezhskaya St., 26, head of department of geodetic researches, tel. (495)456-95-51, e-mail: info@nsdi.rosreestr.ru
The analysis of implementation of provisions of the Concept of transition of land production to autonomous methods of satellite coordinate definitions developed in 1995 is provided. Central awards «Honour Sign» research institute of geodesy, aerial photograph and cartography of a name F. N. Krasovsky on the instructions of Federal service of geodesy and cartography of Russia. Results of works on creation of the state geodetic system of coordinates of GSK-2011 and its introduction are considered. Prospects of further development of system of geodetic support are shown.
Key words: Global Navigation Satellite Systems (GNSS), systems of coordinates, GSK-2011, state geodetic network, geodetic support.
В начале 90-х годов XX века новые технические средства и технологии на базе глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) революционным образом меняли геодезические методы координатных определений как для производственных, так и для научных целей. Возможности серийно выпускаемой аппаратуры позволяли решать практически все виды геодезических задач, в том числе использовать новые способы геодезических измерений в области геодинамики и спутникового нивелирования [22].
Ряд опытно-методических, опытно-производственных и производственных работ, выполненных с использованием спутниковых геодезических приемников, Центральным ордена «Знак Почета» научно-исследовательским институтом геодезии, аэросъемки и картографии имени Ф.Н. Красовского (ЦНИИГА-иК), Верхневолжским аэрогеодезическим предприятием (ВАГП), Московским ордена Трудового Красного Знамени аэрогеодезическим предприятием (МАГП), другими предприятиями Федеральной службы геодезии и картографии России (Роскартографии), Московским государственным университетом геодезии и картографии (МИИГАиК), другими научными и производственными организациями показал возможность существенного роста производительности при выполнении геодезических работ, а также существенного повышения точности при условии соблюдения специальных требований к организации и выполнению полевых измерений и камеральной обработки, метрологической аттестации спутниковых геодезических приемников [2, 3, 24, 25, 36].
В 1995 году разработанная ЦНИИГАиК «Концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений» была рассмотрена и одобрена на расширенном заседании Научно-технического совета Федеральной службы геодезии и картографии России с участием представителей заинтересованных министерств и ведомств [11, 14, 15, 19, 23]. Основная целевая задача Концепции была сформулирована следующим образом «На основе использования стандартной на данное время измерительной аппаратуры обеспечить наиболее рациональное и эффективное в существующих условиях практическое определение координат (и высот) пунктов земной поверхности на всей территории страны с точностями, требуемыми для решения возможно более широкого круга научно-технических и производственных задач».
Концепция предусматривала решение важных научных и прикладных задач, основанном на высокоточных геодезических измерениях:
• построение общеземной фундаментальной геоцентрической системы координат и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований науки и практики. Установление единой геодезической системы координат на территории страны;
• изучение деформаций земной поверхности, предваряющих и сопровождающих землетрясения и другие опасные природные явления. Определение зон аномальных деформаций на территории страны с целью уточнения ее сейсмотектонического районирования. Обеспечение работ Службы контроля деформаций земной поверхности;
• изучение фигуры и гравитационного поля Земли и их изменений во времени. Глобальная геодинамика;
• геодезическое обеспечение изучения природных ресурсов и землепользования, кадастра, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых, проектно-изыскательских работ;
• геодезическое обеспечение картографирования территорий страны и акватории окружающих ее морей;
• метрология средств и методов определения координат и ориентирования в пространстве;
• обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации;
• геодезическое и геоинформационное обеспечение делимитации, демаркации и привязки линии государственной границы России, а также границ субъектов федерации внутри страны;
• построение прецизионных сетей специального назначения.
Геодезическим ядром концепции, предназначенным для решения проблемы координатного обеспечения страны в связи с появлением спутниковой аппаратуры оперативных координатных определений, было определено создание на территории страны геодезической сети в единой геоцентрической системе координат на основе использования ГНСС-технологий. Предложенная в Концепции и утвержденная в последующем нормативно-техническими документами системы ГКИНП (геодезические, картографические инструкции, нормы и правила) и национальными стандартами, иерархическая структура спутниковой геодезической сети, включала следующие уровни:
• сеть пунктов постоянных наблюдений ГНСС - фундаментальная астро-номо-геодезическая сеть (ФАГС);
• сеть пунктов периодически повторяемых наблюдений ГНСС - высокоточная геодезическая сеть пунктов (ВГС);
• спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1).
Практическая реализация Концепции началась уже в 1995-1996 гг., когда ВАГП по согласованному с ЦНИИГАиК техническому проекту впервые в России выполнило работы по созданию фрагмента спутниковой геодезической сети 1 класса (СГС-1) на территории Ивановской, Кировской, Костромской, Нижегородской, частично Владимирской, Рязанской и Ярославской областей, рес-
публик Марий-Эл, Мордовия, Удмуртия и Чувашия общей площадью более 400 тыс. км2 [4, 20, 24].
В рамках реализации положений Концепции в 1997 г. ЦНИИГАиК был разработан проект Программы перевода геодезического обеспечения России на спутниковые методы [15, 19, 30]. Предложенные мероприятия вошли в Федеральную целевую программу по использованию глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах гражданских потребителей [40]. В 2001 г. в рамках Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» [37] комплекс мероприятий геодезического обеспечения России был выделен в отдельную подпрограмму «Использование спутниковых навигационных систем для геодезического обеспечения территории России», государственным заказчиком которой была определена Федеральная служба геодезии и картографии России (с 2004 Федеральное агентство геодезии и картографии, а с 2009 Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии).
В настоящее время комплекс мероприятий геодезического обеспечения России реализуется в рамках Федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» [38].
В рамках реализации Концепции в 1997 году ЦНИИГАиК была разработана методика построения ФАГС, ВГС и СГС-1 с проектом схемы расположения пунктов ФАГС, ВГС, а в 1999 году под методическим руководством ЦНИИГАиК предприятиями Роскартографии был построен экспериментальный фрагмент сети ФАГС и ВГС, включающий 15 пунктов ВГС и 4 пункта ФАГС в Центральном районе Европейской части Российской Федерации.
В течение 1999-2000 гг. на территории наиболее экономически развитых регионов Европейской части России была построена сеть в составе 72 пунктов, в том числе 12 постоянно действующих и периодически определяемых пунктов ФАГС и 60 пунктов ВГС. Каждый из пунктов ФАГС и ВГС включает в себя целый комплекс основных, контрольных и рабочих геодезических центров с принудительным центрированием. На двух пунктах ФАГС были определены ускорения силы тяжести с использованием абсолютных гравиметров ГБЛ-П, для обеспечения в дальнейшем единства гравиметрической системы и контроля стабильности новой геоцентрической системы, а также гравитационного поля во времени.
В последующие годы на основе полученного организационного и технического опыта развитие сетей ФАГС и ВГС продолжалось в объеме порядка 4050 пунктов в год. Развитие сетей ФАГС и ВГС осуществлялось в соответствии с Федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система».
По состоянию на 1 января 2015 года государственная спутниковая геодезическая сеть насчитывает 4 624 пункта. ФАГС состоит из 54 пунктов, из которых 45 постояннодействующие и 9 периодически определяемые. В состав пунктов ФАГС входят 13 пунктов РАН, 5 пунктов Росстандарта и 36 пунктов Росреестра, 3 пункта совмещены с пунктами РСБД, 8 пунктов совмещены
с пунктами Системы дифференциальной коррекции и мониторинга СДКМ Рос-космоса. ВГС состоит из 326 пунктов. СГС-1 насчитывает 4 244 пункта [22].
Точность любой геодезической системы координат определяется точностью координат исходных (основных, базовых) пунктов геодезической сети, использованных при выводе параметров этой системы, а эффективность ее применения зависит от количества пунктов геодезической сети, практически реализующих эту систему, и их доступности для использования потребителем.
Большинство высокоразвитых стран, имеющих значительные территории, принимая активное участие в международных проектах и программах по созданию единой общеземной геоцентрической системы координат, создают также национальные (государственные) системы координат, оптимальным образом ориентированные на сохранение и развитие геодезического и картографического потенциала, уже созданного к этому времени [16, 17].
Национальные пространственные (геоцентрические) системы координат
(у^Ш f
' rfe- V^ I .. V.
" ** Г ' f I
f I'll * 4
ГСК-20М - Государственная геодезическая система координат
NSRS ■ Национальная пространственная система координат (National Spatial Reference Frame)
ETRF - Европейская опорная система координат
(European Terrestrial Reference Frame) CSRS ■ Пространственная система координат Канады (Canadian Spatial Reference System)
GDA - Геоцентрическая система координат Австралии
(Geodetic Datum of Australia) CGCS • Китайская геодезическая система координат (China Geodetic Coordinate System 2000)
Рис. 1. Национальные пространственные (геоцентрические) системы координат
Государственная геодезическая система координат Российской Федерации ГСК-2011 представляет собой геоцентрическую систему координат. По принципам ориентировки в теле Земли ГСК-2011 идентична Международной земной опорной системе координат ITRS, установленной в соответствии с рекомендациями Международной службы вращения Земли (International Earth Rotation and Reference Systems Service — IERS).
Точность установления ГСК-2011 по отношению к центру масс Земли на настоящий момент времени характеризуется средней квадратической погрешностью, не превышающей 10 см.
Основные параметры системы координат ГСК-2011, ее физические и геометрические характеристики определены постановлением Правительства Российской Федерации [27] и приказом Росреестра [29].
Значение размеров большой полуоси принято равным 6 378 136,5 метров, что соответствует принятым к настоящему времени размерам большой полуоси общего земного эллипсоида. Под общим земным эллипсоидом понимается эллипсоид, удовлетворяющий следующему условию для всей Земли.
I
фа = 0
Это условие обеспечивает применение равенства М. С. Молоденского при определении по спутниковым данным значения нормальной высоты Нт
Но = Нт + где
Н0 — значение геодезической высоты по данным ГНСС-измерений;
Нт — значение нормальной высоты по нивелирным данным;
£ — значение высоты квазигеоида по гравиметрическим данным.
Неотъемлемой частью системы координат ГСК-2011 является новая отечественная глобальная модель гравитационного поля Земли ГАО-2012, которая по уровню точности и детальности не уступает современным зарубежным моделям геопотенциала ЕЮЕШС и EGM2008.
Основу системы координат ГСК-2011 составляют государственные спутниковые геодезические сети, использованные при выводе параметров этой системы:
• сеть пунктов постоянных наблюдений ГНСС - фундаментальная астро-номо-геодезическая сеть (ФАГС);
• сеть пунктов периодически повторяемых наблюдений ГНСС - высокоточная геодезическая сеть пунктов (ВГС);
• спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1).
В структуру государственной геодезической сети, практически реализующих систему координат ГСК-2011 и обеспечивающих ее доступность для использования потребителями также входят сети триангуляции, полигонометрии и трилатерации 1-4 классов (~283 000 пунктов), уравненные с опорой на пункты ФАГС, ВГС и СГС-1, что обеспечивает возможность использования в системе координат ГСК-2011 огромного количества геодезических, топографических и картографических материалов, созданных ранее на основе традиционных методов и технологий.
Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть представляет верхний уровень структуры государственной спутниковой сети и служит исходной геодезической основой для построения заполняющих спутниковых сетей и практически реализует геоцентрическую систему координат в рамках решения задач координатно-временного обеспечения.
Количество и расположение постоянно действующих пунктов ФАГС, а также состав аппаратуры и программы наблюдений определяются научно-
технической программой построения и функционирования ФАГС с учетом данных геотектонического районирования и проектов международного сотрудничества. Пункты являются стационарными астрономо-геодезическими обсерваториями, оборудованными комплексом прецизионной аппаратуры: стандартами частоты, метеорологическими датчиков, аппаратурой слежения за локальными деформациями земной поверхности в районе расположения обсерватории и стабильностью положения сооружения, на котором размещаются антенны, и т.д. Все пункты фундаментально закреплены с обеспечением долговременной стабильности их положения как в плане, так и по высоте.
Пространственное положение пунктов ФАГС определяется методами космической геодезии в общеземной системе координат относительно центра масс Земли с ошибкой не более 10 см, а ошибка взаимного положения любых пунктов ФАГС не превышает 1-2 см по плановому положению и 2-3 см по высоте с учетом скоростей их изменений во времени.
Первоначальные координаты пунктов ФАГС на эпоху установления системы координат ГСК-2011 (1 января 2011 года) определялись по результатам общего уравнивания сети с опорой на пункты Международной геодинамической службы IGS, находящиеся как на территории Российской Федерации, так и на территории сопредельных стран. Зарубежные пункты IGS были использованы с целью придания сети ФАГС большей жесткости и достоверности координатных определений, поскольку количество и географическое распределение пунктов IGS на территории России далеко не оптимально. При подборе зарубежных пунктов учитывалось не только их географическое положение, но и регулярность и точность наблюдений. Общее описание технологии уравнивания сети на основе широко используемого IERS метода «мягкого согласования» рассмотрен в работе [22].
Средние квадратические погрешности уравненных координат пунктов ФАГС составили 0.1-1.0 см в плане (пункт ФАГС «Владивосток» - 1.9 см) и 0.21.5 см по высоте (пункт ФАГС «Владивосток» — 2.14 см).
В таблице приведены значения элементов трансформирования для систем координат, используемых на территории Российской Федерации в настоящее время. При этом значения параметров, приведенные в ГОСТ Р 51794-2008 [5] были уточнены.
Определение параметров связи системы координат ГСК-2011 с другими системами координат выполнялось путем сравнения координат пунктов государственной геодезической сети известных в других системах координат и полученных по результатам спутниковых определений координат этих же пунктов в геоцентрической системе координат ГСК-2011. Вычисление геодезических высот пунктов в системах координат СК-42 и СК-95 выполнялось по известным нормальным высотам с использованием высот квазигеоида, полученных по моделям EGM-96 и ГАО-2012.
№ п/п Исходная система Конечная система AX, м AY, м AZ ,м O x 10 угл. с O j 3 10 угл. с O z 10 угл. с m х 106
1 СК-42 ГСК-2011 +23.56 ±2.00 -140.86 ±2.00 -79.77 ±3.00 -2 ±10 -346 ±10 -794 ±10 -0.227 ±0.25
2 СК-95 ГСК-2011 +24.65 ±0.43 -129.14 ±0.37 -83.06 ±0.54 -67 ±10 +4 ±10 +129 ±10 -0.175 ±0.2
3 ПЗ-90 ГСК-2011 -1.44 ±0.2 +0.17 ±0.2 +0.23 ±0.3 -1.738 ±1 +3.559 ±1 -134.263 ±1 -0.2274 ±0.06
4 ПЗ-90.02 ГСК-2011 -0.37 ±0.1 +0.2 ±0.1 +0.21 ±0.2 -1.738 ±1 +3.559 ±0.5 -4.263 ±0.5 -0.0074 ±0.05
5 ПЗ-90.11 ГСК-2011 +0.000 ±0.01 -0.014 ±0.02 +0.008 ±0.01 +0.562 ±0.7 +0.019 ±0.26 -0.053 ±0.23 +0.0006 ±0.001
6 WGS-84 (G1150) ГСК-2011 -0.34 ±0.1 +0.47 ±0.1 +1.13 ±0.2 -1.738 ±1 +3.559 ±0.5 +65.737 ±0.5 -0.1074 ±0.05
7 ITRF-2008 ГСК-2011 +0.002 ±0.01 -0.003 ±0.02 -0.003 ±0.01 +0.053 ±0.7 +0.093 ±0.26 -0.012 ±0.23 +0.0008 ±0.001
Определялись параметры связи для семи параметрического преобразования, формула которого имеет следующий вид:
Х\ /1 -wY\/X\ /ЛХ\
Yj =(1 + т) I -vz 1 + (лг),
Z' ГСК-2011 V+^y -шх 1 ) \ZJ ск \Л2/
где AX, AY, A - линейные элементы преобразования, м;
(Ox, (, gz - угловые элементы преобразование, рад;
m - дифференциальное различие масштабов систем координат.
Вычисление параметров преобразования выполнялось по программе Pinnacle после отбраковки явных «выбросов» в остаточных уклонениях по координатам.
С целью доведения данных о пунктах государственной геодезической сети ГСК-2011 до потребителей Росреестром на всю территорию Российской Федерации составляются и издаются в бумажном и электронном видах каталоги геодезических пунктов.
Для обеспечения преемственности с материалами, созданными в системах координат СК-42 и СК-95, каталоги пунктов триангуляции, трилатерации и по-лигонометрии 1 - 4 класса в системе координат ГСК-2011 были составлены по номенклатурным листам государственных топографических карт масштаба 1:200 000 в соответствии с Инструкцией по составлению и изданию каталогов геодезических пунктов [13].
Разработаны структура и форматы каталогов для спутниковых государственных геодезических сетей (ФАГС, ВГС, СГС-1), в которых планируется помещать все виды координат геодезических пунктов в системе координат ГСК-2011 геоцентрические прямоугольные координаты X, Y, Z, геодезические коор-
динаты B, L, H, плоские прямоугольные координаты x, y в проекции Гаусса-Крюгера с шестиградусными зонами.
Каталоги пунктов для каждой спутниковой сети имеют свою собственную структуру и содержание.
Наряду с геодезическими высотами в каталог будут также помещены нормальные высоты пунктов в Балтийской системе высот 1977 года и высоты квазигеоида над общим земным эллипсоидом.
Все значения координат и высот приводятся с указанием класса пункта и способа определения.
Кроме того, каталоги пространственных прямоугольных координат пунктов ФАГС, совмещенных с пунктами наблюдений параметров вращения Земли ГСВЧ, ежегодно публикуются с указанием эпохи в специальных бюллетенях ГСВЧ.
Помимо этого, в соответствии с пунктом 4 постановления Правительства Российской Федерации «О единых государственных системах координат» [27] информацию о составе, техническом оснащении и местоположении геодезических пунктов ГСК-2011, за исключением информации, относящейся к государственной тайне, планируется размещать на официальном сайте Центра точных эфемерид Росреестра.
Концепцией предусматривалась разработка единых нормативно-технических документов, регламентирующих производство геодезических работ на современной инструментальной базе.
В рамках реализации этого положения были разработаны и утверждены следующие нормативно-технические документы:
• Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации [21];
• РТМ Спутниковая технология геодезических работ. Термины и определения [31];
• Правила закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети
[28];
• Руководство пользователя по выполнению работ в системе координат 1995 года (СК-95) [33];
• Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛО-НАСС и GPS [12];
• Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS [32].
В «Основных положениях о государственной геодезической сети Российской Федерации» было отражено состояние государственной геодезической сети страны на эпоху формирования системы геодезических координат 1995 года, приведены основные характеристики этой системы, основные принципы ее установления и определены структура и основные принципы дальнейшего развития государственной геодезической сети Российской Федерации как составной части новой высокоэффективной государственной системы геодезического
обеспечения территории Российской Федерации, основанной на применении методов космической геодезии и использовании глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.
Нормами плотности размещения пунктов государственных нивелирных, геодезических и гравиметрических сетей на территории Российской Федерации [18] определено количество пунктов на тыс. кв. километров для следующих территорий:
• 20 для городских и сельских поселений, других муниципальных образований;
• 1 для иных экономически освоенных территорий, территорий повышенного риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также приграничных территорий;
• 0,1 для районов Крайнего Севера и приравненных к ним районов.
Кроме того, техническим комитетом по стандартизации ТК 404 «Геодезия
и картография», а также подкомитетом ПК 7 «Радионавигационные средства для геодезических, гидрографических и землеустроительных работ» технического комитета ТК 363 «Радионавигация» были разработаны и утверждены Росстандартом национальные стандарты Российской Федерации серии «Глобальная навигационная спутниковая система. Методы и технологии выполнения геодезических работ», реализующие положения Концепции, ГОСТ Р 517942008 [5], ГОСТ Р 53864-2010 [6], ГОСТ Р 55024-2012 [7], ГОСТ Р 55535-2013 [8], ГОСТ Р 55536-2013 [9], и ряд других.
Система координат ГСК-2011 была введена Постановлением Правительства Российской Федерации «О единых государственных системах координат» [27] одновременно с системой координат ПЗ-90.11. Пунктом 2 постановления установлено, что система геодезических координат 1995 года (СК-95), установленная постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. № 568 в качестве единой государственной системы координат, и единая система геодезических координат 1942 года (СК-42), введенная постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. № 760, применяются до 1 января 2017 г. в отношении материалов (документов), созданных с их использованием.
В связи с этим до 1 января 2017 года планируется проведение следующих основных мероприятий по обеспечению перехода к ГСК-2011:
• подготовка методических указаний по технологии перехода к ГСК-2011 при ведении государственного кадастра недвижимости;
• выполнение анализа причин региональных деформаций МСК субъектов РФ и разработка методов их устранения;
• разработка технологических решений проблемы перевода в ГСК-2011 геодезических и картографических материалов, выполненных ранее в других системах координат;
• разработка программного обеспечения реализации перехода от существующих систем координат к ГСК-2011;
• создание высокоточной цифровой модели высот квазигеоида над общим земным эллипсоидом системы координат ГСК-2011 на территорию Российской Федерации;
• вычисление поправок к значениям уклонений отвесных линий за переход к системе координат ГСК-2011 на территории Российской Федерации.
В рамках реализации мероприятий ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» [38] и ФЦП «Развитие единой государственной системы регистрации прав и кадастрового учета недвижимости (2014-2019 годы)» [39] предусмотрено достижение следующих количественных показателей пунктов государственной спутниковой сети к 2020 году:
80 пунктов ФАГС; 350 пунктов ВГС; 6 000 пунктов СГС-1.
Это позволит достичь к 2020 году следующих точностных характеристик системы координат ГСК-2011:
погрешность взаимного положения пунктов ФАГС 0.5 см;
погрешность геоцентричности системы координат ГСК-2011 1 см; погрешность распространения системы координат ГСК-2011 на территории Российской Федерации, реализуемая системой ГЛОНАСС 2 см;
В настоящее время в соответствии с пунктами 3 и 4 постановления Правительства Российской Федерации «О единых государственных системах координат» [27] и пунктом 13 д) Положения о полномочиях федеральных органов исполнительной власти по поддержанию, развитию и использованию глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС [26] подписан приказ Росрее-стра от 23.03.2016 г. № П/0134/16 «Об утверждении геометрических и физических числовых геодезических параметров государственной геодезической системы координат 2011 года» [29].
Федеральной целевой программой «Развитие единой государственной системы регистрации прав и кадастрового учета недвижимости (2014-2019 годы)» [39] предусмотрено до 2019 г. во всех субъектах Российской Федерации, включая Республику Крым и город федерального значения Севастополь, осуществить переход к единой геоцентрической открытой системе координат.
Основные направления дальнейшего развития системы геодезического обеспечения Российской Федерации были рассмотрены в работах «Системы координат» [34] и «Высотное и гравиметрическое обеспечение» [35].
Развитие новых технологий и средств геодезических измерений привело к необходимости изменений в принципах построения всей системы геодезического обеспечения. Эти принципиальные изменения происходят не только в структуре построения геодезических сетей (спутниковых, нивелирных и гравиметрических), но в характере взаимосвязей, составляющих системы геодезического обеспечения: координатной, высотной и гравиметрической. Это связано в первую очередь с повышением точности государственной системы координат и изменением принципов ориентации осей координат в теле Земли отно-
сительно центра масс и оси вращения. ГСК-2011 практически на порядок по сравнению с СК-95 (на два порядка по сравнению с СК-42).
Решение вопросов дальнейшего развития государственной системы координат в первую очередь связано с совершенствованием сети пунктов ФАГС, как основы системы координат. Это совершенствование должно идти в двух направлениях - создание на 3-4 пунктах ФАГС расширенного комплекса астро-номо-геодезических средств измерений и дальнейшее расширение сети постоянно действующих пунктов ФАГС. Комплекс современных средств измерений должен включать как минимум лазерные спутниковые дальномеры, а в перспективе малые транспортируемые антенны РСДБ, а также измерительной аппаратуры международной спутниковой геодезической системы DORIS. Такая комплектация помимо уточнения самих измерений за счет более достоверного учета влияния атмосферы, даст дополнительную информацию о точности ориентировки осей координат. Проектирование новых постоянно действующих пунктов ФАГС должно вестись с учетом геотектонической структуры территории России и возможностями передачи наблюдений в единый центр обработки в режиме реального времени. С другой стороны, важным требованием к размещению пунктов ФАГС является их относительно равномерное распределение на территории России с расстоянием между пунктами в среднем порядка 500800 км. Эти требования к размещению новых пунктов ФАГС, во-первых, обеспечат дифференцированных подход к определению скоростей изменений координат во времени для разных геотектонических структур, во-вторых, обеспечат более благоприятные условия для распространения единой системы координат и скоростей на пункты геодезических сетей более низкого уровня (прежде всего при дополнительных или периодических определениях пунктов ВГС) и в третьих, создадут более благоприятные условия для развития систем функциональных дополнений ГНСС (RTK, VRS, PPP и др.).
Увеличение числа постоянно действующих пунктов ФАГС, при условии выбора их местоположения в соответствии с геотектонической структурой, позволит, с одной стороны, более детально учитывать влияние этих региональных деформационных процессов на точность государственной системы координат, с другой стороны, регистрация региональных характеристик движения земной поверхности даст ценную информацию для анализа этих процессов их последующего моделирования и прогнозирования.
Поскольку территория России имеет сложную геотектоническую структуру, то наряду с глобальными изменениями на территории России присутствуют и региональные деформационные процессы, вызывающие движения земной поверхности [22, 34].
Для учета этих деформационных процессов, величина которых соизмерима с точностью ведения Единого государственного кадастра объектов недвижимости, необходимо выполнение комплексных научных исследований.
Проблемы по развитию сети ФАГС связаны с их размещением на территории Сибири и Дальнего Востока. По нашему мнению этот вопрос необходимо решать на основе комплексного межведомственного взаимодействия, на основе
соглашений с ГК «Роскосмос», Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Федеральным агентством научных организаций (ФАНО России) и Российской академией наук (РАН).
Таким образом, основными направлениями работ по совершенствованию системы геодезического обеспечения Российской Федерации являются:
• выполнение комплекса фундаментальных и профильных научно-исследовательских работ, обеспечивающих развитие всех составляющих системы геодезического обеспечения (координатного, высотного и гравиметрического), с учетом влияния геодинамических процессов;
• дальнейшее развитие государственных геодезических сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 в соответствии с планами мероприятий ФЦП ГЛОНАСС в целях обеспечения точностных характеристик государственной системы координат и создания благоприятных условий для развития функциональных дополнений технологий ГНСС;
• оборудование части пунктов ФАГС средствами астрономо-геодезических измерений, основанных на разных физических принципах (РСДБ, лазерных дальномеров и др.), этот принцип комплектации оборудования принят в международной практике и получил название коллокационного принципа;
• модернизация МСК, разработка алгоритмов и математических моделей пересчета координат географических объектов в государственную систему координат ГСК-2011, с целью обеспечения решения задач картографирования территории России и государственного кадастра недвижимости в единой государственной системе координат;
• развития технологии определения эфемерид в режиме реального времени и проведение других мероприятий базовой составляющей системы геодезического обеспечения в целях создания благоприятных условий для развития функциональных дополнений ГНСС технологий.
В части совершенствования законодательных и правовых вопросов, то это в первую очередь вопросы повышения ответственности за разрушение геодезических центров и вопросы реституции.
Вопросы сохранности геодезических центров связаны не только с возможными негативными последствиями хозяйственной деятельности, но и причинами природного характера - влияние изменений характера распространения вечной мерзлоты, процессов эрозии, которые в последние годы резко возросли, особенно в северных регионах [1], и других природных явлений.
Для уменьшения влияния причин природного характера, имея в виду в первую очередь сохранность реперов главной высотной основы, следует принимать меры в двух направлениях. Во-первых, следует совершенствовать конструкции нивелирных центров с использованием, где это возможно, буровых технологий и значительно увеличить в процентном отношении число фундаментальных и вековых реперов (последние в обязательном порядке для узловых
пунктов линий нивелирования). Второй путь связан с комплексированием узловых пунктов полигонов нивелирования I, II классов с пунктами ФАГС и ВГС.
Повышение требований к точности определение высот квазигеоида обуславливает необходимость не только повышения детальности и точности гравиметрических данных и данных о рельефе, но и дальнейшее развитие теории определения геопотенциала и ее практическая реализация в современной системе геодезического обеспечения.
На основании вышеизложенного, для определения основных направлений развития системы геодезического обеспечения Российской Федерации наиболее целесообразным представляется постановка НИР «Обоснование и разработка Концепции создания сетевой информационно-технологической инфраструктуры геодезического обеспечения Российской Федерации».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абросимов А.В., Сизов О.С. Геопространственное дистанционное обеспечение предотвращения рисков, связанных с термоэрозией в условиях Крайнего Севера // Геопрофи. — 2013. — № 6. — с. 10-14.
2. Генике А.А., Кислов В.С., Юношев Л.С. Создание полигона для аттестации спутниковых приемо-вычислительных комплексов// Геодезия и картография. - 1994. - № 2. -с. 10-13.
3. Генике А.А., Лобазов В.Я., Ямбаев Х.К. Результаты исследований аппаратуры спутникового позиционирования GPS WILD-SYSTEM 200// Геодезия и картография. - 1993. -№ 1. - с. 8-13.
4. Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Картгеоцентр, 2004. — 355 с.
5. ГОСТ Р 51794-2008 Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразования координат определяемых точек.
6. ГОСТ Р 53864-2010 Глобальная навигационная спутниковая система. Сети геодезические спутниковые. Термины и определения.
7. ГОСТ Р 55024-2012 Сети геодезические. Классификация. Общие технические требования.
8. ГОСТ Р 55535-2013 Глобальная навигационная спутниковая система. Методы и технологии выполнения геодезических работ. Общие технические требования к системам геодезического мониторинга.
9. ГОСТ Р 55536-2013 Глобальная навигационная спутниковая система. Методы и технологии выполнения геодезических работ. Общие требования к фундаментальным геодезическим параметрам.
10. ГОСТ Р Глобальная навигационная спутниковая система. Методы и технологии выполнения геодезических работ. Оценка точности определения местоположения. Основные положения.
11. Жданов Н.Д., Макаренко Н.Л. О концепции перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений // Геодезия и картография. — 1998. — № 3, с. 1-5.
12. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем. ГЛОНАСС и GPS ГКИНП (ОНТА)-02-262-02. / Неверов Л.В., Ашурков М.О., Минченко А.Н. — М.: ЦНИИГАиК, 2002. -124 с. Утверждена приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 18 января 2002 г. № 3-пр.
13. Инструкция по составлению и изданию каталогов геодезических пунктов. ГКИНП (ГНТА)-01-014-02. Утверждена приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 27 февраля 2002 г. № 24-пр.
14. Концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений. М.: Федеральная служба геодезии и картографии России, 1995. — 24 с.
15. Макаренко Н.Л. О переходе на автономные спутниковые методы определения координат. / Геодезия и картография. — 1996. — № 5. — с. 4-7.
16. Методические вопросы построения глобальных и региональных геодезических сетей (начало) // Абдрахманов Р.З., Демьянов Г.В., Кафтан В.И., Побединский Г.Г. // Автоматизированные технологии изысканий и проектирования. — 2013. — № 1(48). — с. 80-85.
17. Методические вопросы построения глобальных и региональных геодезических сетей (окончание) // Абдрахманов Р.З., Демьянов Г. В., Кафтан В. И., Побединский Г. Г. // Автоматизированные технологии изысканий и проектирования. — 2013. — № 2(49). — с. 67-70.
18. Нормы плотности размещения пунктов государственных нивелирных, геодезических и гравиметрических сетей на территории Российской Федерации. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 16 августа 2002 г. № 608.
19. О концепции и программе перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений// Е.А. Жалковский, Г.В. Демьянов, В.И. Зубинский, Н.Л. Макаренко, Г.А. Пьянков. Геодезия и картография. — 1998. — № 5. — с. 1-12.
20. Опыт использования GPS-приемников в работах, выполняемых Верхневолжским АГП / Побединский Г.Г., Еруков С.В., Грибов Ю.Б., Андриянов В.А. / Геодезия и картография. — 1997. — № 8. — с. 6-13.
21. Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации. ГКИНП (ГНТА)-01 -006-03. М.: ЦнИиГАиК, 2004. — 28 с. Утверждены приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 17 июня 2003 г. № 101-пр.
22. Переход топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений. К 20-летию Концепции. / Басманов А. В., Горобец В. П., Забнев В. И., Зубинский В. И., Лазарев С. А., Макаренко Н. Л., Побединский Г. Г., Сермя-гин Р. А., Столяров И. А./ Геодезия и картография. - 2015. - Спецвыпуск. - с. 12-25.
23. Плешаков И.Я., Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В. Состояние и перспективы развития системы геодезического обеспечения страны в условиях перехода на спутниковые методы. Материалы юбилейной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития геодезии, фототопографии, картографии и геоинформационных систем», посвященная 850-летию г. Москвы: (Москва, ЦНИИГАиК, сентябрь 1997 г.). Часть 1. М. — ЦНИИГАиК, 1998. — с. 21-30.
24. Побединский Г.Г., Грибов Ю.Б. Опыт работы ВАГП по созданию городских геодезических сетей и фрагмента спутниковой сети 1 класса с использованием приемников WILD GPS System 200. — Тезисы докладов международной конференции «Сферы применения GPS технологий». Новосибирск, 21-23 ноября 1995 г.». — Новосибирск.: СГГА. - 1995. -с. 42-44.
25. Побединский Г.Г., Еруков С.В. Использование спутниковых приемников GPS WILD-SYSTEM 200 Верхневолжским АГП // Геодезия и картография. — 1994. — № 1. — с. 9-14.
26. Положение о полномочиях федеральных органов исполнительной власти по поддержанию, развитию и использованию глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах обеспечения обороны и безопасности государства, социально-экономического развития Российской Федерации и расширения международного сотрудничества, а также в научных целях. Утверждено постановлением Правительства Российской Федерации от 30 апреля 2008 г. № 323.
27. Постановление Правительства Российской Федерации от 28 декабря 2012 г. № 1463 «О единых государственных системах координат».
28. Правила закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети. — М.: ЦНИИГАиК, 2001. — 52 с. Утверждены приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 7 мая 2001 г. в дополнение к «Правилам закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей».
29. Приказ Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии от 23 марта 2016 г. № П/0134/16 «Об утверждении геометрических и физических числовых геодезических параметров государственной геодезической системы координат 2011 года».
30. Программа перевода геодезического обеспечения России на спутниковые методы и навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. / Демьянов Г.В., Жалковский Е.А., Плешаков И.Я., Бровар Б.В., Зубинский В.И., Остач О.М. «Навигация-97»: Сборник трудов второй Международной конференции «Планирование глобальной радионавигации», Москва, 24-26 июня 1997 г. Т. 2. — М.: Интернавигация. 1997. — 489 с.
31. РТМ 68-14-01 Спутниковая технология геодезических работ. Термины и определения. / Татевян Р. А. — М.: ЦНИИГАиК, 2001. — 28 с. Утвержден приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 24 апреля 2001 г. № 93-пр.
32. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. ГКИНП (ОНТА)-01-271-03 / Андриянов В. А., Бородко А. В., Еруков С. В., Ефимов Г. Н., Копачевский В. С., Лифарь Т. В., Лобазов В. Я., Побединский Г. Г., Шабанов Е. В., Ямбаев Б. Н. М.: ЦНИИГАиК, 2003. — 182 с. Утверждено приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 13 мая 2003 г. № 84-пр.
33. Руководство пользователя по выполнению работ в системе координат 1995 года (СК-95). ГКИНП (ГНТА)-06-278-04 / Бовшин Н.А., Бровар Б.В., Демьянов Г.В., Зубинский В.И., Майоров АН., Майорова Н.В. — М.: ЦНИИГАиК, 2004. — 137 с. Утверждено приказом Федеральной службы геодезии и картографии России от 1 марта 2004 г. № 29-пр.
34. Современное состояние и направления развития геодезического обеспечения РФ. Системы координат (начало) // Горобец В.П., Демьянов Г.В., Майоров А.Н., Побединский Г Г. // Геопрофи. — 2013. — № 6. — с. 4-9.
35. Современное состояние и направления развития геодезического обеспечения РФ. Высотное и гравиметрическое обеспечение (окончание) // Горобец В. П., Демьянов Г. В., Майоров А. Н., Побединский Г. Г. // Геопрофи. — 2014. — № 1. — с. 5-11.
36. Сферы применения GPS-технологий. Новосибирск, 21-23 ноября 1995 г.: тез. докл. Международной конференции. - Новосибирск: СГГА, 1995. - 115 с.
37. Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система». Утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 20 августа 2001 г. № 587.
38. Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы». Утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 3 марта 2012 г. № 189.
39. Федеральная целевая программа «Развитие единой государственной системы регистрации прав и кадастрового учета недвижимости (2014-2019 годы)». Утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 10 октября 2013 г. № 903.
40. Федеральная целевая программа по использованию глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах гражданских потребителей. Утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 15 ноября 1997 г. № 1435.
© А. В. Басманов, В. П. Горобец, В. И. Забнев, В. И. Зубинский, И. А. Ощепков, Г. Г. Побединский, Р. А. Сермягин, И. А. Столяров, 2016
