МИНИСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ
Белгородский государственный технологический университет
им. В. Г. Шухова
Архитектурный институт
Кафедра «Городской кадастр и инженерные изыскания»
Курсовая работа
по дисциплине «Автоматизация геодезических работ»
на тему:
«Методы разработки новых систем координат для геодезических работ»
Разработал студент группы К-191
Малюк Дмитрий Борисович
Руководитель:
Лозовой Николай Михайлович
Белгород
2021 г.
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение………………………………………………………………………...3
1. Системы координат, применяемые в геодезии……………………………..4
2. Система координат Гаусса – Крюгера………………………………………6
3. Современное состояние государственной системы
геодезического обеспечения РФ и основные направления её развития……..8
3.1. Государственная геодезическая система координат 2011 года……..10
3.2. Главная высотная основа Российской Федерации……………………15
3.3. Государственная гравиметрическая основа…………………………..17
3.4. Обеспечение потребителей информацией, необходимой для
точного определения места положения объектов в режиме
реального времени………………………………………………………....18
4. Государственная система координат ГСК-2011 и региональные
системы координат Гаусса - Крюгера (достоинства и недостатки)………..21
Заключение……………………………………………………………………..25
Библиографический список…………………………………………………...26
ВВЕДЕНИЕ
В России в настоящее время выполняется внедрение государственной системы координат 2011 г. Успешная ее реализация должна быть соответственно обеспечена математическими, методологическими исследованиями и технологическими схемами. Очень актуальны вопросы создания местных систем координат. Их создание востребовано как в отдельных странах, так и в регионах территориально больших стран, как, например, Российская Федерация. Также существуют повышенные требования к минимальности искажений при создании картографических материалов о местности, где выполняется проектирование, изыскание, строительство и эксплуатация, и о самом объекте строительства. Дополнительно возникают особенности крупномасштабного картографирования в горной местности. Это должны быть конформные проекции, оптимально подходящие для решения инженерно-геодезических задач для конкретной территории.
Целью данной курсовой работы является анализ методов разработки новых систем координат для геодезических работ, а также преобразований координат и их приращений из одной системы в другую.
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
изучить системы координат, применяемые в геодезии;
рассмотреть современное состояние государственной системы геодезического обеспечения и основные направления её развития;
рассмотреть целесообразность введения системы координат ГСК-2011;
изучить достоинства и недостатки системы координат ГСК-2011 и региональной системы координат Гаусса – Крюгер.
1. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ГЕОДЕЗИИ
Положение точек на физической поверхности Земли определяется системой координат. Координаты - это угловые и линейные величины, определяющие положение точек на поверхности Земли или в пространстве. В геодезии применяются различные системы. Рассмотрим некоторые из них.
Геодезические координаты - это геодезическая широта (В), геодезическая долгота (L) и геодезическая высота (Н).
Координатными плоскостями, относительно которых определяют положение точек, являются плоскость экватора земного эллипсоида и плоскость начального меридиана. Плоскость экватора проходит через центр эллипсоида перпендикулярно к его оси вращения. Плоскость, проходящая через отвесную линию и параллельно оси вращения Земли, называется плоскостью геодезического меридиана. Меридианом называют линию на поверхности Земли, проходящую через оба полюса, все точки которой имеют одинаковую долготу. Они образуются пересечением плоскостей меридианов с земной поверхностью. Плоскость начального меридиана проходит через начальный (Гринвичский) меридиан, параллельно малой оси земного эллипсоида.
Геодезической широтой называют угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора. Широты, отсчитываемые от экватора к северу, называются северными и имеют знак плюс; широты, отсчитываемые от экватора к югу - южными, со знаком минус. По величине они могут быть от 0є до 90є.
Геодезическая долгота - это двугранный угол между плоскостями геодезического меридиана данной точки М и начального геодезического меридиана. Долготы отсчитывают от начального меридиана в направлении с запада на восток от 0є до 360є или в обе стороны от 0є до 180є с указанием соответственно слова «восточная» или «западная».
Геодезической высотой точки М, расположенной на физической поверхности Земли, называется расстояние по нормали от этой точки до ее проекции
на поверхности земного эллипсоида.
Геодезические координаты позволяют обрабатывать результаты геодезических измерений в единой для всей поверхности Земли системе координат.
Астрономические координаты состоят также из трех величин, называемых астрономической широтой (ц), астрономической долготой (л) и ортометрической высотой (Hg).
Астрономическая широта - угол, образованный отвесной линией в данной точке и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения Земли. Она определяется из астрономических наблюдений и может быть равна от 0є до 90є. Для точек северного полушария широты называются северными, или положительными и для южного - южными, или отрицательными.
Астрономическая долгота - двугранный угол между плоскостями астрономического меридиана данной точки и начального астрономического меридиана. За начальный здесь также принят Гринвичский меридиан, от которого счет долгот ведется как и в геодезических координатах.
Ортометрическая высота - высота точки над поверхностью геоида. Она может быть вычислена только при знании строения земной коры.
Географические координаты (рис.1) - обобщенное понятие об астрономических и геодезических координатах, когда уклонения отвесных линий не учитывают. Такие координаты применяются при составлении географических карт, а также и в инженерно-геодезических работах.
Система прямоугольных пространственных координат характерна тем, что ее начало расположено в центре земного эллипсоида, а оси Х и У - в плоскости экватора, при этом Х - в плоскости начального меридиана, а У перпендикулярна к ней. Ось Z проходит вдоль полярной оси. Применяется эта система для определения мест положения объектов специального назначения (космических аппаратов, ракет и др.), в инженерной геодезии эти координаты распространения не получили.
Местная система прямоугольных координат (рис.2) - состоит из двух взаимно перпендикулярных прямых - оси абсцисс Х и оси ординат У, которые делят плоскость на четверти. Применяется в инженерной геодезии при съемке небольших участков поверхности Земли. Уровненная поверхность принимается здесь за горизонтальную плоскость, перпендикулярную к отвесной линии, проходящей через начало координат. Направление оси абсцисс обычно принимают на север, а в строительстве чаще - по направлению главных осей строящегося предприятия. Направлениям осей приписывают знаки «плюс» или «минус».
Система полярных координат применяют при определении планового положения точек на небольших участках в процессе съемки местности и при геодезических разбивочных работах.
За начало координат - полюс принимают точку «О» местности, за начальную координатную линию - полярную ось, произвольно расположенную на местности. Полярными координатами точки «М» поверхности будут полярный угол, отсчитываемый по часовой стрелке от полярной оси и полярное расстояние (радиус-вектор), которое измеряется от точки «О» до точки «М».
2. СИСТЕМА КООРДИНАТ ГАУССА-КРЮГЕРА
Геодезические координаты могут быть распространены на всю поверхность эллипсоида. В этом их большое достоинство. Однако их применение в массовых геодезических работах затруднительно, поскольку оно связано со Широкое распространение и международное признание получила проекция, разработанная Гауссом в 1825-1830гг., после вывода в 1912г. Крюгером рабочих формул, удобных для вычислений. В нашей стране эта система - плоских прямоугольных координат - введена в 1928г. Сущность ее состоит в том, что земной эллипсоид разбивают меридианами на сферические двуугольники - зоны. Затем каждую зону проектируют на внутреннюю боковую поверхность цилиндра, развернув который, получают проекцию поверхности Земли. Но поскольку поверхность эллипсоида имеет двоякую кривизну, то при изображении ее на плоскости неизбежны искажения. Существует несколько способов проектирования поверхности: при помощи равноугольных, равновеликих, произвольных и других проекций. Наиболее удобными оказались равноугольные проекции, в которых сохраняется равенство углов, а также форма и подобие изображаемых фигур, но искажаются длины линий.
Равенство углов приводит к тому, что при проектировании на плоскость малых участков поверхностей искажения длин линий в каждой точке одинаковы по всем направлениям, масштаб изображения постоянен для всей площади, а само изображение - подобно исходному.
Земной эллипсоид, в системе плоских прямоугольных координат Гаусса, разделяется на координатные зоны меридианами с постоянной разностью долгот. Средний меридиан зоны называется осевым, а крайние меридианы - граничными. Осевой меридиан изображается прямой линией без искажения и принимается за ось абсцисс (Х), а за ось ординат (У) - экватор. Началом координат считается точка пересечения осевого меридиана с экватором. Каждая зона имеет свою систему координат и положение любой точки в ней определяется расстояниями от экватора и от осевого меридиана (рис. 3).
Рис 3. Система координат Гаусса - Крюгера.
Искажения длин линий в зоне увеличиваются по мере удаления от осевого меридиана и определяется по формуле? S/S=Y2/2R2, где? S = d - S; d, S - соответственно длина линии на плоскости и на сфере; ?S- редукция (поправка) расстояния; Y - расстояние от осевого меридиана зоны.
В нашей стране ширина зоны принята 6є и 3є. При составлении карт в масштабах 1:10000 и мельче применяют шестиградусные зоны, а 1:5000 и крупнее - трехградусные. За крайний меридиан первой зоны принимается гринвичский и счет зон ведется на восток. Зоны нумеруются арабскими цифрами.
Поскольку территория России расположена к северу от экватора, то абсциссы точек местности для нашей страны величины всегда положительные. Чтобы избежать отрицательных значений ординат, начало координат принимают равным +500км. Такие ординаты называют преобразованными. Впереди ординаты указывают номер зоны. Так например, если в 12 зоне точка А расположена к западу от осевого меридиана на расстоянии 57235м, а точка В - на 57235м восточнее, то преобразованные ординаты этих точек будут соответственно равны YA= 500000-57235 = 442 765м, YB = 500000 + 57235 =557235 м. Учитывая, что точки расположены в 12 зоне, то ординаты записываются в виде YА = 12442 765 и YB = 12557 235. Абсциссы точек положительны, поэтому они остаются без изменений.
Относительная величина редукции расстояния на границе 6є зоны у экватора составляет 1:800, в средних широтах 1:1600 и около полюсов - 1:6000.
3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ
СИСТЕМЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РФ И
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЕЁ РАЗВИТИЯ
В соответствии с «Концепцией развития отрасли геодезии и картографии до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.12.2010 №2378-р, под системой геодезического обеспечения Российской Федерации понимается генеральная совокупность параметров фигуры Земли и внешнего гравитационного поля Земли, реализуемых на территории Российской Федерации через государственную координатную основу и структуру государственных сетей.
Геодезическое обеспечение Российской Федерации состоит из:
единой государственной системы геодезического обеспечения, включающей в себя:
государственные координатную, высотную и гравиметрическую основы;
систему обеспечения потребителей информацией, необходимой для точного определения места положения объектов в реальном режиме времени;
систему определения параметров фигуры Земли и внешнего гравитационного поля;
систему мониторинга деформаций земной поверхности;
систему геодезического обеспечения картографирования Антарктиды;
геодезического обеспечения ведомственного, регионального и муниципального значения, в том числе и геодезического обеспечения кадастровых работ;
геодезического обеспечения специального назначения, к которому относятся геодезические сети сгущения, создаваемые для решения задач инженерно-геодезических изысканий, развития городской инженерной и архитектурной инфраструктуры, для обеспечения наблюдений за смещениями зданий и сооружений, съемки подземных коммуникаций, геодезических работ при строительстве и эксплуатации промышленных объектов (рис. 4).
Рис.4 Структура геодезического обеспечения Российской Федерации
3.1. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
КООРДИНАТ 2011 ГОДА
Постановлением Правительства Российской Федерации от 24 ноября 2016 г. №1240 «Об установлении государственных систем координат, государственной системы высот и государственной гравиметрической системы» для использования при осуществлении геодезических и картографических работ установлена в качестве государственной геодезическая системы координат 2011 года.
Целесообразность введения системы координат ГСК-2011, которая является геоцентрической, состояла в повышении эффективности использования спутниковых технологий координатных определений, что в свою очередь должно повысить точность и оперативность решения задач геодезического обеспечения, отвечающего современным требованиям экономики, науки и обороны страны. Кроме того, введение системы координат ГСК-2011 повысит эффективность использования системы ГЛОНАСС и осуществления мониторинга деформаций земной поверхности, что чрезвычайно важно при решении как народнохозяйственных, так и целого ряда научных задач.
Построение системы координат ГСК-2011 осуществлялось в рамках выполнения мероприятий Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» в период 2002-2011 годы.
Надо сказать, что большинство высокоразвитых стран, имеющих значительные территории, принимая активное участие в международных проектах и программах по созданию единой общеземной геоцентрической системы координат, создают свои национальные (государственные) геоцентрические системы координат, оптимальным образом ориентированные на сохранение и развитие геодезического и картографического потенциала, уже созданного к этому времени (рис. 5).
Рис.5. Национальные системы координат стран, имеющих большие территории
Государственная геодезическая система координат Российской Федерации ГСК-2011 представляет собой геоцентрическую систему координат, отсчитываемых от центра, осей и поверхности общего земного эллипсоида. 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) и Международной ассоциации геодезии (International Association of Geodesy - IAG).
Основные параметры системы координат ГСК-2011, ее физические и геометрические характеристики определены постановлением Правительства Российской Федерации от 24 ноября 2016 г. №1240 и приказом Росреестра от 23.03.2016 №П/0134 «Об утверждении геометрических и физических числовых геодезических параметров государственной геодезической системы координат 2011 года».
Значение размеров большой полуоси отсчетного эллипсоида ГСК-2011 принято равным 6 378 136,5 метров, что соответствует принятым к настоящему времени размерам большой полуоси общего земного эллипсоида.
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 EIGEN5C и EGM2008 (рис. 6).
Рис.6 Расхождения модельных высот квазигеоида для территории Российской Федерации
Основу системы координат ГСК-2011 составляют государственные спутниковые геодезические сети, использованные при выводе параметров этой системы:
сеть пунктов постоянных наблюдений ГНСС – фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) (64 пункта) (рис. 4);
сеть пунктов периодически повторяемых наблюдений ГНСС – высокоточная геодезическая сеть пунктов (ВГС) (343 пункта);
спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1) (4574 пункта).
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.
Система координат ГСК-2011 практически на порядок точнее по сравнению с СК-95 и на два порядка по сравнению с СК-42.
Дальнейшее повышение точности государственной системы координат, также как и системы высот и гравиметрических измерений, связано с необходимостью учета и прогнозирования геодинамических процессов. На современном уровне развития средств и методов геодезических измерений недостаточный учет геодинамических процессов может привести к значительным искажениям при выполнении геодезических работ в составе кадастровой деятельности, проектно-изыскательских и строительных работах, особенно на высокоскоростных магистралях и иных сооружениях большой протяженности.
Вышедшая в январе 2016 г. новая версия реализации Международной земной системы координат ITRS предназначена именно для учета геодинамических явлений, включая пост сейсмические деформации. Введение новой версии Международной земной системы координат ITRF2014 связано с тем, что в результате геодинамических явлений, таких как тектонические движения плит, землетрясения, влияние эффектов, генерируемых в атмосфере, циркуляция вод океана и влияние гидрологии суши, происходят современные движения земной поверхности. Горизонтальные скорости движения пунктов по данным сайта ITRF2014 показаны на рисунке 7. 
Рис.7. Горизонтальные скорости движения пунктов по данным сайта ITRF2014
Развитие сети постоянно действующих пунктов ФАГС в перспективе 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 500-800 км. Эти требования к размещению новых пунктов ФАГС, во-первых, обеспечат дифференцированный 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). В-третьих, они 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.
3.2. ГЛАВНАЯ ВЫСОТНАЯ ОСНОВА РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
На всей территории России вычисление высот производится в системе нормальных высот, где за начало отсчета принят средний уровень Балтийского моря.
Единую систему нормальных высот на всю территорию страны распространяет Главная высотная основа Российской Федерации. Главную высотную основу РФ составляют 169 замкнутых полигонов линий нивелирования I класса с протяженностью линий 148 тыс. км и 860 полигонов линий нивелирования II класса с протяженностью линий 173 тыс. км. (рис. 8). Средний периметр полигона I класса для территории России составляет 1640 км, полигоны II класса имеет периметры от 400 до 1000 км.
На сегодняшний день государственная нивелирная сеть I класса состоит из 97 547 нивелирных пунктов, государственная нивелирная сеть II класса – из 124 931 пункта.
Рис. 8. Государственная нивелирная сеть I и II классов
В настоящее время Росреестром в рамках работ по оптимизации и модернизации государственной нивелирной сети завершаются работы по замыканию 25 приграничных полигонов I класса и подготовки исходных данных для переуравнивания Главной высотной основы Российской Федерации и установления системы нормальных высот на новых принципах, которые были изложены в диссертационной работе выдающегося ученого-геодезиста России, профессора Г.В. Демьянова, а именно:
система отсчета высот определяется поверхностью общего земного эллипсоида и потенциалом на поверхности этого эллипсоида, принимаемым за нормальный;
система отсчета высот должна основываться на единой системе фундаментальных геодезических параметров Земли, которые приняты при установлении системы координат и системы измерений силы тяжести;
систему координат и систему высот должна определять одна и та же совокупность геодезических пунктов;
для надежного определения поправки за переход от региональной системы высот к общеземной должна использоваться достаточно густая сеть опорных пунктов, равномерно распределенная на территории, реализующей данную региональную систему высот.
Частично эти принципы уже апробированы при создании общеевропейской нивелирной сети (UELN), которой занимается с 80-х годов прошлого века Федеральное агентство по геодезии и картографии Германии в рамках реализации решений Европейской подкомиссии Международной ассоциации геодезии. Вначале в проекте участвовало 20 стран, позднее присоединились еще пять. На рисунке 9 приведены поправки в национальные нивелирные системы за переход к одной из практических реализаций этой системы, а именно EVRF2007.
Рис.9. Поправки в национальные системы высот при переходе к EVRF2007
Кроме того, в рамках Международной ассоциации геодезии создана рабочая группа по разработке стратегии реализации международной общеземной системы высот.
Следует также сказать и о том, что на состоявшейся 18-19 октября 2016 года в г. Кишиневе (Республика Молдова) XXXVIII сессии Межгосударственного совета по геодезии, картографии, кадастру и дистанционному зондированию Земли государств – участников Содружества Независимых Государств (СНГ) принято решение о создании Рабочей группы по системам координат и высот государств-участников СНГ, основными задачами которой являются:
обеспечение эффективного взаимодействия и координации деятельности специалистов государств-участников СНГ в области геодезии;
оказание помощи в развитии и поддержании национальных геодезических инфраструктур как необходимого условия создания единых геодезической системы координат и системы высот государств-участников СНГ;
внедрение практики открытого обмена геодезическими данными и информацией о геодезических стандартах и методах в целях создания, совершенствования и использования единых геодезической системы координат и системы высот государств-участников СНГ;
содействие разработке информационно-просветительских программ, нацеленных на повышение осведомленности широкой общественности о единых геодезической системе координат и системе высот государств-участников СНГ.
3.3. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГРАВИМЕТРИЧЕСКАЯ ОСНОВА
Гравиметрическую основу территории страны реализует высокоточная государственная гравиметрическая сеть, которая представляет собой совокупность закрепленных на местности и гравиметрически связанных между собой пунктов, на которых выполняются относительные или абсолютные измерения ускорения силы тяжести и осуществляется определение высот и координат этих пунктов.
В настоящее время государственная гравиметрическая сеть состоит из 71 пункта государственной фундаментальной гравиметрической сети, 54 из которых совмещены с пунктами ФАГС, и 690 основных пунктов государственной гравиметрической сети 1-го класса.
Дальнейшее развитие государственной фундаментальной гравиметрической сети с точки зрения экономии финансовых и материальных затрат планируется вести по пути совмещения ее пунктов с новыми пунктами ФАГС. Развитие же государственной гравиметрической сети 1-го класса не целесообразно в силу того, что она создавалась с помощью маятниковых относительных определений ускорения силы тяжести, которые в настоящее время повсеместно заменяются абсолютными высокоточными измерениями.
3.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИЕЙ,
НЕОБХОДИМОЙ ДЛЯ ТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА
ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
В целях обеспечения потребности в геодезической информации, необходимой для определения места положения объекта в реальном режиме времени, к настоящему времени создан и функционирует Центр точных эфемерид Росреестра, одной из основных задач которого является вычисление точных орбитальных параметров спутников ГЛОНАСС на основе результатов наблюдений на пунктах ФАГС, а также доведение результатов вычислений до потребителей в режиме реального времени посредством интернет-сайта центра (рис. 8). Также для решения этой же задачи на территории Российской Федерации создана и эксплуатируется сеть спутниковых дифференциальных геодезических станций, предназначенных для обеспечения потребителей информацией о местоположении объектов в режиме реального времени.
В настоящий момент на территории Российской Федерации эксплуатируются порядка 1500 спутниковых дифференциальных геодезических станций (далее – СДГС), принадлежащих как субъектам Российской Федерации, так и различным ведомственным и коммерческим организациям, что составляет всего лишь 12% от количества СДГС по требуемым нормам плотности.
На создание еще 12 500 станций потребуется 20 млрд руб. и еще 810 млн руб. ежегодно на их обслуживание.
В связи с этим, развитие сети спутниковых дифференциальных геодезических станций за счет бюджетных средств не целесообразно. Скорее всего, более приемлем комбинированный вариант создания интегрированной сети координатно-геодезического обеспечения деятельности кадастровых инженеров и внедрения сервисов предоставления дифференциальной информации на базе этой сети за счет объединения дифференциальных станций и сетей, созданных и создаваемых за счет средств федерального, региональных и местных бюджетов.
Для этого необходимо выполнение следующих основных мероприятий:
разработка и принятие нормативно-правовых и нормативно-технических документов, определяющих как порядок создания и использования СДГС и дифференциальных сетей, созданных за счет федерального, региональных и местных бюджетов, так и технические требования к ним;
создание Центра мониторинга спутниковых дифференциальных геодезических станций (возможно на базе ФГБУ «Центр геодезии картографии и ИПД»), в состав задач которого будут входить не только функции регистрации станций и сетей дифференциальной коррекции и выдачи лицензий на право предоставления потребителям дифференциальной информации, но и функции периодического контроля правильности определения координат станций в системе координат ГСК-2011;
разработка документов, регламентирующих порядок эксплуатации Центра мониторинга СДГС;
создание Интернет-сервиса на сайте Росреестра с опубликованием основных сведений о станциях и сетях дифференциальной коррекции;
создание единого реестра СДГС;
создание системы контроля качества измерительных данных и сервисов, предоставляемых СДГС.
В настоящее время в части, касающейся нормативной базы, определяющей порядок создания и использования СДГС и дифференциальных сетей и технические требования к ним, уже выполнены следующие мероприятия:
- принят и вступил в действие Федеральный закон от 22.12.2015 №431-ФЗ «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (статья 9);
- подготовлен проект приказа Минэкономразвития России «Об установлении Порядка предоставления физическим и юридическим лицам информации, полученной с использованием сетей дифференциальных геодезических станций, созданных за счет средств федерального бюджета и бюджетов субъектов Российской Федерации»;
- подготовлен проект приказа Минэкономразвития России «Об установлении требований к программным и техническим средствам, используемым при создании сетей дифференциальных геодезических станций»;
- подготовлен проект приказа Минэкономразвития России «Об установлении требований к содержанию технического проекта геодезической сети специального назначения».
А пока в связи с отсутствием единого государственного реестра СДГС и нормативной правовой базы, требующей их обязательной регистрации, создаются различного рода некоммерческие партнерства.
Так, в августе 2014 г. было создано Некоммерческое партнерство «Операторов сетей высокоточного спутникового позиционирования» (НП «ОСВСП»). Его миссией является формирование и развитие российского рынка высокоточного спутникового позиционирования путем объединения и стимулирования российских компаний к созданию сервисов услуг и аппаратно-программных средств, удовлетворяющих требованиям потребителя, а также формирования основы для повышения их конкурентоспособности и обеспечения импортозамещения в сфере высокоточной спутниковой навигации.
Идея создания некоммерческого партнерства родилась в результате анализа эффективности использования сетей референцных станций и возникшей необходимости оптимизации процесса формирования зон покрытия высокоточными сервисами.
НП «ОСВСП» ведет разработку сервисов, предназначенных для широкого круга пользователей, и обеспечивает:
техническую поддержку функционирования интеграционной вычислительной платформы;
ведение базы данных СДГС;
техническую поддержку функционирования биллинговой системы расчетов;
технологию обмена данными между поставщиками и потребителями информации от СДГС;
функционирование электронной площадки для публикации информации о СДГС национальной сети высокоточного спутникового позиционирования и взаимодействия членов НП «ОСВСП» по заключению сделок между поставщиками и потребителями корректирующей информации.
В соответствии с Федеральным законом от 05.05.2014 № 99-ФЗ Некоммерческое партнерство «Операторов сетей высокоточного спутникового позиционирования» было преобразовано в Союз «Операторов сетей высокоточного спутникового позиционирования».
4. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ ГСК-2011 И
РЕГИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ГАУССА – КРЮГЕР
(достоинства и недостатки)
Согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 24 ноября 2016 г. №1240 с 1 января 2021 года на территории страны должна быть введена новая государственная геоцентрическая система координат ГСК-2011. Координаты Гаусса – Крюгера всех точек на территории России будут меняться по сравнению с координатами в старых государственных системах СК-42 или СК-95 на значительные величины. По исследованиям эти изменения могут колебаться в интервале от 47 до 143 метров по оси абсцисс и от -134 до 128 метров по оси ординат. К сожалению, в названном постановлении и последующих документах Правительства ничего не говориться о судьбе региональных систем координат Гаусса – Крюгера (СКР). В геодезической практике СКР принято называть местными системами координат с указанием номера региона. На мой взгляд, возможны три пути развития ситуации.
Первый путь заключается в получении новых региональных координат Гаусса – Крюгера. При этом возможны, два случая (Рис.10).
Рис.10.Технологии ввода региональных систем координат
В первом случае пространственные прямоугольные координаты новых точек в системе ГСК-2011 могут быть получены ГНСС-способами. Переход от них к региональным координатам Гаусса – Крюгера будет включать два этапа: вычисление пространственных геодезических координат (этап 1), а затем региональных плоских прямоугольных координат Гаусса – Крюгера (этап 3).
На этих этапах и в дальнейшем должны использоваться формулы высшей геодезии. Второй случай будет возникать при использовании пунктов государственных сетей в качестве исходных. Здесь также надо будет выполнить два перехода: сначала по плоским прямоугольным координатам в ГСК-2011, взятым из каталогов, получить геодезические широты и долготы (этап 2), а затем выполнить преобразование 3 и получить региональные координаты.
В обоих случаях на третьем этапе необходимо использовать утвержденные в регионе три параметра (ключа) перехода от государственных к региональным координатам. Напомним, что такими параметрами являются долгота осевого меридиана первой трехградусной зоны и координаты начала региональной действительной системы плоских прямоугольных координат Гаусса – Крюгера относительно начала региональной условной системы. И хотя параметры перехода меняться не будут сами региональные координаты Гаусса - Крюгера изменятся. Изменения в координатах будут такого-же порядка, как и в государственных системах (ГСК-2011 и СК-42,95). По существу, речь будет идти о новых региональных координатах.
Такой путь отличается своей строгостью и точностью преобразования координат. Кроме этого, здесь исключается использование координат в старых системах (СК-42,95) и поэтому постановление Правительства России будет полностью выполняться. Недостатком такого решения является необходимость выполнения большого объема вычислительных работ по преобразованию координат всех объектов из старой региональной системы в новую.
При использовании второго пути также возможны два случая. Первый случай, как и ранее, связан с использованием ГНСС-технологий. После получения пространственных прямоугольных координат новых точек в системе ГСК-2011 необходимо будет вычислить одноименные координаты в старой государственной системе СК-42 или СК-95 (этап 6), затем перейти к геодезическим пространственным координатам (этап 4) и, наконец, преобразовать последние в региональные координаты Гаусса – Крюгера (этап 5). При использовании каталогов координат пунктов государственных сетей в системе ГСК-2011 также надо будет выполнить три перехода: вычислить геодезические широту и долготу (этап 2), преобразовать их в одну из систем СК-42 или СК-95 (этап 7) и получить по ним региональные плоские прямоугольные координаты Гаусса – Крюгера (этап 5).
При таком решении старые системы региональных координат будут оставаться. И в этом большой плюс данного подхода к решению задачи. Недостатком же является формальное нарушение постановления Правительства №1240 потому, что старые системы государственных координат СК-42 или СК-95 будут применяться при пересчетах координат неопределенное время (этапы 4,5,6,7).
Третий путь можно представить в виде двух шагов. На первом шаге должны быть получены новые региональные плоские прямоугольные координаты Гаусса – Крюгера с использованием технологий, перечисленных в первом пути. Здесь будут возникать те же два случая и в конечном итоге будут получены новые региональные координаты. Второй шаг будет заключаться в трансформировании плоских прямоугольных координат Гаусса - Крюгера из новой региональной системы в старую (этап 8). Трансформирование координат нужно будет выполнять на локальном объекте с использованием, так называемых, опорных точек. Способы трансформирования могут быть разные. Достоинств у третьего пути - два. Во-первых, старые системы региональных координат останутся, и это будет исключать необходимость изыскивать дополнительные средства на ввод новых координатных систем в субъектах РФ. Во-вторых, в этом случае не будет необходимости использовать старые государственные системы координат СК-42 и СК-95.
Однако трансформирование координат тем или иным способом будет давать приемлемую точность на объектах, занимающих небольшую площадь.
Таким образом, каждый из рассмотренных путей получения региональных координат Гаусса – Крюгера имеет свои недостатки. Их анализ позволяет рекомендовать второй путь, при котором старые системы региональных плоских прямоугольных координат останутся. При этом необходимо, чтобы постановление Правительства РФ №1240 было дополнено разделом, в котором бы разрешалось использование систем координат СК-42 и СК-95 для преобразования координат объектов из ГСК-2011 в региональные системы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Во время написания курсовой работы была поставлена и достигнута цель – дан анализ методов разработки новых систем координат для геодезических работ, а также преобразований координат и их приращений из одной системы в другую.
Исходя из цели, я выполнил следующие задачи:
1) изучил системы координат, применяемые в геодезии, а именно: систему прямоугольных пространственных координат; местную систему прямоугольных координат; систему полярных координат.
2) рассмотрел и проанализировал современное состояние государственной системы геодезического обеспечения и основные направления её развития;
3) рассмотрел целесообразность введения системы координат ГСК-2011, а именно данная система является геоцентрической и повысит эффективность использования спутниковых технологий координатных определений, что в свою очередь должно повысить точность и оперативность решения задач геодезического обеспечения, отвечающего современным требованиям экономики, науки и обороны страны; кроме того, повысит эффективность использования системы ГЛОНАСС и осуществления мониторинга деформаций земной поверхности, что чрезвычайно важно при решении как народнохозяйственных, так и целого ряда научных задач ;
4) изучил достоинства и недостатки системы координат ГСК-2011 и ре-гениальной системы координат Гаусса – Крюгер;
5) ознакомился с преобразованием координат и их приращением из одной системы в другую.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ Р 51794-2008. Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек / Национальный стандарт Российской Федерации – М.: Стандартинформ, 2009. – 19 с.
2. ГОСТ 32453-2013. Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек / Межгосударствен ный стандарт – М.: Стандартинформ, 2014. – 19 с.
3. Афонин К.Ф. Высшая геодезия. Системы координат и преобразования между ними / Учебно-методическое пособие – Новосибирск, СГГА, 2011. - 56 с.
4. Система региональных плоских прямоугольных координат Новосибирской области / А.П. Карпик, К.Ф. Афонин, Н.А. Телеганов, П.К. Шитиков, Д.Н. Ветошкин, С.В. Кужелев, В.А. Тимонов // ГЕО-Сибирь-2008. IV Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2008 г.). – Новосибирск: СГГА, 2008. Т. 1, ч. 1. – С. 20-31.
5. Приложение к Положению о местной (региональной) системе координат (СК НСО), устанавливаемой на территории Новосибирской области / А.П. Карпик, Г.А. Са пожников, К.Ф. Афонин, Н.А. Телеганов, П.К. Шитиков, Д.Н. Ветошкин, С.В. Кужелев, В.А. Тимонов // Новосибирск, СГГА, 2008. -15 с.
6. Афонин К.Ф. Преобразование плоских прямоугольных координат Гаусса - Крю гера из МСК-54 в СК НСО // Вестник СГГА. – 2010. – Вып. 1 (12). – С. 57-62.
7. Афонин К.Ф., Афонин Ф.К. Технологии преобразования плоских прямоугольных координат Гаусса - Крюгера в СК НСО // ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2013 г.). – Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1, ч. 1. – С. 41-46.
8. Афонин К.Ф. Преобразование координат Гаусса-Крюгера из СК-42/95 в ГСК 2011 // ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-15 апреля 2015 г.). – Новосибирск: СГУГиТ, 2015, Т. 1, – С. 149-153.
9. Афонин К.Ф. Технология преобразования плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера из системы координат субъекта Федерации в единую государственную геодезическую систему координат ГСК-2011. // ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-15 апреля 2015 г.). – Новосибирск: СГУ ГиТ, 2015, Т. 1, – С. 154-159.
10. Горобец В.П., Ефимов Г.Н., Столяров И.А. Опыт Российской Федерации по установлению государственной системы координат 2011 года // Вестник СГУГиТ, вып. 2 (30), 2015. С. 24-37.
11. Афонин К.Ф. Вычисление площадей территорий в новой государственной системе координат ГСК-2011. // ГЕО-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 16-19 апреля 2016 г.). – Новосибирск: СГУГиТ, 2016, Т. 1, – С. 64-69.
12. Концепция развития отрасли геодезии и картографии до 2020 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.12.2010 №2378-р.
13. Постановление Правительства Российской Федерации от 09.04.2016 №289 «Об утверждении Положения о государственной геодезической сети и Положения о государственной нивелирной сети».
14. Постановление Правительства Российской Федерации от 24.11.2016 №1240 «Об установлении государственных систем координат, государственной системы высот и государственной гравиметрической системы».
15. Проблемы непрерывного совершенствования ГГС и геоцентрической системы координат России, Г.В. Демьянов, А.Н.Майоров, Г.Г. Побединский, «Геопрофи» №2, 2017 г.
16. 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.
|
Скачать 439.69 Kb.