CC BY
92
УДК 528.23
ПРОВЕРКА ОПУБЛИКОВАННЫХ ЗНАЧЕНИЙ СКОРОСТЕЙ ПУНКТОВ ФАГС В НОВОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ ГСК-2011
Леонид Алексеевич Липатников
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, младший научный сотрудник, тел. (923)227-89-57, e-mail: lipatnikov_l@mail.ru
Представлены результаты предварительного сравнения опубликованных значений скоростей движения пунктов фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС) в системе ГСК-2011 со значениями скоростей в ITRF2008 и WGS84. Показано, что для четырёх из девяти пунктов ФАГС, скорости которых были опубликованы, наблюдаются значительные расхождения. Наибольшее расхождение выявлено для пункта Владивосток (VLDV) - более 5 см/год.
Ключевые слова: ГСК-2011, координатная основа, система координат, движение тектонических плит, глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС).
VALIDATION OF THE PUBLISHED VELOCITIES OF FAGS REFERENCE POINTS IN THE NEW REFERENCE FRAME GSC-2011
Leonid A. Lipatnikov
Siberian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plak-hotnogo St., Ph. D., junior researcher, tel. (923)227-89-57, e-mail: lipatnikov_l@mail.ru
Results of preliminary comparison of published velocity values of fundamental astro-geodetic network in GSC-2011 reference frame relative to velocity values in ITRF2008 and WGS84 are presented. At 4 of 9 investigated reference points significant inconsistencies were detected. The largest velocity deviation was estimated for Vladivostok (VLDV) reference point. It exceeds 5 cm/year.
Key words: GSC-2011, reference frame, reference system, tectonic plate motion, Global Navigation Satellite Systems (GNSS).
К началу 2017 года в России должен быть осуществлён переход к использованию новой координатной основы ГСК-2011, которая должна заменить СК-95 и СК-42 [1]. ГСК-2011 согласована с ITRF 2008 на эпоху 1 января 2011 года на уровне сантиметра, что подтверждено оценками координат пунктов IGS на территории России, которые были опубликованы разработчиками ГСК-2011 -Федеральным центром геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных [2]. К настоящему моменту частично опубликован каталог координат и фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС).
ГСК-2011 физически представлена государственной геодезической сетью (ГГС), включающей более 288 тысяч «пассивных» пунктов. Наивысший уровень в структуре ГГС - ФАГС включает 46 постоянно действующий базовых станций (ПДБС) [3]. Координаты и скорости 9 пунктов опубликованы на сайте ФГБУ "Центр геодезии, картографии и ИПД" [4]. Ни одна из этих станций не относится к геодезической сети Международной ГНСС-службы (МГС) и не
входит в каталог ГГКР2008. Доступ к данным ГНСС-измерений на этих пунктах получить не удалось. Совместимость скоростей геодезических пунктов в ГСК-2011 и международной координатной основе была проверена по доступным данным.
На первом этапе скорости пунктов ФАГС в ГСК-2011 сравнивались со скоростями ближайших пунктов геодезической сети ЮБ на эпоху 1 января 2011 года из каталога ITRF2008. Результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты сравнения скоростей ГСК-2011 и ITRF2008
Регион ГСК-2011 ITRF2008 Расстоя Разность скоростей ГСК-2011 - ITRF2008 Модуль разности
Пункт Пункт Решение № стояние, км AVe, мм/год AVn, мм/год AVu, мм/год скоростей, mm/y
POLV 1 1901 0,7 -1,8 -1,1 2,2
KHAR 1 1777 -0,4 -0,9 -0,3 1,0
RSTZ CRAO 1 2305 -0,9 -1,3 -1,6 2,2
ZECK 1 1972 -2,4 -0,7 -2,4 3,5
MIKL 1 2226 -0,3 -1,7 -1,4 2,2
MDVJ 1 26 -0,4 -0,3 -9,5 9,5
CNG1 MOBN 1 102 -0,8 -0,5 -10,3 10,3
Европа ZWEN 1 51 -0,7 -0,9 -6,7 6,8
KHAR 1 967 1,9 -3,4 3,1 5,0
AST2 ARTU 1 1336 0,4 2,0 1,4 2,5
ZWEN 1 1305 2,4 -4,1 4,4 6,5
ZECK 1 583 -0,1 -3,2 1,1 3,4
KHAR 1 1030 1,8 -3,4 -3,2 5,0
SAMR ARTU ZWEN 1 1 642 914 0,3 2,3 2,0 -4,1 -4,9 -1,9 5,3 5,0
ZECK 1 1226 -0,2 -3,2 -5,2 6,1
NSK1 NVSK 1 25 1,5 1,4 1,2 2,4
ARTU 1 1202 1,3 -4,1 -1,0 4,4
Урал и Сибирь NOYA NVSK NRIL 1 1 1029 896 -0,7 4,3 3,2 4,2 -1,6 -1,7 3,7 6,2
CHI2 IRKT ULAB 1 1 627 656 10,0 7,1 -6,6 -4,8 3,4 2,9 12,4 9,0
EKTR ARTU 1 139 -10,6 -7,8 -40,2 42,3
KHAJ 1 614 47,4 -24,6 9,1 54,2
Дальний Восток VLDV YSSK DAEJ 1 1 920 875 57,3 43,0 -25,6 -25,9 9,2 9,0 63,4 51,0
ULAB 1 2006 41,7 -29,9 9,3 52,2
STK2 2 780 56,3 -23,3 12,8 62,2
Плотность станций IGS на территории России мала, поэтому для сравнения использовались станции, находящиеся от рассматриваемых пунктов ФАГС на расстояниях до 2000 км и более. Кроме того, в отдельных случаях пункты IGS и ФАГС находились на разных тектонических плитах. Таким образом, проведённое сопоставление нельзя признать строгим. Однако на последующих этапах полученные результаты были подтверждены.
На втором этапе скорости из каталога ГСК-2011 сравнивались с результатами моделирования, полученными с помощью калькулятора скоростей тектонических плит UNAVCO [5]. Использовались модели GEODVEL 2010, APKIM2005-DGFI, APKIM2005-IGN, CGPS2004, GSRM v1.2, APKIM2000.0, HS2-NUVEL1A, HS3-NUVEL1A, ITRF2000 (2002), ITRF2000 (2001), MORVEL 2010, NUVEL 1, NUVEL 1A, REVEL 2000.
Для каждого рассмотренного пункта ФАГС разности значения его скорости в ГСК-2011 и скоростей ближайших к нему пунктов IGS в ITRF2008 были усреднены и сопоставлены со средней горизонтальной скоростью, вычисленной по моделям движения литосферных плит. Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Отклонения горизонтальных и вертикальных составляющих скоростей
Пункт Модуль разности векторов скоростей в горизонтальной плоскости, мм/год Средняя разность вертикальных скоростей ГСК-2011 - ITRF2008, мм/год
ГСК-2011 -средний вектор скорости по всем моделям ГСК-2011 -средний вектор скорости по ближайшим пунктам ITRF2008
RSTZ 2,0 1,4 -1,3
CNG1 1,6 0,8 -8,8
AST2 0,8 2,5 2,5
SAMR 1,3 2,4 -3,8
NSK1 3,4 2,0 1,2
NOYA 2,7 2,0 -1,4
CHI2 10,9 10,3 3,1
EKTR 12,3 13,2 -40,2
VLDV 52,4 55,5 9,9
Горизонтальные скорости ^Т2, СШ1, NOYZ, ШК1, RSTZ, SAMR) согласуются с моделями движения тектонических плит примерно на уровне расхождений между значениями скоростей, полученными с помощью различных моделей. Горизонтальные скорости движения пунктов EKTR (Екатеринбург), СН12 (Чита) в ГСК-2011 значительно отличаются от результатов моделирования. Для пункта VLDV (Владивосток) отклонение аномальное. Из табл. 2 также видно, что результаты моделирования подтверждают результаты сравнения скоростей пунктов ФАГС в ГСК-2011 со скоростями ближайших пунктов IGS в ГГКГ2008: совпадение на уровне 1 мм/год (для VLDV - около 3 мм/год). Таким образом, результаты можно считать достаточно надёжными.
На третьем этапе скорости двух пунктов VLDV и EKTR сравнивались со скоростями ближайших к ним пунктов региональных сетей постоянно действующих базовых станций, входящих в сеть SmartNet Russia: VLAD (37 км от пункта VLDV) и EKAT (4 км от пункта EKTR). Координаты пунктов VLAD и EKAT были оценены по данным 29 суточных сеансов ГЛОНАСС/GPS-измерений, выполненных через приблизительно равные промежутки времени в течение полугода (период, в течение которого SmartNet хранит данные) - с августа 2015 по февраль 2016. Оценивание выполнялось с помощью онлайн-службы PPP-CSRS [6], реализующей методику Precise Point Positioning (PPP). Затем скорости и их среднеквадратические погрешности были оценены методом линейной регрессии. Результаты, полученные на всех трёх этапах исследования для пунктов, расположенных вблизи Владивостока и Екатеринбурга, представлены в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Скорости геодезических пунктов, расположенных вблизи Екатеринбурга
Пункт Источник Скорость в горизонтальной системе координат, мм/год
Ve Vn Vu
EKTR ГСК-2011 14 -2 -39
EKAT PPP-решение 18 11 -44
EKTR GEODVEL 2010 25 5 -
ARTU ITRF2008 25 6 1
Среднеквадратические погрешности оценок компонент скорости пункта ЕКАТ в горизонтальной системе координат составили: в направлении на восток (УЕ) 2 мм/год, на север (Ум) 3 мм/год, вверх (Уи) 8 мм/год. На основе результатов в таблице 3 можно предположить, что отклонения скоростей пунктов ЕКТЯ и ЕКАТ вызваны локальными геодинамическими явлениями, влияющими на движение обеих станций и не затрагивающими пункт АЯТИ, находящийся на расстоянии более 130 км от них.
Таблица 4
Скорости геодезических пунктов, расположенных вблизи Владивостока
Пункт Источник Скорость в горизонтальной системе координат, мм/год
Ve Vn Vu
VLDV ГСК-2011 70 -38 10
VLAD PPP-решение 22 -1 -32
VLDV GEODVEL 2010 23 -13 -
Среднее (KHAJ, YSSK, DAEJ, ULAB, STK2) ITRF2008 21 -13 0
Среднеквадратические погрешности оценок компонент скорости пункта ^АО в горизонтальной системе координат составили: в направлении на восток ^е) 3 мм/год, на север 3 мм/год, вверх 6 мм/год. Полученных результатов для пункта VLDV недостаточно, чтобы объяснить отклонение скорости в ГСК-2011 от ГТКГ2008 и моделей движения литосферных плит.
Данная работа была выполнена с целью оценки точности и надёжности поля скоростей точек земной поверхности в ГСК-2011. Было установлено, что для пяти пунктов из девяти скорости в ГСК-2011 могут считаться совместимыми с ГТКГ2008. В частности, в европейской части России, предположительно общедоступные модели движения тектонических плит, такие как GEODVEL 2010 [7], предположительно, могут быть использованы для определения вековых горизонтальных скоростей точек земной поверхности и геодезических пунктов в ГСК-2011 с погрешностями на уровне первых миллиметров в год.
Для четырёх пунктов (CNG1, ЕКТЯ, VLDV, СНГ2) из девяти выявлены значительные расхождения между векторами скоростей векового движения в ГСК-2011 и ITRF2008. Наибольшее расхождение, выявленное для пункта Владивосток (VLDV), превышает 5 см/год.
Если наблюдаемые отклонения значений скоростей в ГСК-2011 вызваны ошибками при уравнивании ГГС, это поставит под вопрос точность определения координат пунктов на опорную эпоху. Кроме того, если учитывать, что начиная с опорной эпохи новой координатной основы до момента её окончательного введения пройдёт шесть лет, погрешности скоростей на уровне 4-5 см/год приведут к тому, что накопленное расхождение координат на текущую эпоху относительно ГТКГ2008 достигнет трёх дециметров. В этом случае модель движения пунктов в ГСК-2011, опирающаяся на скорости ФАГС окажется непригодной для использования, а сама координатная основа будет иметь значительные деформации, будет несовместима с международной координатной основой ГТКГ.
Результаты, полученные в ходе исследования, не позволяют установить причину наблюдаемых расхождений. Однако они достаточны для того, чтобы сделать однозначный вывод о необходимости проверки каталога ГСК-2011 до её окончательного введения. В ходе проверки должны использоваться данные геодезических измерений, выполненных непосредственно на пунктах ГГС.
Представленное исследование финансируется Российским научным фондом (проект 1427-00068), выполнено Сибирским государственным университетом геосистем и технологий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Российская Федерация. Правительство. О единых государственных системах координат [Электронный ресурс]: постановление Правительства РФ от 28 дек. 2012 г № 1463. -Доступ из справ.-правовой системы «Консультант Плюс».
2. Горобец В. П. 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.
3. Горобец, В. П., Ефимов Г. Н., Столяров И. А. Опыт Российской Федерации по установлению государственной системы координат 2011 года // Вестник СГУГиТ. - 2015. -Вып. 2 (30). - С. 24-37.
4. Список координат и скоростей пунктов ФАГС// Управление геодезических исследований [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://geod.ru/data/fags/
5. UNAVCO Plate Motion Calculator [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.unavco.org/software/geodetic-utilities/plate-motion-calculator/plate-motion-calculator.html.
6. Natural Resources Canada. Precise Point Positioning [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://webapp.geod.nrcan.gc.ca/geod/tools-outils/ppp.php.
7. Argus D. F. The angular velocities of the plates and the velocity of Earth's centre from space geodesy / D. F. Argus, R. G. Gordon, M. B. Heflin, C. Ma, R. J. Eanes, P. Willis, W. R. Peltier, S. E. Owen // Geophys. J. Int. - 2010. - Т. 180. - № 3. - С. 913-960.
© Л. А. Липатников, 2016
