Построение базовой линии Китаб Ташкент геодезической сети Узбекистана по результатам GPS-измерений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 528.5 Д.Ш. Фазилова

АИ АН РУз, Ташкент, Узбекистан

Э.Р. Мирмахмудов

НУУ, Ташкент, Узбекистан

ПОСТРОЕНИЕ БАЗОВОЙ ЛИНИИ КИТАБ - ТАШКЕНТ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ УЗБЕКИСТАНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ GPS-ИЗМЕРЕНИЙ

В статье рассматриваются вопросы построения опорного геодинамического базиса спутниковой сети Узбекистана, развития современных пакетов программ обработки высокоточных измерений. Данные международных станций GPS в Китабе и Ташкенте были использованы для обоснования и интерпретации физических причин вековых и периодических изменений координат пунктов, разработки и исследования кинематических моделей, которые описывают изменения координат пунктов земной поверхности.

D.Sh. Fazilova

Astronomical Institute of Uzbek Academy of Sciences 33 Astronomicheskaya, Tashkent, 100052, Uzbekistan

E.R. Mirmakhmudov

National University of Uzbekistan, Vuzgorodok, Tashkent, 100174, Uzbekistan

CONSTRUCTION OF UZBEKISTAN GEODETIC NETWORK BASELINE ON BASE GPS MEASUREMENTS

In the article the questions of construction of baseline of Uzbekistan geodetic network and development of modern packages of software of processing of the high-accuracy measurements are considered. Data of two GPS stations in Uzbekistan (Kitab and Tashkent) are taken into consideration for research of kinematical characteristics of reference points.

Как известно, земная поверхность постоянно подвергается воздействиям разнообразных факторов, которые влекут за собой смещения и деформации земной поверхности, вариации координат находящихся на ней пунктов государственной геодезической сети (ГГС). Существующая государственная геодезическая сеть (плановая основа) и государственная нивелирная сеть (высотная основа) Республики Узбекистан являются фрагментом общей Государственной Геодезической Сети (ГГС) на территории Содружества Независимых Государств (СНГ). Геодезические и геофизические подразделения Узбекистана используют до настоящего времени топографические карты системы СК42, которые обновлялись в 80-е годы. Однако, государственная

геодезическая сеть, если ее систематически не обновлять и не совершенствовать, постепенно стареет, утрачивает часть пунктов, теряет точность в отдельных ее частях, особенно из-за современных движений земной коры. Территория Узбекистана является деформационно-активной как для горизонтальных, так и для вертикальных движений не только с точки зрения тектонической деформации, но и подвержена сильным деформациям из-за атмосферных нагрузок и влажности почвы. Основные формы рельефа территории Узбекистана, как и всей территории Средней Азии, созданы мощными тектоническими движениями, начавшимися в конце палеогена (30-40 млн. лет тому назад). Территория Узбекистана занимает центральную часть Средней Азии и расположена в области перехода от горных сооружений Тянь-Шаня к Туранской платформе. Эта переходная область характеризуется неоднородными проявлениями сейсмичности, обусловленной сложным геодинамическим взаимодействием нескольких крупных литосферных плит -Европейской, Азиатской, Иранской, Индийской и Китайской. Недавние исследования динамики земной коры в Тянь-Шане с помощью GPS-измерений, выполненные немецкими и американскими учеными совместно с российскими, узбекскими, казахскими и киргизскими коллегами подтвердили картину горизонтальных перемещений земной поверхности (включая и вращения геоблоков). Результаты GPS-измерений подтвердили, что на территории Узбекистана движения земной коры достигают 2-3 см/год и связаны, в том числе, и с землетрясениями [1]. Поэтому, спустя почти 65 лет с момента окончания измерительной работы (в конце 1946 г.) до текущего момента пункты ГГС Узбекистана могли сместиться от 1 до 2 м. Государственная геодезическая сеть предназначена для решения задач, имеющих практическое, научное и оборонное значение. Поэтому, топографическая основа карт не удовлетворяет современным требованиям геодинамики.

Для выявления этого смещения необходимо решать определенные задачи, включающие в себя создание каталогов координат, опорных геодинамических пунктов. Благодаря своей высокой точности при определении координат, всепогодному свойству, оперативности при планировании, и выполнении, и возможности реализации геодезических работ на большом расстоянии, спутниковые методы играют крайне важную роль в геодинамике, в исследованиях деформаций и современных движений земной коры. Геодезическое использование GPS, DORIS и радиоинтерферометров с большой базой позволяет по-новому решить задачи установления исходных геодезических дат Республики Узбекистана, геодезического обоснования картографирования отдельных участков территории Узбекистан, установление геодезических связей между различными референц-системами координат, изучение движения микроплит и другие задачи, связанные с народным хозяйством. Такие понятия как «общий земной эллипсоид», «общая земная система координат», «эллипсоид Узбекистана» и «инерциальная система координат» прочно заняли место в повседневной практике геодезических служб Узбекистана. К системе координат предъявляются следующие требования:

1. Стабильность системы во времени и возможность установления ее связи с инерциальной системой на любую эпоху с помощью простых операторов.

2. Возможность упрощений в представлении геогравитационного потенциала.

В связи с этим наиболее перспективными задачами топографогеодезических подразделений Республики Узбекистан в области геодинамики и сейсмологии является построение геодинамической сети на базе GPS, DORIS, ГЛОНАСС-технологий, создание службы фундаментального координатновременного обеспечения и развитие современных пакетов программ обработки высокоточных измерений. Государственный комитет Республики Узбекистан по земельным ресурсам, геодезии, картографии и государственному кадастру совместно с исследовательскими институтами Республики в настоящее время реализует проект построения Государственной спутниковой геодезической сети. Она формируется по принципу перехода от общего к частному. В ходе совершенствования национальной сети предусмотрено создание: системы референцных пунктов(РГП), спутниковой сети 0-го класса (СГС-0), спутниковой сети 1-го класса (СГС-1) [2]. В связи с этим разработка и исследование метода по выявлению и учету влияния геодинамических факторов с целью повышения точности и стабильности геодезической координатной основы Узбекистана представляет собой весьма важную и актуальную задачу. Поставленная цель может быть достигнута за счет решения следующих основных задач: выявление векового тренда и скрытых периодичностей в амплитудно-временных рядах станций сети IGS, обоснование и интерпретация физических причин вековых и периодических изменений координат пунктов, разработка и исследование кинематических моделей, которые описывают изменения координат пунктов земной поверхности, формулировка предложения по повышению точности геодезической координатной основы Узбекистана. В связи с этим разработка и исследование метода по выявлению и учету влияния геодинамических факторов с целью повышения точности и стабильности геодезической координатной основы Узбекистана представляет собой весьма важную и актуальную задачу. Однако в настоящее время на территории Узбекистана нет реальных данных, необходимых для решения поставленной задачи. Поэтому, в ходе ее решения предлагается использовать реальные топоцентрические координаты станций Международной службы GPS для геодинамики (IGS) в Китабе и Ташкенте. Высокие точность и частота обновления координат IGS-станций позволяют обнаружить и выявлять во временных рядах, образуемых этими значениями координат, закономерности изменений координат, которые вызваны внешними факторами (движение литосферных плит, сезонные и приливные факторы). На сегодняшний день эти станции являются единственными опорными точками в данном регионе и служат как опорные не только для глобальной спутниковой сети, но и для многих региональных проектов. Станции Китаб и Ташкент включены как опорные точки также и в спутниковую сеть Узбекистана и являются пока

единственными оперативными непрерывно работающими станциями в данном регионе на сегодняшний день. В настоящее время Ташкентская и Китабская обсерватории представляют собой уникальные, с точки зрения координатно -временного обеспечения и прикладных проблем геодинамики, полигоны республиканского значения.

С 1920 года и по настоящее время исходными пунктами Китабской и Ташкентской обсерватории являются:

Ф = 39° 087 01.07/, Х= 68° 197 42.1 " (Китаб)

Ф = 41° 10/05.5//, X = 68° 19 ;42.1 " (Ташкент) на эллипсоиде Красовского.

Последующие определения координат на территории обсерваторий выполнены с GPS-приемниками. Первые предварительные значения геоцентрических координат GPS-пунктов были получены 1996г. сотрудниками GFZ (Германия) с целью сравнения координат пункта различными методами. Во время этих измерений, помимо основной задачи, с помощью GPS аппаратуры произведена дифференциальная привязка к центру лазерной локации. Наличие общих точек позволяет вычислить элементы связи обеих локальных систем и приводить результаты наблюдений любого инструмента обсерватории как к одному, так и к другому полюсу, а также вычислить геоцентрические координаты наблюдательных пунктов. Результатом вышеописанных GPS -наблюдений на сегодняшний день являются средние значения геоцентрических координат Китаба и Ташкента. Их абсолютная погрешность, по имеющимся наблюдательным данным (в рамках кратковременных кампаний), не превышает 5см. Интересно сопоставить геодезические координаты марки GPS, полученные традиционными в системе координат 1942 года:

Ф=39°07'59", ^=4h27m31s.8, Н=657м

и современными методами в системе координат ITRF-93 (эллипсоид WGS-

84):

В=39°08'05", L=66°53/07s.6, Н=622м

Из реперов и марок, имевшихся на территории Ташкентской обсерватории, сохранились стенной репер башни Нормального астрографа и часть рабочих точек топографических столбов, выполняющие роль калибровки личных разностей, а также репер вблизи Зенит-телескопа Бамберга в Китабе.

Для решения задач анализа временных рядов (отделение сигнала от шума, анализ детерминированной составляющей, фильтрация ряда) в настоящее время существует большое число методов, такие как регрессионный анализ, методы сезонной декомпозиции, анализ Фурье, различные методы сглаживания. К их общим недостаткам можно отнести необходимость задания явной параметрической модели тренда и требование стационарности остатка. В данной работе для анализа кинематических характеристик проведена фильтрация спутниковых (GPS, DORIS) данных пунктов Китабской станции за период 1994-2000 гг. с помощью метода анализа временных рядов «Гусеница», разработанного в России [3]. Сравнение полученных результатов для различных техник приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сезонные характеристики спутниковых станций GPS и DORIS в

Китабе

GPS DORIS

Период, месяцев Амплитуда, мм Период, месяцев Амплитуда, мм

B 11.5 6 14 9

L 5.8 4 1.5 9.2

H 3.6 4 13.44 10

Нами сделан предварительный вывод, что данные DORIS станции хорошо согласуются с классическими результатами, полученными по данным международной службы широты в Китабе ранее и позволяют с большей точностью решать задачу исследования собственного движения станции и определения короткопериодических вариаций гравитационного потенциала Земли на более коротких интервалах времени.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Abdrakhmatov K.Ye, Aldazhanov S.A., Hamburger M.W., Herring T.A., Kalabaev K.B., Makarov V.I., Molnar P., Panasyuk S.V., Prilepin M.T., Reilinger R.E., Sadybakasov I.S., Souter B.J., Trapeznikov Yu.A., Tsurkov V.Ye., Zubovich A.V Relatively construction of the Tien Shan inferred from GPS measurements of present day crustal deformation rates. Nature, Vol 384, December, 1996.450-457.

2. Белевич, С.В. Бекбаев, Г.К. Совершенствование национальной геодезической сети Республики Узбекистан с использованием приборов спутникового позиционирования [Текст] / С. Белевич // Земельные ресурсы Казахстана.-2006.-№37-С.11-12.

3. Данилов Д.Л., Жиглявский А.А. Главные компоненты временных рядов:метод «Гусеница» [Текст]/Д. Л. Данилов// Сб.СПбГУ, 1997 , 308 с.

© Д.Ш. Фазилова, Э.Р. Мирмахмудов, 2011