Геодезия

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ (СГУГиТ)» В. И. Обиденко, В.А. Скрипников КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГЕОДЕЗИЯ» реализуемой в рамках типовой дополнительной профессиональной программы (программы профессиональной переподготовки) «Кадастровая деятельность» объем дисциплины 90 часов Новосибирск СГУГиТ 2019 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5 1 СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ......................... 6 1.1 Виды геодезических сетей, развиваемых на территории Российской Федерации ....................................................................................................... 6 1.2 Современная классификация геодезических сетей в Российской Федерации ................................................................................................................ 8 1.3 Современная спутниковая геодезическая сеть Российской Федерации ........................................................................................................................... 10 1.4 Геодезическая сеть Российской Федерации, созданная традиционными наземными методами.................................................................................. 17 1.5 Спутниковые геодезические сети первого поколения ................................ 21 1.6 Геодезические сети специального назначения............................................. 22 1.7 Сети дифференциальных геодезических станций ....................................... 22 2 ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПОРНЫХ МЕЖЕВЫХ СЕТЕТЙ .................................................................................................................. 27 2.1 Статус и назначение опорных межевых сетей ............................................. 27 2.2 Классификация опорной межевой сети и ее точность ................................ 28 2.3 Порядок построения опорной межевой сети ................................................ 28 2.4 Геодезические системы координат и проекция ........................................... 30 2.5 Математическая обработка геодезических измерений .............................. 30 2.6 Составление каталогов (списков) координат пунктов ОМС и написание технического отчета .................................................................................. 30 3 СПОСОБЫ, ПРИЕМЫ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ВЫПОЛНЕНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ .............................. 31 3.1 Глобальные навигационные спутниковые системы. Принцип работы. Назначение....................................................................................................... 32 3.2 Структура сигналов ГНСС ............................................................................ 38 2 3.3 Устройство ГНСС-приемников и принципиальные схемы обработки информации на станции ................................................................................. 42 3.4 Измерение псевдодальности по коду несущей ............................................ 44 3.5 Измерение псевдодальности по фазе несущей. Уравнение фазы. Проблема неоднозначности фазы ....................................................................... 46 3.6 Ошибки ГНСС-наблюдений и методика ослабления их действия ........... 49 3.7 Виды и основные характеристики спутниковой аппаратуры потребителя, ее роль для геодезических измерений .................................................. 54 3.8 Технология построения геодезических сетей с применением ГНСС ........ 57 3.8.1 Технология (порядок) построенияспутниковых геодезических сетей ........................................................................................................................ 57 3.8.2 Составление технического проекта спутниковой геодезической сети .......................................................................................................................... 58 3.8.3 Методика полевых работ с применением ГНСС-приемников ................ 63 3.9 Выполнение геодезических работ с применением электронных тахеометров ............................................................................................................... 69 4 КООРДИНАТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КАДАСТРОВЫХ РАБОТ ..................................................................................... 81 4.1 Общие понятия о системах координат .......................................................... 81 4.2 Общеземные системы координат .................................................................. 86 4.3 Референцные системы координат.................................................................. 93 4.4 Местные системы координат ......................................................................... 96 4.5 Классификация систем координат РФ и видов координатных преобразований............................................................................................................ 99 4.5.1 Координатные преобразования в среде СК42/СК-95 и между ними .......................................................................................................................... 103 4.5.2 Координатные преобразования между СК-42 и МСК субъектов РФ .......................................................................................................................... 108 4.5.3 Координатные преобразования между СК-42 и местными системами координат населенных пунктов ............................................................... 110 3 4.5.4 Координатные преобразования между СК-42 и системой координат СК-63 .............................................................................................................. 111 4.5.5 Координатные преобразования между СК-95 и МСК Субъектов РФ, МСК населенных пунктов, СК-63 .............................................................. 112 4.5.6 Координатные преобразования между общеземными (геоцентрическими) и референцными системами координат ........................................... 113 4.5.7 Координатные преобразования между ГСК-2011 и другими системами координат ................................................................................................ 117 5 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ .................................................................... 122 5.1 Виды программного обеспечения для камеральной обработки ГНСС-измерений ................................................................................................. 122 5.2 Основные процессы камеральной обработки ГНСС-измерений (на примере ПО LEICAGeoOffice) .......................................................................... 124 5.3 Камеральная обработка результатов измерений, выполненных электронными тахеометрами ............................................................................. 129 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 135 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................... 136 4 ВВЕДЕНИЕ Настоящий курс лекций по дисциплине «Геодезия», составлен авторами с целью ее освоения слушателями типовой дополнительной профессиональной программы (программы профессиональной переподготовки) «Кадастровая деятельность». Объем дисциплины 90 часов. Дисциплина «Геодезия» изучается в рамках профессиональной переподготовка в области кадастровой деятельности с целью приобретения слушателями новых профессиональных компетенций, необходимых для выполнения кадастровых работ, а также реализации требований законодательства Российской Федерации в части обязательных условий принятия физического лица в члены саморегулируемой организации кадастровых инженеров. Курс лекций содержит наиболее актуальные знания по современным геодезическим работам, которые выполняются в процессе кадастровой деятельности, и включает в себя разделы: современная классификация государственных геодезических сетей; принципы и методы построения геодезических сетей специального назначения (опорных межевых сетей); способы, приемы и современные технические средства выполнения геодезических работ; программное обеспечение для обработки результатов геодезических измерений. В изучении лекционного курса самостоятельная работа обучающихся имеет главную роль. По итогам освоения данного курса у слушателей формируются следующие компетенции. Общепрофессиональные компетенции ОПК-1 способность осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий ОПК-3 ПК-2 ПК-8 способность использовать знания современных технологий проектных, кадастровых и других работ, связанных с землеустройством и кадастрами Профессиональные компетенции способность использовать знания для управления земельными ресурсами, недвижимостью, организации и проведения кадастровых и землеустроительных работ способность использовать знание современных технологий сбора, систематизации, обработки и учета информации об объектах недвижимости в современных географических и земельно-информационных системах 5 1. СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 1.1 Виды геодезических сетей, развиваемых на территории РФ В соответствии с Федеральным законом от 13.07.2015 N218-ФЗ (ред. от 25.12.2018) «О государственной регистрации недвижимости» геодезической основой Единого государственного реестра недвижимости (далее - геодезическая основа) являются государственные геодезические сети, а также геодезические сети специального назначения, создаваемые в соответствии с законодательством о геодезии и картографии (далее - опорные межевые сети). Таким образом, правовое регулирование деятельности по созданию и развитию геодезических сетей, используемых в процессе кадастровой деятельности, осуществляется в соответствии с Федеральным законом от 30.12.2015 N431-ФЗ «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [7]. Законом 431-ФЗ предусмотрено развитие на территории РФ следующих видов государственных геодезических сетей: - государственная геодезическая сеть; - государственная нивелирная сеть; - государственная гравиметрическая сеть. Государственная гравиметрическая сеть развивается с целью распространения государственной гравиметрической системы на территорию Российской Федерации, непосредственного отношения к осуществлению кадастровой деятельности и государственной регистрации прав на недвижимое имущество не имеет и в рамках настоящих лекций не рассматривается. Государственная нивелирная сеть развивается с целью распространения единой государственной Балтийской 1977 года системы нормальных высот на территорию Российской Федерации и необходима для определения высот объектов и точек местности в этой системе высот. Законодательством РФ о кадастровой деятельности и о государственной регистрации недвижимости предусмотрено определение положения характерных точек границ объектов недвижимости только в двумерном пространстве: местоположение границ объектов недвижимости задается с указанием только плановых координат, фиксирующих их положение в горизонтальной плоскости, при этом абсолютная высота объекта не указывается. В связи с этим при осуществлении кадастровой деятельности и государственной регистрации прав на недвижимое имущество государственная нивелирная сеть не используется и в рамках настоящих лекций детально не рассматривается. В то же время, следует иметь ввиду, что понятие «высота» в кадастровой деятельности используется при создании опорной межевой сети, так как пункты ОМС должны иметь высоты в Балтийской системе высот. Кроме того, в законе N218-ФЗиспользуется хотя и не в качестве третьей координаты, описывающей пространственное положение объекта недвижимости, а в качестве основной характеристики объекта недвижимости, если таковым является здание, сооружение, машино-место или объект незавершенного строительства. Например, 6 «…местоположение здания, сооружения, машино-места или объекта незавершенного строительства на земельном участке по желанию заказчика кадастровых работ может быть дополнительно установлено посредством пространственного описания конструктивных элементов здания, сооружения или объекта незавершенного строительства, в том числе с учетом высоты или глубины таких конструктивных элементов…» (п. 10, часть 4, ст.8, ст.40 Закона N218-ФЗ). Очевидно, что под термином «высота» в данном случае понимается не абсолютная высота данного объекта в государственной системе высот, а разность высот соответствующих конструктивных элементов этого объекта недвижимости (основания и крыши, разность высот этажей и т.д.). При этом данную высоту можно как непосредственно измерить (рулеткой, мерной лентой, с применением геодезических инструментов и т.д.), так и вычислить как разность абсолютных высот соответствующих конструктивных элементов инженерного сооружения. В случае вычисления высоты отдельных конструктивных элементов здания как разность абсолютных высот точек в пространстве, соответствующих отдельным элементам этого объекта (основание, крыша, этаж и т.д.) методически правильно использовать абсолютные высоты, определенные в государственной системе нормальных высот, определенных относительно пунктов государственной нивелирной сети. Технически возможно с требуемой для кадастровых целей точностью осуществить вычисление высот соответствующих конструктивных элементов объекта недвижимости по абсолютным высотам, определенным в системе геодезических высот, получаемым при использовании технологий относительных спутниковых координатных определений с применением глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Однако при этом следует иметь ввиду, что геодезические высоты, получаемые из ГНСС-измерений, будут отличаться для идентичных точек пространства от нормальных высот, определенных в государственной Балтийской 1977 года системе высот относительно государственной нивелирной сети. Рис. 1.Разность геодезических и нормальных высот на территории Новосибирской области 7 Величина различия геодезических и нормальных высот является следствием несовпадения систем отсчета в нормальной (квазигеоид) и геодезической (эллипсоид) системе высот. Величина несовпадения квазигеоида и эллипсоида изменяется на территории Земли от +90м до -110м. На территории России вследствие этого несовпадения геодезические высоты для идентичных точек больше нормальных высот на величины от 0м до +30м в западной (примерно от меридиана 50° и западнее) и восточной (примерно от меридиана 130° и восточнее) частях РФ. В центральной части России (территория примерно между меридианами 50° и 130°)геодезические высоты для идентичных точек меньше нормальных высот на величину от 0 до примерно +50м. Характер изменений разности нормальных и геодезических высот является нелинейным и на примере Новосибирской области показан на рис. 1, где эти величины находятся в диапазоне от -30м до -40м. Приведенные выше понятия высоты как третьей координаты, используемой при описании пространственного положения объектов, в том числе различие между понятиями «нормальная» и «геодезическая» высота, дано также с целью более глубокого понимания в дальнейшем материала настоящих лекций, касающихся вопросов преобразования координат, получаемых средствами ГНССтехнологий в системы координат, применяемых при выполнении кадастровых работ. 1.2Современная классификация геодезических сетей в Российской Федерации Прежде чем, приступить к изложению материала о классификации геодезических сетей, целесообразно дать определение Государственной геодезической сети, составляющей основной элемент в системе геодезических построений страны. Государственная геодезическая сеть (далее - ГГС) представляет собой совокупность геодезических пунктов, координаты которых определены в государственной системе координат, расположенных равномерно по всей территории страны и закрепленных на местности специальными центрами, обеспечивающими их сохранность и устойчивость (в плане и по высоте) в течение длительного времени. Государственная геодезическая сеть предназначена для построения координатной основы государства и распространения единой системы координат на всю территорию страны, геодезического обеспечения картографирования этой территории, изучения поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени, а также для решения научных, экономических и технических задач, в том числе для обеспечения кадастровой деятельности и регистрации прав на недвижимое имущество. Государственная геодезическая сеть создается и используется также в целях обеспечения возможности создания геодезических сетей специального назначения. В соответствии с ФЗ-431 для обеспечения выполнения геодезических работ при 8 осуществлении градостроительной и кадастровой деятельности, землеустройства, недропользования, иной деятельности, а также повышения точности результатов указанных работ физические и юридические лица, органы государственной власти и органы местного самоуправления вправе организовывать создание геодезических сетей специального назначения, в том числе сетей дифференциальных геодезических станций. Одним из видов геодезических сетей специального назначения, создаваемых в целях кадастровой деятельности, землеустройства и регистрации прав на недвижимое имущество являются опорные межевые сети. На разных этапах развития государственной геодезической сети СССР и Российской Федерации применялась различная классификация существовавших на данный исторический момент геодезических сетей. В настоящих лекциях приведена современная классификация геодезических сетей в Российской Федерации, существующих на данный момент (01.01.2019г.), произведенная в соответствии с Государственным стандартом ГОСТ 55024-2012. «Сети геодезические. Классификация. Общие технические требования» [8], а также с учетом ФЗ-431 [7]. В зависимости от принятого классификационного критерия геодезические сети в Российской Федерации подразделяются на виды, приведенные в Таблице 1. Таблица 1 Классификация геодезических сетей (ГС) в Российской Федерации Классификационный критерий ГС Виды геодезических сетей Размер территории, покрываемой гео- - глобальные дезической сетью - межгосударственные (региональные) - национальные (в пределах одной страны) - локальные (местные) Функциональное назначение ГС - государственные - специальные Вид координат, носителями которых - плановые (координаты в 2-х мерном является ГС пространстве, плоские прямоугольные xy; криволинейные широта/долгота) - высотные (высота в принятой системе высот) - планово-высотные (координаты в 2-х мерном пространстве + высота) - пространственные (пространственные прямоугольные координаты в 3хмерном пространстве XYZ) Назначение - опорные геодезические сети - геодезические сети сгущения - съемочные сети - разбивочные сети Точность - высокоточные 9 Технология построения - точные - технические Современные: - спутниковые - сети радиоинтерферометрии Традиционные: - триангуляции - полигонометрии - трилатерации - геодезические засечки В настоящее время система координатного обеспечения территории Российской Федерации включает в себя геодезические построения, перечисленные ниже. 1. Современная спутниковая геодезическая сеть, состоящая из иерархического построения в виде: - фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС); - высокоточной геодезической сети (ВГС); - спутниковой геодезической сети 1 класса (СГС-1). 2. Традиционная геодезическая сеть, созданная наземными методами: - астрономо-геодезическая сеть 1 и 2 классов; - государственные геодезические сети сгущения 3 и 4 классов. 3. Сети дифференциальных геодезических станций. 4. Спутниковые геодезические сети первого поколения: - космическая геодезическая сеть; -доплеровская геодезическая сеть. 5. Геодезические сети специального назначения подразделяют на виды в зависимости от народно-хозяйственных или технических задач (например, опорные межевые сети, геодинамические сети, дорожные сети, строительные сети и т.п.). Традиционные наземные методы построения государственной геодезической сети в настоящее время практически не применяются и допускаются лишь в случаях, когда применение современных спутниковых технологий по каким-либо причинам (в том числе экономическим) нецелесообразно. Геодезические сети сгущения и геодезические сети специального назначения взависимости от их назначения и точности могут подразделяться на классы и разряды, количество которых устанавливают в технических проектах на выполнение геодезических работ по созданию таких сетей. 1.3 Современная спутниковая геодезическая сеть Российской Федерации Развитие современных спутниковых геодезических сетей на территории Российской Федерации стало необходимостью, вызванной низкой точностью ГГС, созданной традиционными наземными методами, не отвечавшей по точности требованиям современных спутниковых средств геодезических измерений. 10 Построение таких сетей - составная часть новой высокоэффективной государственной системы геодезического обеспечения территории Российской Федерации, основанной на применении методов космической геодезии и использовании глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) – ГЛОНАСС, GPS, Galileo, Beidou. Современная спутниковая государственная геодезическая сеть структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности: - фундаментальную астрономо - геодезическую сеть (ФАГС), - высокоточную геодезическую сеть (ВГС), - спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1). Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть Высший уровень в структуре координатного обеспечения территории России занимает фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС). Она служит исходной геодезической основой для построения заполняющих спутниковых геодезических сетей низшего класса точности. ФАГС практически реализует геоцентрическую систему координат в рамках решения задач координатно-временного обеспечения (КВО) страны. Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть состоит из постоянно действующих и периодически определяемых пунктов, формирующих единую сеть на территории Российской Федерации. По состоянию на начало 2017 года ФАГС состоит из 61 пункта, расположенных в 52 населенных пунктах РФ, из которых 27 постоянно действующие остальные – периодически определяемые. В состав пунктов ФАГС входят пункты Российской академии наук (РАН), Росстандарта, Росреестра. Расстояние между смежными пунктами ФАГС составляет 650 – 1000км. Количество, расположение постоянно действующих и периодически определяемых пунктов ФАГС, состав аппаратуры и программы наблюдений определяются программой построения и функционирования ФАГС. Все пункты ФАГС должны быть фундаментально закреплены с обеспечением долговременной стабильности их положения как в плане, так и по высоте. Пространственное положение пунктов ФАГС определяется методами космической геодезии в геоцентрической системе координат относительно центра масс Земли со средней квадратической ошибкой 10 - 15 см. а средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов ФАГС не более 2 см по плановому положению и 3 см по высоте с учетом скоростей их изменения во времени. В число основных задач построения ФАГС входит достижение требуемой точности и достоверное оценивание точности, создаваемой новой геоцентрической системы координат и определение изменений координат пунктов ФАГС во времени. На пунктах ФАГС выполняются определения нормальных высот и абсолютных значений ускорений силы тяжести. Определения нормальной высоты пунктов ФАГС производится нивелированием не ниже II класса точности, абсолютные определения силы тяжести - по программе определения фундаментальных гравиметрических пунктов. 11 Периодичность этих определений на пунктах ФАГС устанавливается в пределах 5 - 8 лет и уточняется в зависимости от ожидаемых изменений измеряемых характеристик. В перспективе в рамках реализации мероприятий ФЦП «Развитие единой государственной системы регистрации прав и кадастрового учета недвижимости (2014– 2019 годы)» количество пунктов ФАГС планируется довести к 2020 году до 80, схема текущего и планируемого расположения пунктов ФАГС относительно основных разломов геотектонической структуры Российской Федерации приведена ниже (рис. 2). Рис. 2. Схема текущего и планируемого расположения пунктов ФАГС относительно основных разломов геотектонической структуры РФ Высокоточная геодезическая сеть Второй уровень в современной структуре спутниковой ГГС занимает высокоточная геодезическая сеть (ВГС), основные функции которой состоят в дальнейшем распространении на всю территорию Российской Федерации геоцентрической системы координат и уточнении параметров взаимного ориентирования геоцентрической системы и системы геодезических координат. ВГС, наряду с ФАГС, служит основой для развития геодезических построений последующих классов, а также используется для создания высокоточных карт высот квазигеоида совместно с гравиметрической информацией и данными нивелирования. ВГС представляет собой опирающееся на пункты ФАГС, однородное по точности пространственное геодезическое построение, состоящее из системы пунктов, удаленных один от другого на 150 - 300 км. Пункты ВГС определяются относительными методами космической геодезии, обеспечивающими точность взаимного положения со средними квадратическими ошибками, не превышающими 3 мм+5х10-8D (где D - расстояние между 12 пунктами) по каждой из плановых координат и 5 мм+7х10-8D по геодезической высоте. Каждый пункт ВГС связан измерениями со смежными пунктами ВГС и не менее чем с тремя ближайшими пунктами ФАГС. В исключительных случаях, на труднодоступных территориях допускается отсутствие связей между смежными пунктами ВГС при условии их связи с большим количеством близких пунктов ФАГС и использовании наблюдений большей продолжительности. На пунктах ВГС выполняются определения нормальных высот и абсолютных значений ускорений силы тяжести. Периодичность этих определений устанавливается Росреестром в зависимости от ожидаемых изменений измеряемых характеристик. Для связи геодезической сети, созданной традиционными наземными методами, с вновь создаваемой спутниковой геодезической сетью определяется взаимное положение пунктов ФАГС и ВГС с ближними пунктами АГС со средней квадратической ошибкой, не превышающей 2 см по каждой координате. Для связи с главной высотной основой пункты ВГС привязываются к реперам нивелирной сети I -II классов или совмещаются с реперами соответствующих линий нивелирования. По состоянию на 1 января 2015 года сеть ВГС насчитывает 326 пунктов. Схема сети существующих и планируемых пунктов ВГС приведена ниже на рис. 3. Рис. 3. Схема сети существующих и планируемых пунктов ВГС Совмещенная схема размещения на территории Российской Федерации спутниковых геодезических сетей ФАГС и ВСГС по состоянию на 2016 год приведена на рис. 4. 13 Рис. 4. Схема сети существующих пунктов ФАГС и ВГС по состоянию на 2016 год СГС-1 Третий уровень в современной структуре спутниковой ГГС занимает спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1), основная функция которой состоит в обеспечении оптимальных условий для реализации точностных и оперативных возможностей спутниковой аппаратуры при переводе геодезического обеспечения территории России на спутниковые методы определения координат. СГС-1 представляет собой пространственное геодезическое построение, создаваемое по мере необходимости, в первую очередь, в экономически развитых районах страны, состоящее из системы легко доступных пунктов с плотностью, достаточной для эффективного использования всех возможностей спутниковых определений потребителями, как правило, со средними расстояниями между смежными пунктами около 25 - 35 км. СГС-1 создается относительными методами космической геодезии, обеспечивающими определение взаимного положения ее смежных пунктов со средними квадратическими ошибками Змм+1х10 7хD(где D - расстояние между пунктами) по каждой из плановых координат и 5мм+2х10 7хD по геодезической высоте. СГС-1 может строиться отдельными фрагментами. В каждый фрагмент должны включаться все пункты ВГС и АГС, попадающие в область, перекрывающую фрагмент на треть расстояния между смежными пунктами ВГС на данной территории. 14 Средняя квадратическая ошибка определения положения пунктов СГС-1 относительно ближайших пунктов ВГС и ФАГС не должна превышать 1 - 2 см в районах с сейсмической активностью 7 и более баллов и 2 - 3 см в остальных регионах страны. Нормальные высоты должны определяться на всех пунктах СГС-1, либо из геометрического нивелирования с точностью, соответствующей требованиям к нивелирным сетям II – IIIклассов, либо из спутникового нивелирования как разности геодезических высот, определяемых относительными методами космической геодезии, и высот квазигеоида. Окончательная точность положения пунктов СГС-1 определяется по материалам обработки в соответствии с нормативно-техническими актамипопостроению СГС-1, утверждаемыми Росреестром. Для связи СГС-1 с АГС и нивелирной сетью часть пунктов СГС-1 должна быть совмещена или связана с существующими пунктами АГС и реперами нивелирной сети не нижеIII класса. Связь, как правило, должна определяться относительным методом космической геодезии со средними квадратическими ошибками не более 2 см для плановых координат при привязке пунктов АГС и 1 см для геодезических высот при привязке нивелирных реперов. При высотной привязке использование пунктов АГС с известными нормальными высотами вместо нивелирных реперов не допускается. Расстояние между пунктами АГС, совмещенными с пунктами СГС-1 или привязанными к ним, не должно быть больше 70 км при средней плотности СГС-1 и 100 км при построении разреженной сети СГС-1 в необжитых районах. Расстояние между нивелирными реперами для связи с пунктами СГС-1 должно быть не более 100 км. Повторные определения координат пунктов ГТС и высот реперов должны планироваться в необходимом объеме и с требуемой точностью для выявления деформаций земной поверхности и изучения закономерностей их изменений При необходимости повторных определений координат пунктов в сейсмоактивном регионе построение СГС-1 планируется с повторным определением пунктов ВГС на этой и смежной территориях. В районах происшедших землетрясений с магнитудой 5 и более повторное определение координат пунктов спутниковых геодезических сетей проводится в возможно короткие сроки. Протяженность создаваемых фрагментов СГС-1, включая пункты ВГС, на которые опираются фрагменты СГС-1, должна обеспечивать опору на пункты, не затронутые влиянием произошедшего землетрясения. Необходимость повторных определений координат пунктов геодезических сетей, обусловленная деформациями техногенного происхождения, обосновывается маркшейдерскими и другими геологогеофизическими данными. Пункты СГС-1, совмещенные или связанные с реперами нивелирной сети I III классов, используются для уточнения высот квазигеоида. В исключительных случаях в районах, не обеспеченных необходимыми данными о высотах квазигеоида, для определения нормальных высот допускается применение тригонометрического нивелирования. В последнем случае средняя квадра15 тическая ошибка взаимного положения смежных пунктов по высоте должна быть не более 20 см. По состоянию на 1 января 2015 года сеть СГС-1 насчитывает 4 244 пункта. Схема расположения пунктов СГС-1 на территории РФ приведена ниже на рис. 5. Рис. 5. Схема расположения пунктов СГС-1 на территории РФ (1.01.2013г.) Совмещенная схема размещения на территории Российской Федерации спутниковых геодезических сетей ФАГС, ВСГС, СГС-1 по состоянию на 2016 год приведена на рис. 6. Рис. 6. Схема сети существующих пунктов ФАГС, ВГС, СГС-1 по состоянию на 2016 год Перспектива развития сетей ФАГС, ВГС, СГС-1 до 2020 года 16 В перспективе предусмотрено достижение следующих количественных показателей пунктов государственной спутниковой геодезической сети к 2020 году:  80 пунктов ФАГС (сейчас 61)  350 пунктов ВГС (сейчас порядка 330)  6 000 пунктов СГС-1 (сейчас 4300) 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  погрешность цифровой модели высот квазигеоида – 5 см. Как видно из вышеприведенных схем, а также перспективного плана развития спутниковых геодезических сетей, в настоящее время СГС-1 является геодезическим построением нового типа, который в минимальной степени решает задачу, ради которой она создавалась: обеспечение оптимальных условий для реализации точностных и оперативных возможностей спутниковых технологий позиционирования. Для этих целей СГС-1 должна быть легко доступна по всей территории страны и количество таких пунктов должно исчисляться десятками тысяч. Однако даже в перспективе до 2020 от идеи развития СГС-1 с плотностью, соответствующей задаче обеспечения их повсеместной доступности, решено отказаться. Это создает определенные трудности в распространении на территории нашей страны новой геоцентрической системы координат ГСК-2011. 1.4 Геодезическая сеть Российской Федерации, созданная традиционными наземными методами Государственная геодезическая сеть Российской Федерации, созданная традиционными наземными методами, в составе ГГС России является самой представительной по численности и состоит из астрономо-геодезической сети 1-2 классов и сетей сгущения 3-4 классов. По состоянию на 1995 год эта сеть включала в себя: - астрономо - геодезическую сеть (далее - АГС) 1 и 2 классов, общее количество пунктов свыше 164000; - геодезические сети сгущения (далее - ГСС) 3 и 4 классов общее количество пунктов около 300000. Плотность пунктов ГГС 1-4 классов, созданной на территории Российской Федерации традиционными наземными методами, составляет в среднем 1 пункт на 50 квадратных километров, что обеспечивает главной геодезической основой возможность создания топографических карт мелких масштабов и развития сетей сгущения низшего класса точности и съемочных сетей для целей крупномасштабного картографирования и выполнения любых геодезических работ и инженерногеодезических изысканий, в том числе для выполнения кадастровых работ. 17 Астрономо-геодезическая сеть включает в себя: • ряды триангуляции 1 класса, сети триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов, развитые в соответствии с нормативными документами по развитию АГС; • траверсы полигонометрии 1 класса, базисы космической триангуляции большой протяженности, проложенные в соответствии со специальными техническими указаниями. Типовая схема построения ГГС 1-4 классов методом триангуляции на примере полигона 1 класса и заполняющих его сетей приведена на рис. 7. Условные обозначения: Рис. 7. Типовая схема построения ГГС 1-4 классов методом триангуляции на примере полигона 1 класса и заполняющих его сетей Как видно из этой схемы, триангуляция представляет собой систему примыкающих или перекрывающих друг друга треугольников, которые могут образовывать триангуляционный ряд или триангуляционную сеть. Сторону одного из треугольников измеряют непосредственно или получают косвенным путем, построив так называемую базисную сеть, состоящую, как правило, из ромбов с разными по длине диагоналями. Остальные стороны триангуляционного ряда или сети нахо18 дят путѐм последовательного решения треугольников по углам и стороне, используя теорему синусов. Известно, что для решения треугольника достаточно измерить в нѐм, кроме стороны, два угла. Однако при построении триангуляции в каждом треугольнике измеряют все три угла. Это позволяет проконтролировать результаты угловых измерений и, кроме того, в итоге специальных уравнительных вычислений несколько повысить точность конечного результата. С этой же целью измеряют длину не одной стороны ряда или сети, а двух и более. В случае необходимости в схеме триангуляции предусматривают перекрытие треугольников, что также улучшает качество построения. Типовой подход при построении АГС методом триангуляции заключался в том, что вся территория страны покрывалась полигонами периметром примерно 800км, образуемых звеньями треугольников 1 класса длиной примерно 200 км (см. рис. 7). Территория внутри полигона триангуляции 1 класса заполнялась сплошной сетью треугольников 2 класса, в которые вставлялись треугольники 3-4 класса. С целью контроля смещения астрономо-геодезической сети от ее начального пункта (пункт Пулково), ее разворота и изменения масштаба в каждом полигоне триангуляции 1 класса измерялись пункты Лапласа, на которых независимым способом (путем астрономических наблюдений) определялись астрономические координаты (широта/долгота), астрономический азимут линии, соединяющей смежные пункты Лапласа, а также путем высокоточных базисных линейных измерений (относительная точность порядка 1:500 000) измерялась длина базиса (линии, соединяющей пункты Лапласа). Типовая схема построения ГГС 1-4 классов методом траверсной (магистральной) и параллактической (базисной) полигонометрии приведена на рис. 8. Рис. 8. Типовая схема построения ГГС 1-4 классов методом траверсной (магистральной) п. а и параллактической (базисной) п. б полигонометрии Как видно из этой схемы, полигонометрия представляет собой систему вытянутых ходов, которые прокладываются в местах, боле удобных для данного мето19 да развития традиционных ГГС и менее удобного для триангуляции (вдоль автомобильных и железных дорог, вдоль крупных рек и т.д.). В полигонометрии измеряют длины сторон между смежными пунктами и углы поворота на каждом пункте хода. Лини измерялись как непосредственно (траверсная/магистральная полигонометрия, см. п. а на Рис. 8), так и путем построения и измерения специального паралактического базиса, который вместе с измеренными в паралактическом четырехугольнике углами позволял вычислить выходную сторону полигонометрического хода (параллактическая/базисная полигонометрия, см. п. б на Рис. 8). Типовая схема построения ГГС 3-4 классов методом трилатерации приведена на рис. 9. Рис. 9. Типовая схема построения ГГС 3-4 классов методом трилатерации Трилатерация,как и триангуляция, представляет собой построение, состоящее из треугольников. Однако в этих треугольниках измеряют не углы, а длины сторон. Трилатерация считается методом построения ГГС менее точным, чем триангуляция и полигонометрии, поэтому применялась она только при развитии геодезических сетей сгущения 3-4 класса. Полученные из уравнивания средние квадратические ошибки измеренных углов на пунктах АГС 1 и 2 классов составили величины 0,74" и 1,06" соответственно. Астрономо-геодезическая сеть 1 и 2 классов содержит 3,6 тысячи геодезических азимутов, определенных из астрономических наблюдений, и 2,8 тысячи базисных сторон, расположенных через-170 - 200 км. Точность выполненных в АГС астрономических определений координат характеризуется следующими средними квадратическими ошибками: • астрономической широты - 0,36", 20 • астрономической долготы - 0,0435. Средние квадратические ошибки измерений астрономических азимутов и базисов, полученные по результатам уравнивания, соответственно равны 1,27" и 1:500 000. Точность определения взаимного планового положения пунктов, полученных в результате выполненного в 1991 году общего уравнивания АГС как свободной сети, характеризуется в собственной системе координат средними квадратическими ошибками: • 0,02...0,04 м для смежных пунктов, • 0,25...0,80 м при расстояниях от 500 до 9 000 км. 1.5 Спутниковые геодезические сети первого поколения При уравнивании АГС 1-2 класса в 1991 году как единого геометрического построения (см. раздел 1.4) в качестве исходных были использованы пункты геодезических сетей, развитых по спутниковым технологиям первого поколения, разработанным до развития ГНСС-методов координатных определений. Эти технологии развивались параллельно традиционным методам построения геодезических сетей и были основаны на технологических возможностях геодезических измерений, появившихся в результате начала освоения человеком космоса и запуска первых искусственных спутников Земли. К таким сетям относятся Космическая геодезическая сеть и Доплеровская геодезическая сеть. Космическая геодезическая сеть(КГС) представляет собой глобальное геодезическое построение, состоящее из 30 опорных пунктов, расположенных на территории СНГ с расстояниями между ними 1-3 тысячи километров. Координаты пунктов КГС определены по результатам почти 30 миллионов доплеровских, фотографических, радиодальномерных, лазерных и альтиметрических наблюдений искусственных спутников Земли (ИСЗ) системы геодезического измерительного комплекса ГЕОИК с привлечением в дальнейшем радиотехнических и лазерных измерений дальностей до спутников систем ГЛОНАСС и «Эталон».Точность взаимного положения пунктов характеризуется ошибками в 10, 20 и 30 см для расстояний соответственно в 100, 1 000 и 10 000 км. (относительная ошибка не менее 1/1 000 000), что существенно выше самых точных базисных линейных измерений в АГС, развитой традиционными методами. Доплеровская геодезическая сеть представлена 134пунктами, взаимное положение и координаты которых определены по доплеровским наблюдениям ИСЗ системы Транзит. Точность определения взаимного положения пунктов при среднем расстоянии между пунктами 500 - 700 км характеризуется средними квадратическими ошибками, равными 0,4 - 0,6 м.(относительная ошибка не менее 1/1 000 000), что также выше самых точных базисных линейных измерений в АГС, развитой традиционными методами. Высокая взаимная точность пунктов космической геодезической сети и доплеровской геодезической сети, а также то, что эти пункты совмещены или имеют на21 дежные геодезические связи с АГС 1-2 класса, позволило использовать пункты КГС (26 пунктов, попадающих на территорию расположения АГС) и ДГС (134 пункта) в качестве исходных при уравнивании АГС 1-2 класса в 1991 году как единого геометрического построения. Именно это позволило существенно повысить точность АГС 1-2 класса РФ, развитой традиционными методами, и ввести по итогам этого уравнивания новую государственную геодезическую систему координат 1995 года (СК-95) вместо применявшейся до этого системы координат 1942 года (СК-42). 1.6 Геодезические сети специального назначения Законом 431-ФЗ, предусмотрено, что для обеспечения выполнения геодезических работ при осуществлении градостроительной и кадастровой деятельности, землеустройства, недропользования, иной деятельности, а также повышения точности результатов указанных работ физические и юридические лица, органы государственной власти и органы местного самоуправления вправе организовывать создание геодезических сетей специального назначения, в том числе сетей дифференциальных геодезических станций [7]. Геодезическая сеть специального назначения - разновидность опорных геодезических сетей, в которой плотность, точность определения координат и способ закрепления на местности геодезических пунктов устанавливаются в техническом проекте на создание специальной геодезической сети. Геодезические сети специального назначения создаются в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов государственной геодезической сети экономически нецелесообразно или когда требуется получение особо высокой точности геодезической сети. Геодезические сети специального назначения подразделяют на виды в зависимости от народно-хозяйственных или технических задач, решаемых с ее помощью: например, геодинамические сети, дорожные сети, строительные сети. Одним из видов геодезических сетей специального назначения, создаваемых в целях кадастровой деятельности, землеустройства и регистрации прав на недвижимое имущество являются опорные межевые сети. 1.7 Сети дифференциальных геодезических станций Сети дифференциальных геодезических станций являются особым видом геодезических построений, которые, в соответствии с законом 431-ФЗ, могут входить как в состав государственных геодезических сетей («в составе государственной геодезической сети могут использоваться дифференциальные геодезические станции», п.3, ст.8 431-ФЗ), так и в состав специальных геодезических сетей («…физические и юридические лица, органы государственной власти и органы местного самоуправления вправе организовывать создание геодезических сетей специального назначения, в том числе сетей дифференциальных геодезических станций» п., ст.9 431-ФЗ). Противоречия в законе здесь нет, так как дифференциальная геодезическая станция – это электронное устройство, размещенное на точке земной поверхности с определенными координатами (геодезическом пункте), 22 выполняющее прием и обработку сигналов спутниковых навигационных систем, и обеспечивающее передачу информации, необходимой для повышения точности определения координат в результате выполнения геодезических работ с использованием спутниковых навигационных систем. Таким образом понятие «дифференциальная геодезическая станция (ДГС)» определяется не классом или видом геодезической сети, а формой передачи потребителям информации о координатах геодезического пункта, на котором она стоит. Если ДГС стоит на пункте государственной геодезической сети (ГГС), или в составе ГГС имеется сеть таких ДГС, то эта сеть ДГС относится к ГГС. Аналогично, если ДГС стоит на пункте Геодезической сети специального назначения (ГССН), или в составе ГССН имеется сеть таких ДГС, то эта сеть ДГС относится к ГССН. Для того, чтобы понять функционал ДГС следует вкратце изложить основные способы определения координат с применением ГНСС-технологий. Определение координат точек местности с применением спутниковых технологий позиционирования осуществляется тремя основными методами: абсолютным, дифференциальным и относительным. В абсолютном методе (называемом также методом точечного позиционирования) используется один ГНСС-приемник, который устанавливается на определяемом пункте (рис. 10), при этом его абсолютные координаты вычисляются по линейным измерениям до спутников ГНСС-систем с точностью порядка 5-30м. Рис. 10. Абсолютный метод определения координат В дифференциальном методе (рис. 11).измерения выполняются синхронно не менее чем двумя ГНСС-приемниками, один из которых устанавливается на пункте с известными координатами (базовый, опорный, исходный пункт), а другой – на определяемом(ых) пункте(ах). По итогам раздельной обработки ГНССизмерений на каждом пункте по аналогии с абсолютным методом получаются абсолютные координаты каждого пункта с точностью абсолютного метода. Однако затем, зная точные координаты исходного пункта, для исходного пункта вычисляются правки в измеренные абсолютные координаты (или поправки к соответствующим параметрам наблюдений), которые (из предположения, что ошибки на исходном и определяемом пункте вследствие идентичных условий прохождения сигналов от спутников до приемников одинаковые) вводятся в абсолютные координаты (или в соответствующие параметры наблюдений) определяемого пункта, тем самым уточняя их. 23 Поправки с базового пункта на определяемые пункты передаются по каналам связи в режимах времени, близким к реальному. Максимально достижимая точность определения координат в дифференциальном методе измерения составляет 0.5м. Очевидно, что точность данного метода зависит от расстояния между исходным и определяемым пунктом, так как с увеличением этой дистанции все менее справедливо предположение, что условия прохождения навигационного сигнала от спутников до приемников на базовом определяемом пунктах идентичны, и поправка, вычисленная для базового пункта, не полностью компенсирует ошибки на определяемом пункте. Широкое распространение дифференциальный метод получил в морской навигации. Рис. 11. Дифференциальный метод определения координат Абсолютный и дифференциальный метод определения координат не применяется в точных геодезических работах при создании геодезических сетей, а также редко используются в процессе кадастровых работ, так как они не обеспечивают точность, требуемую при развития геодезических сетей, и нормативную точность определения координат характерных точек границ объектов недвижимости для большинства категорий земель. В относительном методе (рис. 12)также, как и в дифференциальном методе, измерения выполняются синхронно не менее чем двумя ГНСС-приемниками, один из которых устанавливается на пункте с известными координатами (базовый, исходный, референцный пункт), а другой – на определяемом пункте (ровер). Однако, в отличие от дифференциального метода, обработка ГНСС-измерений со всех станций, на которых производились синхронно измерения, здесь выполняется совместно. По итогам обработки ГНСС-измерений ГНСС-приемниками, установленными на двух пунктах, в относительном методе определяются не координаты определяемого пункта, а базовый вектор между двумя пункта, задаваемый в пространстве приращениями координат от исходного к определяемому пункту. Координаты же определяемого пункта вычисляются как сумма координат исходного пункта и приращений координат, определенным по итогам спутниковых относительных измерений. 24 Рис.12. Относительный спутниковый метод определения координат Относительный метод определения координат обеспечивает измерение базовой линии с точностью порядка 5 мм+1 мм/км, что делает этот метод наиболее приемлемым для выполнения работ по созданию геодезических сетей и кадастровых работ. Как видно из принципа относительного метода спутникового позиционирования организационной особенностью данного метода является необходимость установки, как минимум двух приемников на двух пунктах: опорном и определяемом. Это, безусловно, влечет за собой необходимость иметь, как минимум, два дорогостоящих ГНСС-приемника с аксессуарами, две отдельные полевые бригады, две автомашины, средства связи между ними и т.д., что сказывается на экономике выполнения геодезических работ методом относительных спутниковых координатных определений. Цель создания дифференциальных геодезических станций заключается в том, чтобы выполнять роль базовых (опорных, исходных) станцийв относительном методе спутниковых геодезических координатных определений. При использовании ДГС не требуется установка ГНСС-приемника на пункте с известными координатами (их роль выполняют наиболее близко расположенные станция ДГС).Геодезические измерения по определению координат новых точек с применением ДГС заключаются в наблюдении только одним ГНСС-приемником (ровером) вместо двух, минимально необходимых для относительных спутниковых координатных определений (рис. 13). Рис.13. Реализация относительного спутникового метода определения координат с использованием сети дифференциальных геодезических станций Данные наблюдений с дифференциальных геодезических станций скачиваются для пост-обработки выполненных измерений свободно в интернете с сайта оператора ДГС. Кроме того, ДГС позволяют выполнять измерения по определению координат точек в режиме реального времени (RealTimeKinematik – RTK). Примером реализации сети ДГС является сеть, развитая СГУГиТ совместно с администрацией Новосибирской области на территории Новосибирской области 25 (рис. 14), в которую входит 31 станция и которая стала полноценным средством геодезических измерений на территории региона, используемым, в том числе, и для выполнения кадастровых работ. Рис.14. Реализация относительного спутникового метода определения координат с использованием сети дифференциальных геодезических станций Сети дифференциальных геодезических станций в настоящее время развиваются в инициативном порядке, по инициативе и за счет средств органов власти субъектов РФ, отдельных муниципалитетов или хозяйствующих субъектов. При этом на территориях существуют отдельные ДГС и сети ДГС отдельных операторов, не объединенные в единую сеть, созданные по разным техническим требованиям к закреплению центров пунктов сети и к точности определения и мониторинга их координат. Однако с выходом 01.01.2017г. закона 431-ФЗ [7], где впервые были установлены требования к разработке, установке и эксплуатации таких сетей, а также соответствующих подзаконных актов, в том числе Приказа Минэкономразвития России от 29.03.2017 N 149 «Об установлении требований к программным и техническим средствам, используемым при создании сетей дифференциальных геодезических станций», ситуация будет улучшаться и ДГС будут создаваться по унифицированным требованиям. 26 2. ПРИНЦИПЫИМЕТОДЫПОСТРОЕНИЯОПОРНЫХМЕЖЕВЫХСЕТЕЙ В соответствии с «Основными положения об опорной межевой сети», утвержденными приказом Федеральной службы земельного кадастра России от 15 апреля 2002 года «П/261» опорная межевая сеть создается на территории Российской Федерации в целях формирования единой технической политики по координатному обеспечению государственного земельного кадастра, государственного мониторинга земель, землеустройства и государственного земельного контроля. Опорные межевые сети (ОМС) создаются во всех случаях, когда точность и плотность государственных, городских или иных геодезических сетей не соответствует требованиям настоящих Основных положений. Создание ОМС ориентировано в основном на применение спутниковых методов определения координат. Координаты пунктов ОМС могут определяться и с помощью современных геодезических и фотограмметрических методов на основе новейших технологий. 2.1 Статус и назначение опорных межевых сетей Опорная межевая сеть (ОМС) является геодезической сетью специального назначения, создаваемой для координатного обеспечения государственного земельного кадастра, мониторинга земель, землеустройства и других мероприятий по управлению земельным фондом России. Создание опорной межевой сети является компетенцией Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр). Работы по созданию опорной межевой сети выполняются физическими и юридическими лицами. Государственный надзор за работами по созданию ОМС осуществляет Росреестр и его территориальные органы. Целями создания опорной межевой сети являются: - установление координатной основы на территориях кадастровых округов, районов, кварталов; - ведение государственного реестра земель кадастрового округа. района, квартала и дежурных кадастровых карт (планов); - проведение работ по государственному земельному кадастру, землеустройству, межеванию земельных участков, мониторингу земель и координатному обеспечению иных государственных кадастров; - государственный контроль за состоянием, использованием и охраной земель; - проектирование и организация выполнения природоохранных, почвозащитных и восстановительных мероприятий, а также мероприятий по сохранению природных ландшафтов и особо ценных земель; - установление границ земель особо подверженных геологическим и техногенным воздействиям; - информационное обеспечение государственного земельного кадастра данными о количественных и качественных характеристиках и местоположении зе27 мель для установления их цены, платы за пользование, экономического стимулирования и рационального землепользования; - инвентаризация земель различного целевого назначения; - решение других задач государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства. 2.2 Классификация опорной межевой сети и ее точность При создании опорной межевой сети применяется традиционный в геодезии принцип построения геодезических сетей «От общего к частному»: ОМС подразделяется на два класса, которые обозначаются ОМС1 и ОМС2. Точность построения опорной межевой сети: - средние квадратические ошибки взаимного положения смежных пунктов ОМС1≤ 0,05 метра; средние квадратические ошибки взаимного положения смежных пунктов ОМС2≤ 0,10 метра; - точность высот пунктов ОМС. Порядок производства геодезических работ по их определению устанавливаются техническим проектом. Опорная межевая сеть создается: ОМС1 - как правило, в городах для решения задач по установлению (восстановлению) границ городской территории, а также границ земельных участков как объектов недвижимости, находящихся в собственности (пользовании) граждан или юридических лиц. ОМС2 - в черте других поселений для решения вышеуказанных задач, на землях сельскохозяйственного назначения и других землях для геодезического обеспечения межевания земельных участков, мониторинга и инвентаризации земель, создания базовых межевых карт (планов) и др. Плотность пунктов опорной межевой сети должна обеспечивать необходимую точность последующих работ по государственному земельному кадастру, мониторингу земель и землеустройству и определяется техническим проектом. При этом плотность пунктов ОМС на 1 кв. км должна быть не менее: - четырех - в черте города; - двух - в черте других поселений; - четырех на один населенный пункт - в поселениях площадью менее 2 кв. км; - на землях сельскохозяйственного назначения и других землях число пунктов ОМС устанавливается техническим проектом. 2.3 Порядок построения опорной межевой сети Опорная межевая сеть создается в следующем порядке: - планирование, рекогносцировка и техническое проектирование; - закладка центров пунктов ОМС и устройство внешних знаков; - выполнение геодезических измерений; 28 - полевые вычисления и контроль качества измерений; - математическая обработка результатов измерений; - составление каталога (списка) координат пунктов ОМС и написание технического отсчета. Техническое проектирование предусматривает применение наиболее надежных и экономных методов создания ОМС, обоснованных соответствующими расчетами. Приборы и инструменты, используемые при создании ОМС, должны соответствовать требованиям государственных стандартов, содержаться и храниться в надлежащих условиях, обеспечивающих их постоянную готовность к работе. Координаты пунктов ОМС, главным образом, определяются по наблюдениям ИСЗ ГЛОНАСС и НАВСТАР в режиме "статика". При развитии ОМС методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации и их комбинации конфигурация геодезических сетей, приборы и методики угловых и линейных измерений должны обеспечить требования к точности построения ОМС, регламентированные настоящими Основными положениями. Методика и точность геодезических измерений при создании ОМС, порядок полевого контроля и другие технические условия устанавливаются соответствующими инструкциями или руководствами. В них же приводятся состав, содержание и структура полевой геодезической документации. Определение координат пунктов ОМС2 фотограмметрическим методом, технология проведения работ регламентируются техническим проектом с учетом требований настоящих Основных положений. Опорная межевая сеть привязывается не менее чем к двум пунктам государственной геодезической сети или ОМС соответствующего класса. Применяемые методы и приборы для измерения высот пунктов ОМС должны обеспечить требования к точности их определения, установленные техническим проектом. Пункты опорной межевой сети на местности закрепляются центрами, обеспечивающими их долговременную сохранность и устойчивость как в плане, так и по высоте. Типы центров регламентируются Росреестром. Пункты ОМС следует, как правило, размещать на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности, с учетом их доступности. В других случаях необходимо письменное согласие собственника, владельца или пользователя земельным участком, на котором размещаются пункты ОМС. Отвод земельных участков для этих целей осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации. Пункты ОМС после закладки сдаются по акту наблюдения за сохранностью: - городской, поселковой или сельской администрации, если они расположены на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности; - собственнику, владельцу, пользователю земельного участка, если пункты ОМС совмещены с межевыми знаками. Территориальные органы Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии осуществляют контроль за установлением и сохран29 ностью пунктов ОМС. 2.4 Геодезические системы координат и проекция В работах по государственному земельному кадастру, мониторингу земель и землеустройству применяются плоские прямоугольные координаты в проекции Гаусса, которые вычисляются в местных системах координат при обеспечении однозначности связи местных систем координат с государственной системой координат. Установленные Росреестром в отношении кадастровых округов и кадастровых кварталов местные системы координат являются обязательными при выполнении работ по государственному земельному кадастру, мониторингу земель, землеустройству и по назначениям ОМС, перечисленным в настоящих Основных положениях. Применение других систем координат не разрешается. Для каждой местной системы координат устанавливаются следующие параметры координатной сетки на плоскости в проекции Гаусса: - долгота осевого меридиана первой зоны; - количество координатных зон; - координаты условного начала. Каждая местная система координат может создаваться с одной или несколькими трех- или шестиградусными зонами. Параметры местных систем координат и ключи перехода к государственной системе координат устанавливает Росреестром по согласованию с Минобороны РФ. Высоты пунктов ОМС определяются в Балтийской системе высот. 2.5 Математическая обработка геодезических измерений Программу математической обработки результатов геодезических измерений регламентируют соответствующие руководства и инструкции. Математическая обработка результатов геодезических измерений должна сопровождаться оценкой их точности. Значения средних квадратических ошибок элементов ОМС, вычисленные по результатам уравнивания, должны соответствовать их классификационным значениям, установленным для каждого класса настоящими Основными положениями. 2.6 Составление каталогов (списков) координат пунктов ОМС и написание технического отчета Каталоги координат пунктов ОМС составляются в местной системе координат в границах кадастрового округа Российской Федерации. Каталог координат пунктов ОМС ведется в установленном порядке, как правило, в электронном виде. В каталоге координат для каждого пункта ОМС указываются его номер, на30 звание, класс, плоские прямоугольные координаты и высоты пунктов ОМС. Каталоги координат пунктов ОМС составляются и издаются в установленном порядке. Составление, ведение, издание и хранение каталогов координат пунктов ОМС является исключительной компетенцией Росреестра. Порядок составления, ведения, издания и хранения каталогов пунктов ОМС в местных системах координат определяет Росреестр по согласованию с Минобороны РФ. Номер пункта ОМС устанавливается в границах кадастрового округа РФ в порядке возрастания. Название пункту ОМС присваивается по названию ближайшего населенного пункта или географического объекта. Тип знака и центра пункта ОМС записывается в соответствии с требованиями Основных положений. Плоские прямоугольные координаты и высоты пунктов ОМС округляются до 0,01 метра. Высоты пунктов ОМС, определенные геометрическим нивелированием, записывают полужирным шрифтом. Технический отчет о создании ОМС составляется в соответствии с техническим заданием на выполнение работ. 3 СПОСОБЫ,ПРИМЕМЫИСОВРЕМЕННЫЕТЕХНИЧЕСКИЕСРЕДСТВАВЫП ОЛНЕНИЯГЕОДЕЗИЧЕСКИХРАБОТ Точность выполнения геодезических работ по созданию опорных межевых сетей (0.05-0.1м), требования к точности определения координат характерных точек границ земельных участков (максимальная точность 0.1м) задают требования по точности выполнения кадастровых работ примерно на том же уровне, что и точность работ по созданию государственных геодезических сетей, геодезических сетей специального назначения, сетей сгущения и съемочных сетей. В связи с этим основные способы, приемы и современные технические средства выполнения геодезических работ, применяемые в картографо-геодезическом производстве при выполнении основных геодезических работ по созданию и развитию ГГС, сетей сгущения, съемочных сетей и создании крупномасштабных топографических планов применимы и для целей выполнения кадастровых работ. Поэтому далее излагаются основные способы, приемы и современные технические средства выполнения геодезических работ, применяемые в настоящее время с целью получения координат точек и объектов местности вне зависимости от отраслевой принадлежности данных объектов. Основным способом определения координат точек и объектов местности в настоящее время является метод относительных спутниковых координатных определений, основанный на применении глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Однако одним из недостатков этого метода позиционирования является то, что сигнал от спутников ГНСС, удаленных от поверхности Земли на расстояние порядка 20 000 км, является очень слабым и не способен преодолеть даже самую легкую преграду в виде листвы деревьев и т.д. Поэтому в местности, 31 где прохождение сигнала от антенны спутника ГНСС до ГНСС-приемника затруднен или невозможно (лес, подземные шахты, плотная городская застройка, узкие ущелья в горах и т.д.) спутниковый метод позиционирования гармонично дополняется наземным методом определения координат с помощью современных оптико-электронных приборов – электронных тахеометров. Электронный тахеометр используется как для прокладки ходов полигонометрии соответствующего класса или разряда точности, теодолитных ходов, так и для координирования точек и объектов местности путем различных линейных, угловых, линейно-угловых засечек и т.д. При этом исходные и ориентирные пункты для прокладки ходов и координирования предварительно, в случае необходимости, создаются с помощью ГНСС-технологий. Наличие встроенного в электронный тахеометр программного обеспечения позволяет автономно решать большинство задач геодезической практики, такие как прямая и обратная (угловая, линейная, линейно-угловая, полярная) засечка и их комбинации, вынос в натуру, вычисление ходов (по плановой и высотной координате) и т.д. Все это создает из комбинации возможностей ГНСС-позиционирования и тахеометрии (с применением современных тахеометров) технологию, которая решает практически все задачи по развитию ГГС, геодезических сетей специального назначения, опорных межевых сетей, сетей сгущения и съемочных сетей, в том числе решение задач координирования объектов недвижимости и характерных точек границ земельных участков. В связи с этим в настоящем курсе лекций далее рассматриваются только основные способы, приемы и современные технические средства выполнения геодезических работ, основанные на применении ГНСС-технологий и электронных тахеометров. 3.1 Глобальные навигационные спутниковые системы. Принцип работы. Назначение. Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) – система радионавигационных искусственных спутников Земли, службы контроля и управления и приѐмников спутниковых радиосигналов, обеспечивающая координатновременные определения на земной поверхности и в околоземном пространстве. ГНСС включает в себя три сегмента (см. рис. 15): - космический сегмент (орбитальная группировка навигационных спутников); - наземный сегмент (наземный комплекс управления и контроля); - пользовательский сегмент (сегмент аппаратуры потребителей). Космический сегмент выполняет следующие функции: - прием и хранение данных, передаваемых командно-измерительным комплексом (КИК). - поддержание точного времени посредством нескольких бортовых атомных стандартов частоты. 32 - передача информации и сигналов пользователю на одном или несколькихLдиапазонах частоты. Каждый спутник передает уникальный навигационный сигнал на двух (трех) частотах L диапазона электромагнитного спектра (для GPS): L1 на частоте 1575.42 МГц и L2 на частоте 1227.60 МГц. На этих микроволновых частотах сигналы являются высоко направленными и, следовательно, они легко блокируются, а также отражаются твердыми телами и водной поверхностью. Сигналы легко проходят через облака, но могут блокироваться плотной или влажной листвой. Сигналы спутников состоят из: - двух (трех) несущих волн L-диапазона. - дальномерных кодов, которыми модулируются несущие волны. - навигационного сообщения. Наземный сегмент состоит из средств необходимых для контроля за состоянием спутников, телеметрии, наблюдения, командования и контроля, вычисления эфемерид и связи. КИК состоит из (для GPS) Главной станции управления ГСУ, 5 контрольных станций КС, и трех станций засылки данных. Они выполняют следующие функции: - контроль работы космических аппаратов; - сбор данных для определения орбит; - закладка данных в процессоры спутников; - формирование системного времени. Пользовательский сегмент – представляет собой аппаратуру потребителей, которая различается по архитектуре, назначению, точности, стоимости и другим параметрам. Характеристики приемника зависят от применения, для которого он был запроектирован. Для выполнения геодезических работ при создании геодезических сетей, геодезических сетей специального назначения, в том числе опорных межевых сетей, а при осуществлении большинства видов кадастровых работ следует использовать наиболее точные фазовые ГНСС-приемники. Рис.15. Сегменты Глобальной навигационной спутниковой системы Назначение ГНСС 33 ГНСС предназначены для надежного, высокоточного, независимого от времени суток, помех, погоды и расположения на земном шаре определения координат и времени объектов. В настоящее время выполнение геодезических измерений с целью определения координат точек и объектов местности с помощью приемников сигналов ГНСС является основным способом как при построении геодезических сетей, геодезических сетей специального назначения (в том числе ОМС), так и при выполнении кадастровых работ. Принцип работы ГНСС В ГНСС существуют группировки искусственных спутников Земли (ИСЗ). Каждый спутник группировки непрерывно передает сигналы строго определенного вида, несущие информацию о времени и положении спутника в пространстве (3 координаты). Специальный приемник этих сигналов принимает и декодирует информацию от спутника, измеряет расстояние до него, находит из обработки свое положение (3 координаты). Определение координат ГНСС-приемника относительно спутников ГНССсистемы построено на решении пространственной обратной линейной засечки. Если расстояния от ГНСС-приемника до трех спутников точно известны, то все возможные позиции приемника расположены на поверхности трех сфер, чьи радиусы соответствуют измеренным расстояниям(рис. 16, а): пересечение сфер радиуса А и В дает окружность (синий цвет на рис. 16, а), а ее пересечение со сферой радиуса С дает 2 точки, одна из которых всегда находится далеко в космосе и автоматически отбрасывается системой как иррациональное решение задачи позиционирования. Искомая позиция – место пересечения всех трех сфер (одна из синих точек, показанных на рис. 16, а). аб Рис.16. Схема определения позиции приемника в пространстве: а) по 3-м спутникам б) по 4-м спутникам ГНСС В ГНСС существуют 4 неизвестные величины: 3 координаты определяемой станции и точное время распространения сигнала от спутника до приемника τ. Фактически это время τраспространения сигнала от спутника до приемника (тран34 зитное время) τизвестно, но с существенной ошибкой. Так, если τимеет ошибку 1 мкс, то ошибка координат определяемой станции составит 300 м. = 300 000 000 м/сек*0,000001 сек). В общем случае, если имеется N неизвестных переменных, то они могут быть определены из N независимых уравнений. Если измерение времени τсопровождается постоянной неизвестной ошибкой, получается 4 неизвестных переменных в 3-х мерном пространстве: - 3 координаты (долгота, широта, высотаBLHилиXYZ); - ошибка времени(Δt). Таким образом, в 3-х мерном пространстве для определения точных координат приемника необходимы 4 спутника (рис. 16, б). Именно поэтому группировки спутников ГНСС спроектированы так, чтобы в любой точке земного шара можно было одновременно наблюдать над горизонтом, как минимум, 4 спутника (рис. 17). Рис. 17. Принцип проектирования ГНСС-систем – обеспечение видимости над горизонтом не менее 4-х спутников в любой точке земного шара в любое временя В настоящее время полностью развернуты в глобальном масштабе 2 ГНССсистемы (рис.18): GlobalPositionSystem (GPS), США и Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС), Россия, данные о которых приведены в Таблице 2. Таблица 2 Параметры систем GPS и ГЛОНАСС Характеристики ГЛОНАСС GPS систем (Россия) (США) Номинальное число спутников Ракета носитель Число спутников в запуске Космодром 24 24 Протон K/ДМ-2 Delta 2-7925 3 (иногда 2) 1 Байконур, Казахстан Мыс Канаверал, США 35 Число орбитальных плоскостей 3 6 Наклонение орбиты 64.8° 55° Высота над поверхностью Земли 19,130 км 20,180 км Период обращения 11:15:40 11:58:00 Система координат ПЗ-90 WGS-84 Система времени UTC (Russia) UTC(USNO) Разделение сигналов FDMA (Frequency Division Multiple AccessМножественный доступ с разделением по частоте) CDMA CodeDivisionMultipleAccess Множественный доступ с разделением по коду Несущие частоты L1 L2 1602.0 1614.94 MГц (1598.06 1605.38 МГц с 2005 г.) 1575.42 МГц 7/9 L1 60/77 (1227,60 МГц ) Начиная с с IIF L5=1176,45 МГц L3 ГЛОНАСС-М L3= 94/125 L1 Из различий ГНСС GPSи ГЛОНАСС следует подчеркнуть следующие: а) при равном номинальном количестве спутников (24) распределены они по орбитам по-разному: по 8 спутников на 3-х орбитах (ГЛОНАСС) и по 4 спутников на 6-х орбитах (GPS); б) наклонение орбиты ГЛОНАСС больше (64.8°), чем у GPS(55°), что обеспечивает большее присутствие спутников в северных широтах; в) разделение сигналов от спутников в ГЛОНАСС осуществляется по частоте (каждый спутник излучает на своей литерной частоте), а у GPS– по коду (каждый спутник имеет уникальный код). 36 аб Рис.18. Полностью развернутые в глобальном масштабе ГНСС: а) GPS; б) ГЛОНАСС Очевидно, что наличие уже 2-х развернутых в глобальном масштабе ГНСС (см. рис. 19) позволяет увеличить в 2-раза число одновременно видимых спутников с 4-х до (минимум) 8, что безусловно, повышает как точность измерений, так и возможности определения координат в более закрытой местности. Рис. 19. Объединенное созвездие спутников GPS/ГЛОНАСС увеличивается количество одновременно видимых спутников Наряду с полностью развернутыми ГНСС GPS и ГЛОНАСС на стадии развертывания находятся еще 2 глобальные навигационные системы: BeiDouNavigationSatelliteSystem (КОМПАСС/Бейдоу, Китай) и GALILEO(Галиллео, Европейский Союз), см. Таблицу 3. Таблица 3 Параметры систем Бейдоу и Галиллео Характеристики сисBeidou GALILEO тем Число спутников (резерв) 30 (5) 27 (3) 37 Ракета носитель Long March 3 (LM-3) Чанчжэн-3 Союз-СТБ Ариан-5 Число спутников в запуске 1-2 2-4 Космодром Сичан Куру Число орбитальных плоскостей 3 3 Наклонение орбиты 55° 56° Высота над поверхностью Земли 21 500 23 229 км Период обращения 12:53 12:04:45 Система координат CGCS2000 GTRF (ITRF) Система времени (BDT) синхронизировано с UTC с точностью 100 нс. GalileoSystemTime – GST Смещение от UTC н целое число секунд Разделение сигналов CDMA CDMA CodeDivisionMultipleAccess Множественный доступ с разделением по коду Несущие частоты L1 E1=1575. 42 (L1) 1575.42 МГц L2 E6=1278. 750 60/77 (1227,60 МГц ) E5=L5+L 3 с IIF L5=1176,45 МГц Введение в эксплуатация в глобальном масштабе данных систем, планируемое в 2020 году, еще больше повысит точность ГНСС-измерений, так и возможности определения координат в закрытой местности. 3.2 Структура сигналов ГНСС Псевдошумовые сигналы. Чтобы нести информацию, такую как дальномерные коды и другую цифровую информацию, простая синусоидальная волна несу38 щей частоты, излучаемой спутником, должна модулироваться. В случае ГНСС модуляция делает возможным измерение расстояний посредством измерения времени прохождения модуляции, то есть дальномерных кодов. Дальномерные коды состоят из бинарных цифр 0 и 1. Эти бинарные цифры называются также чипами, битами или импульсами. Последовательность бинарных цифр в потоке передаваемых данных обычно является псевдослучайной последовательностью (ПСП), которая может выглядеть как случайный сигнал, но которая в действительности следует некоторой математической формуле и может многократно воспроизводиться средствами электроники. Такие сигналы называют псевдослучайными кодами (Pseudo Random Code). Они воспринимаются как случайный шум (вспомните «снег» на экране телевизора или шум в приемнике, когда нет передачи). Эфир пронизан такими шумами естественного или искусственного происхождения. Однако благодаря строгой закономерности образования ПСП, их удается выделить из общего шума, даже при их малой мощности (как разговор под гул самолета). Важным показателем ПСП является отношение сигнал/шум SNR. Приемник будет работать лучше при большем SNR. Псевдошумовые последовательности создаются с помощью сдвиговых регистров (СР) с обратной связью. Распространенный в ГНСС метод состоит в объединении двух бинарных потоков данных в один посредством сложения по модулю 2 и умножения по модулю 2. Сложение происходит по правилу: 1  1 = 0,0  1 = 1,1  0 = 1,0  0 = 0. Правило умножения: 0  0 = 1,1  0 = 0,0  0 = 0,1  1 = 1. На рис. 20 показаны два потока произвольных цифровых данных, (a) и (b), объединяемых в один поток (a+b) сложением по модулю 2. Предположим, что последовательность (а) представляет C/A или P(Y) дальномерный код с тактовой частотой соответственно 1.023 или 10.23 МГц, а поток (б) представляет навигационные данные с тактовой частотой 50 бит в секунду. Заметим, что поток навигационных данных и кодовый потоки имеют существенно различающиеся тактовые частоты, и что моменты передачи бита перехода согласованы. Тактовая частота в 50 бит в секунду подразумевает 50 возможностей в секунду для того, чтобы цифровой поток изменялся с 1 на 0 и наоборот. В течение одного чипа навигационного сообщения происходит 31508400 циклов несущей, 20460 чипов C/A кода заполняют один чип телеметрии, и необходимо 204600 чипов P кода, чтобы сделать то же самое. Таким образом, как только в 50-битовом потоке данных навигационного сообщения встречается бинарная 1, сложение по модулю 2 превращает 20460 смежных цифр C/A кода в обратный код, когда бинарная 1 становится 0 и наоборот. Бинарный 0 навигационного сообщения оставляет следующие 20460 C/A кодов неизмененными. 39 Рис. 20. Сложение по модулю 2 двух псевдослучайных последовательностей. Нетрудно видеть, что в новом псевдослучайном коде отдельные части исходного кода остались неизменными, в других частях код сменился на обратный. Кроме того, если код (a+b) сложить по модулю 2 с кодом (a), то получим исходный код (b). Чтобы передавать информацию, на спутнике производится модуляция несущей кодовой последовательностью методом манипуляции фазовым сдвигом (умножением по модулю 2). В результате получается фазоманипулированная несущая, то есть та же несущая, но с резкими изменениями фазы (рис. 21). Предположим, что приемник принял несущую, промодулированную навигационным сообщением. Но ГНСС приемники могут создавать синусоидальный сигнал, в том числе и с частотой несущих колебаний. В результате перемножения этих двух сигналов в приемнике будет получено исходное навигационное сообщение. Рис. 21. Модуляция несущей псевдослучайным кодом. К методу сложения по модулю 2 должен быть добавлен еще один дополнительный шаг, поскольку несущая L1 модулируется тремя потоками данных: навигационными данными и кодами C/A и P(Y). В этом случае возникает проблема наложения (суперпозиции) дальномерных кодов на поток навигационных данных. Две последовательных суперпозиции не являются единственными, потому что 40 C/A код и P(Y) код имеют идентичные биты эпох перехода (хотя их длины различные). Решением является манипуляция с квадратурным фазовым сдвигом. Несущая делится на два компонента, один из компонент опережает другой на 90. Один компонент модулируется суммой по модулю 2 навигационного сообщения и C/A кода, другой – суммой навигационного сообщения и P(Y) кода. Перед трансляцией оба потока объединяются в сумматоре (рис. 22). Система GPS. Спутники GPS передают свои навигационные сигналы на двух несущих частотах L-диапазона. На этих частотах сигналы являются высоко направленнымии, следовательно, они легко блокируются непрозрачными предметами, а также отражаются твердыми телами и водной поверхностью. Частота L1=1575.42 МГц (длина волны =19 см), получается путем умножения частоты задающего генератора на 154 и модулируется C/A и P-кодами. Частота L2=1227.60 МГц (длина волны =24 см) получается умножением частоты задающего генератора на 120 и модулируется P-кодом. Третий гражданский сигнал, обозначаемой как L5, начал передаваться спутниками Блока IIF на частоте 1176.45 МГц (длина волны около 25.5 см). Коды C/A и P являются дальномерными кодами, они используются для измерения времени прохождения сигнала  и последующего получения дальности  = c. Передачи на двух (или трех) частотах позволяют уверенно определить ионосферную поправку и повысить точность измерений. Рис. 22. Формирование радионавигационных сигналов L1 и L2 в системе GPS. Коды C/A (ClearAquisition – полностью доступный) и P (Precise – точный) представляют собой бинарные коды, то есть последовательность из единиц и нулей. Они имеют характеристики случайного естественного шума, но в отличие от последнего легко воспроизводятся средствами электроники. Благодаря этому их удается выделить из общего шумового фона, а сами коды называют псевдослучайными кодами (Pseudo Random Code). Каждому спутнику GPS соответствует своя последовательность кодов, по которой спутник отождествляется приемником. При этом необходимо, чтобы уровень сигнала превышал уровень шума в несколько раз (SignaltoNoiseRatio, SNR). 41 Оба кода формируются от генератора 10.23 Мгц, C/A-код – с делением частоты на 10, P-код - без изменения частоты. Поэтому один элемент P-кодовой последовательности имеет продолжительность около 100 нс, что соответствует 30 м, а у C/A-кода - соответственно 1 мкс и 300 м. За счет интерполяции разрешающая способность может быть доведена по P-коду до 1 м, а по C/A-коду - до 10 м. P-код не повторяет сам себя в течение 267 суток, это дает каждому спутнику использовать свою уникальную недельную последовательность PRN. C/A-код повторяется каждую миллисекунду, поэтому в измерениях расстояния возникает неоднозначность, кратная 300 км. Система ГЛОНАСС. Каждый КА системы ГЛОНАСС передает сигналы на собственных частотах в двух частотных поддиапазонах L1 и L2.На поддиапазоне L1 передаются сигналы стандартной и высокой точности. Сигнал стандартной точности с тактовой частотой 0.511 Мгц предназначен для всеобщего использования. Сигнал высокой точности на L1 модулирован специальным кодом и не рекомендуется к использованию без разрешения Министерства обороны РФ. На поддиапазоне L2 передаются сигналы, модулированные специальными кодами, и они не рекомендуются к несанкционированному использованию. Навигационный сигнал на частоте L1 является многокомпонентным фазомодулированным сигналом. Манипуляции осуществляются на 180. Несущая частота модулируется двоичной последовательностью, образованной суммированием по модулю два псевдослучайного дальномерного кода, цифровой информации навигационного сообщения и вспомогательного меандрового колебания. Основой для формирования компонентов сигнала является бортовой стандарт частоты 5 Мгц. Псевдослучайный дальномерный код представляет последовательность максимальной длины регистра сдвига (М-последовательность) с периодом 1 мс и скоростью передачи символов 511 Кбит/с. Псевдослучайный дальномерный код снимается с 7 разряда 9-разрядного регистра сдвига. Код начального состояния сдвига соответствует наличию «1» во всех разрядах регистра. Начальным символом в периоде псевдослучайного дальномерного кода является первый символ в группе 111111100, повторяющийся через 1 мс. Сигналы спутников ГЛОНАСС, как и у спутников GPS,имеют правостороннюю круговую поляризацию. 3.3 Устройство ГНСС-приемников и принципиальные схемы обработки информации на станции Общее устройство приемника. Спутниковые приемники являются очень сложными электронными приборами, не случайно их часто называют «системами». В России к приемникам отечественного производства часто применяется термин «приемоиндикатор». В настоящих лекциях не ставится цель описание устройства электроники приемника, а лишь дается объяснение принципов получения результатов измерений, необходимых для решения задач геодезии. Любой ГНСС приемник должен собирать и затем преобразовывать сигналы от спутников в измерения. Вращающийся вокруг Земли спутник передает этот 42 слабый сигнал в конусе с раскрытием примерно 30. Со спутника, имеющего высоту около 20000 км, конус охватывает всю планету. Спутник распространяет сигнал низкой мощности на большой площади. Сигнал мог бы быть полностью затенен множеством электромагнитных шумов, которые окружают нас, если бы он не был кодированным сигналом с широким спектром. Передаваемые спутниками сигналы намеренно занимают широкую полосу частот. Эти характеристики используются для предотвращения подавления сигналов, уменьшения многопутности и позволяют вести слежение за спутником. Прежде всего, приемник должен выделить сигнал нужного спутника среди сигналов других спутников, сделать его захват и отслеживать на протяжении нужного времени. Затем ему нужно выполнить операции, обратные тем, которые выполнялись на спутнике в процессе закладки информации, то есть произвести демодуляцию и декодирование принятых сигналов, расшифровать переданное со спутника навигационное сообщение, произвести измерения необходимых величин и обработать их. При этом приемник может столкнуться с такими проблемами как защита от помех высокой мощности (например, от ионосферных возмущений), выделение секретного кода, ключа к которому у него может не быть, разрешение многозначности в измерениях и др. Приемник должен управлять всем процессом измерений, следить за состоянием других устройств, например, источников питания и памяти, состоянием созвездия спутников и обо всем информировать оператора. На рис. 23 показаны основные компоненты, общие для всех ГНСС приемников. Рис. 23. Блок-схема общего устройства геодезического приемника. Антенна и предусилитель. Антенна принимает радиоволны с правосторонней круговой поляризацией от спутников, находящихся над горизонтом. Ее главной функцией является преобразование электромагнитных волн в электрические токи, содержащие информацию о кодах и модуляциях потока данных. Очень важны размер и форма антенны, так как эти характеристики управляют, в частности, 43 способностью антенны принимать радиоволны в нужном диапазоне частот и передавать в приѐмник очень слабые сигналы спутников ГНСС. Многие приемники имеют встроенные антенны, другие имеют внешние антенны, которые могут устанавливаться на штативе или монтироваться на транспортном средстве. Антенны, используемые для ГНСС приемников, имеют характеристики всенаправленных антенн, их не нужно наводить на источник сигнала. В случае геодезических измерений действительным определяемым положением является фазовый центр антенны, который должен быть корректно связан с координируемой наземной маркой. Внешние антенны соединяются с приемником коаксиальными соединительными кабелями, имеющими стандартную длину от 1,5 до 60 м. Обычно они поставляются изготовителем приемников. Поэтому же кабелю подается напряжение для электроники антенны. Одно из требований к кабелю – его морозоустойчивость. К сожалению, некоторые антенные кабели, как и кабели для питания, могут ломаться на морозе. Во многих современных приемниках вместо кабелей используют радиосвязь Bluetooth или WiFi. 3.4 Измерение псевдодальности по коду несущей В большинстве приемников первой процедурой обработки входящего сигнала спутника является синхронизация C/A кода, принятого от спутника на L1, с копией C/A кода, созданной самим приемником. Этот процесс известен как измерение фазы кода. Когда нет начального совпадения между кодом спутника и копией кода, созданной в приемнике, то время приемника сдвигается и находится код, который он создает до тех пор, пока не наступает оптимум корреляции, то есть совпадения двух сигналов (рис. 24). Затем петля слежения за кодом удерживает их совмещенными. Временной сдвиг , обнаруженный в этом процессе, является мерой времени прохождения сигнала от спутника до фазового центра антенны. Умножение этой временной задержки на скорость света c дает псевдорасстояние Р: P  c (1) Рис. 24. Измерение временной задержки по корреляции двух ПСП Полученное псевдорасстояние (или псевдодальность) отличается от действительного расстояния тем, что часы в приемнике и на спутнике в общем случае не синхронизированы и идут с несколько разным ходом. Кроме того, скорость света в атмосфере отличается от его скорости в вакууме, поэтому измерения дальностей 44 содержат систематические ошибки, которые необходимо исправлять. Поскольку чипы в последовательности кодов спутника генерируются в точно известные моменты времени, совмещение последовательностей кодов спутника и приемника также дает отсчет по часам спутника в момент генерации сигнала. Подобным образом измеряется P-кодовая псевдодальность, но из-за того, что последовательность Р-кода слишком длинная, цепи отслеживания Р-кода необходима помощь в установке ее генератора кодов близко к правильному месту для получения быстрого захвата сигнала спутника. Она получает эту помощь по Z отсчету, содержащемуся в слове HOW навигационного сообщения. Многозначность C/A кодовой псевдодальности. В C/A кодовой псевдодальности содержится многозначность. В отличие от целой многозначности, связанной с измерением расстояния по фазе несущей, эта многозначность просто разрешается приемником в радиочастотном блоке. Во всяком случае, напомним, что весь C/A код от любого спутника повторяется каждую миллисекунду. Время прохождения сигнала от приемника до спутника занимает от 66 до 87 миллисекунд. Поэтому здесь должно быть от 66 до 87 полных периодов C/A кода в переходе между спутником и приемником в любой заданный момент (рис. 25). Рис. 25.Период C/A кода укладывается в расстоянии до спутника от 66 до 87 раз. Иными словами, тактовая частота C/A кода, то есть темп, с которым каждый чип модулируется на несущую, равна 1.023 Мб/с. Это значит, что при скорости света длина одного чипа примерно 300 м. Но весь период C/A кода равен 1023 чипам, или 1 мс, то есть примерно 300км. Эти повторяющиеся периоды C/A кода можно считать «линейками», простирающимися от спутника к приемнику. Каждая линейка имеет длину около 300 км с делениями в 300 м. Поэтому должно быть от 66 до 87 таких линеек между спутником и приемником. Таким образом, сырое наблюдение должно еще корректироваться путем добавления соответствующей величины, кратной 300 км, чтобы получить действительную псевдодальность. Это и есть целая многозначность C/A кода. Таким образом уравнение псевдодальности, первично имеющее вид P  c , в упрощенном виде может быть записано так: 45 С учетом раскрытия основных членов, уравнение псевдодальности в развернутом виде имеет вид: 3.5 Измерение псевдодальности по фазе несущей. Уравнение фазы. Проблема неоднозначности фазы. Как только приемник использовал навигационное сообщение и измерил псевдодальность по C/A коду, он также может выделить навигационное сообщение, прочитать эфемериды и информацию из альманаха, использовать время GPS, и для тех приемников, которые могут использовать P код, применяя слово передачи HOW на каждом подкадре как указатель для отслеживания точного кода. Но пока лишь несколько изготовителей нашли способы находить псевдодальности по P(Y) кодовым наблюдениям, поскольку зашифрованный Y код доступен только авторизованным пользователям. К сожалению, ни C\A кодовые, ни P кодовые псевдодальности не удовлетворяют точности для большинства геодезических применений. Поэтому следующий шаг в обработке сигнала для геодезических приемников состоит в наблюдении фазы несущей частоты навигационного сигнала. Как утверждалось ранее, как только они производят копию входящего кода, большинство приемников также производят копию входящей несущей волны. И 46 основа измерений фазы несущей является комбинация этих двух частот. Напомним, входящий сигнал от спутника подвержен изменяющемуся доплеровскому сдвигу, в то время как копия в приемнике номинально постоянная. Процесс начинается после того, как псевдодальность по C/A коду измерена, и петля слежения кода закрыта. Путем смешения сигнала спутника с копией несущей частоты, созданной в приемнике, исключаются все фазовые модуляции, и создаются две промежуточных частоты или частоты биений: одна из них является суммой комбинируемых частот, а другая - разностью частот. С помощью низкочастотного фильтра выбирается последняя из них, разностная. Затем сигнал посылается в петлю слежения за фазой, где местный генератор непрерывно корректируется таким образом, чтобы точно следовать за изменениями в фазе несущей, когда изменяется расстояние между приемником и спутником. Получается наблюдение накопленной фазы биений несущей путем простого подсчета всех прошедших циклов (посредством подсчета «переходов через ноль» волны биений) и измерения дробной фазы захваченного сигнала местного генератора (рис. 26). Рис. 26. Формирование фазы биений несущей частоты в ГНСС-приемнике Смешением сигнала спутника с копией несущей, созданной в приемнике, исключаются все фазовые модуляции, и создаются две промежуточных частоты или частоты биений. Одна из них является суммой, а другая - разностью комбинируемых частот Низкочастотный фильтр приемника отслеживает разностную комбинацию. При этом генератор приемника непрерывно корректируется таким образом, чтобы точно следовать за изменениями в фазе несущей, когда изменяется расстояние между приемником и спутником. Получается наблюдение накопленной фазы биений несущей путем простого подсчета всех прошедших циклов (посредством подсчета «переходов через ноль» волны биений) и измерения дробной фазы захваченного сигнала местного генератора. Описанный здесь метод использует корреляцию по кодам, он обеспечивает все компоненты сигнала спутника: отсчет по часам спутника, навигационное сообщение и немодулированную несущую. Недостаток этого метода состоит в том, 47 что необходимо знать псевдослучайные коды. Однако в случае шифрования P кода (режим Anti-Spoofing) эта возможность отсутствует. Тогда используются бескодовые или полубескодовые методы. Метод, в котором не используются коды, принесенные сигналом спутника, называется бескодовым слежением или квадратированием сигнала. Он не использует измерение псевдодальностей и полагается исключительно на наблюдения фазы несущей. Как и другие методы, он также зависит от создания промежуточной частоты (частоты биений). При квадратировании сигнала частота биений создается посредством умножения входящего сигнала на самого себя. В результате получается удвоенная частота, то есть длина волны уменьшается вдвое по сравнению с исходной. Другими недостатками этого метода является то, что в процессе квадратирования несущей с нее удаляются все коды, в том числе и навигационное сообщение, а также ухудшается отношения сигнал-шум, потому что при квадратировании несущей шум фона также квадратируется. Поэтому этот метод должен получать информацию, такую как альманах и поправки часов из других источников. Но квадратирование сигналов имеет также и положительные качества. Оно уменьшает влияние многопутности. Оно не зависит от PRN кодов и ему не мешает шифрование P кода. Этот метод работает и на L2, и на L1, и эта облегчает двухчастотную ионосферную коррекцию. Поэтому квадратирование сигналов может обеспечивать высокую точность даже на длинных базовых линиях. Все методы восстановления несущей L2 при наличии режима Anti-Spoofing страдают от последующего ухудшения в отношении сигнал-шум. Без исключения, никакой бескодовый или полубескодовый метод не восстанавливают информацию сигналов GPS, как метод корреляции по кодам. Кроме того, чем слабее сигнал, тем он более чувствителен к ионосферной активности и помехам, которые могут вызывать потерю захвата. Таким образом, уравнение фазы несущей в упрощенном виде может быть записано так: 48 ЗДЕСЬ: t – отсчет по часам приемника;  Ai - время прохождения сигнала, N Ai - целочисленная начальная неоднозначность фазы,  - длина несущей волны,  Ai - шумы измерения фазы. С учетом раскрытия основных членов, уравнение фазы несущей в развернутом виде имеет вид: ΦiA (t )   Ai (t , t   Ai )  I Ai  TAi  miA  c[dt A (t )  dt i (t   Ai )]   c[ A (t )   i (t   Ai )]   [A (t0 )   i (t0 )]  N Ai   Ai . В них в левой части находится результат измерений в эпоху t в линейной мере.  Ai (t , t   Ai ) - геометрическая дальность, то есть расстояние между приѐмником в момент приѐма сигнала и спутником в момент выхода сигнала,  Ai - время прохождения сигнала, I Ai - ионосферная задержка, TAi - тропосферная задержка, dt A , dt i - поправки часов соответственно для спутника и для приемника, m iA - влияние многопутности на фазовые измерения,  A ,  i - запаздывания сигналов в цепях измерения фазы в приемнике и на спутнике, A (t0 ),  i (t0 ) - начальные фазы генераторов приемника и спутника, N Ai - целочисленная начальная неоднозначность фазы,  - длина несущей волны,  Ai - шумы измерения фазы. 3.6 Ошибки ГНСС-наблюдений и методика ослабления их действия Вследствие различных факторов результаты ГНСС-измерений отягощены различными систематическими и случайными погрешностями, которые рассмотрим далее. Систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во времени по определѐнному закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические погрешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т. п.), неучтѐнными экспериментатором. Систематическую ошибку нельзя устранить повторными измерениями. Еѐ устраняют либо с помощью поправок, либо «улучшением» эксперимента. Систематические погрешности в радионавигации получили название смещений. Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений одной и той же ве49 личины, проведенных в одних и тех же условиях. В появлении таких погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения. Описание случайных погрешностей возможно только на основе теории случайных процессов и математической статистики. В радионавигации погрешности случайного характера отождествляют с понятием «шум». Методика ослабления их действия - использования большого массива отдельных измерений, применение методов статистической обработки результатов измерений. Основными факторами, влияющими на точность определения координат с применением ГНСС-технологий, являются: - ионосферные и тропосферные задержки сигнала в атмосфере (по мере прохождения атмосферы сигнал замедляется); - многолучевой прием сигнала (многопутность); - геометрия видимых спутников, определяемая взаимным расположением спутников в каждый момент времени; - ошибка часов приемника; - собственные шумы навигационных приемников. Тропосферная задержка. Состав атмосферы сложный и неоднородный и условия прохождения сигнала через атмосферу существенно отличаются от прохождения света в вакууме, вследствие чего скорость прохождения радионавигационного сигнала сквозь атмосферу меньше скорости распространения света в вакууме. Наибольшее воздействие на сигнал ГНСС оказывает водяной пар, содержащийся в атмосфере, поэтому тропосферную задержку часто называют «влажной» или «гидростатической» задержкой. Величина тропосферной задержки одинакова для наблюдений на L1 и на L2 как для измерений псевдодальностей по кодам, так и для фазы несущей. Значение гидростатической составляющей для зенитного направления составляет около 2.1 м и зависит только от давления, а величина влажной составляющей может колебаться от нескольких сантиметров примерно до 40 сантиметров и зависит главным образом от влажности. При переходе от зенитного направления к наклонным направлениям задержка увеличивается примерно пропорционально секансу высоты, достигая вблизи горизонта 2030 м. Методика ослабления действия тропосферной задержки: - построение моделей тропосферы и использование их в программах для обработки спутниковых измерений, выполненных ГНСС-приемниками, с целью компенсации (введения поправок) за тропосферную задержку; - измерение метеопараметров (радиометры паров воды) тропосферы и использование их в программах для обработки спутниковых измерений, выполненных ГНСС-приемниками, с целью компенсации (введения поправок) за тропосферную задержку (для высокоточных измерений); - определение влажной задержки в процессе обработки (при наличии длительных – несколько суток - ГНСС-измерений). 50 Ионосферная задержка. Прохождение радиосигнала со спутника через ионосферу приводит к его задержке (уменьшению скорости распространения), при этом эффект можно сравнить с преломлением луча света, проходящего через стекло (рис. 27). Рис. 27.Схема искажения радионавигационного сигнала ГНСС при его прохождении через ионосферу (ионосферная задержка) Влияние ионосферы распространяется на слои атмосферы примерно от 50 до 1000 км над земной поверхностью. Максимальная величина ионосферной задержки составляет в зените около 30 м, вблизи горизонта она почти в три раза больше. Дневная величина задержки примерно в 5-10 раз больше, чем ночью. Задержка изменяется в течение года и в течение 11-летнего цикла солнечной активности. Неоднородности в распределении электронов приводят к значительным пространственным изменениям в величине задержки, что затрудняет решение базовых линий длиной более 1000 км. Серьѐзные помехи в наблюдениях возникают во время магнитных бурь. При этом возможны кратковременные (в течение нескольких секунд) многократные увеличения задержки. Величина задержки зависит от частоты, и ее влияние на псевдодальности и фазы происходит с противоположными знаками. Факторы, влияющие на величину задержки, вызванной ионосферой а) Возвышение спутника. Задержка сигналов спутников, находящихся низко над горизонтом, будет больше, чем сигналов спутников, расположенных высоко в зените. Это происходит из-за увеличения расстояния, которое сигнал проходит через атмосферу (D2 >(D1) (рис. 28). 51 Рис. 28.Схема влияния возвышения спутника на величину ионосферной задержки Б) Плотность ионосферы, зависящей от активности Солнца. Ночью влияние ионосферы низкое. Днѐм солнце увеличивает воздействие ионосферы и замедляет сигнал. Плотность ионосферы, изменяется в соответствии с циклом солнечной активности. Солнечная активность достигает максимума приблизительно каждые 11 лет. Последний пик (солнечный максимум) был в 2011 году, следующий ожидается около 2022 года. Кроме того, могут происходить и беспорядочные солнечные вспышки, которые также воздействуют на ионосферу. Методика ослабления действия ионосферной задержки: а) установление угла отсечения (маски) с тем, чтобы не использовать спутники, расположенные низко над горизонтом (по возможности). С увеличением количества используемых ГНСС (количества спутников над горизонтом) эти возможности увеличиваются; б) использование моделей ионосферы при обработке ГНСС-измерений; в) использование «двухчастотных» ГНСС-приѐмников. Такие приѐмники измеряют сигналы ГНСС на 2-х частотах L1 и L2. Известно, что, когда радиосигнал проходит через ионосферу то скорость его замедляется, обратно пропорционально частоте. Следовательно, если сравнить время приѐма двух сигналов, то можно точно оценить время задержки прохождения сигнала. Многопутность: ошибка из-за переотражения, многолучевости навигационного сигнала. Переотражение происходит, когда антенна приѐмника установлена рядом с большой отражающей поверхностью типа озера или здания. Спутниковый сигнал не достигает антенны по прямой, а сначала попадает на близлежащий объект. В результате на антенну попадает отражѐнный сигнал, что образует ложное измерение (рис. 29). 52 Рис. 29.Схема формирования переотраженного сигнала при многопутности Методика ослабления действия тропосферной задержки: а) установка антенн ГНСС-приемников вдали от больших препятствий б) использование специальных ГНСС- антенн (Choke-Ring), с встроенным защитным экраном (круглый, металлический диск приблизительно 50 см в диаметре), который предотвращают приѐм низко распространяющихся сигналов Шум измерений в аппаратуре. В процессе измерения псевдодальностей (определения величины, на которую приемник должен сместить созданный им код, чтобы выровнять его с поступившим со спутника сигналом), выполняется при помощи коррелятора в некоторой схеме цепи захвата задержки. Погрешность, возникающая при сравнении принятого со спутника сигнала и его копии, созданной в приемнике, называется шумом измерений. Методика ослабления действия шума измерений в аппаратуре: Для уменьшения шума разработаны технологии узкого и стробового корреляторов, которые демонстрируют в 10 раз лучшее исполнение корреляции, чем без их применения. Геометрическое снижение точности. Геометрическое снижение точности (DOP - DelutionofPrecision) - мера строгости спутниковой геометрии и связано с расположением спутников на небесной сфере. DOP может усилить воздействие ошибок определения. В общем случае, геометрический фактор расположения созвездия спутников, участвующих в определении, зависит от объема пространственной фигуры, образованной приемником и крайними спутниками созвездия. Таким образом, чем больше объем этой фигуры (спутники расположены по всем направлениям горизонта и на высотах, близких к горизонту), тем точнее геометрия созвездия спутников. Аналогично, верно и обратное, если спутники в наблюдаемом созвездии сгруппированы в небольшой части небесной сферы (например, все находятся примерно в одном направлении с небольшим разбросом по высоте), то геометрический фактор созвездия спутников низкий. В зависимости от типа измерений могут быть вычислены различные типы геометрического снижения точности или DOP. VDOP - снижение точности по высоте. Дает снижение точности в вертикальном направлении. HDOP - снижение точности в плане. Дает снижение точности в горизонтальном направлении. 53 PDOP- снижение точности положения. Дает снижение точности трѐхмерного положения. GDOP- геометрическое снижение точности. Дает снижение точности трѐхмерного положения и времени вычисляется по формуле: (2) Где: mN, mE и mh - ср. кв. ошибки определения координат по направлениям на север, на восток и по высоте; m0 - ср. кв. ошибка определения времени; с - скорость электромагнитных волн mt – погрешность определения времени Методика ослабления действия геометрического фактора: а) наблюдение как можно большего количества спутников, расположенных в разных частях небесной сферы, при этом исключая низко расположенные спутники, где ошибки воздействуют в большей степени; б) общее правило при геодезических ГНСС- измерениях – наблюдать спутники с углами возвышения (маской) 15° и выше. в) не производить ГНСС измерения в случае низкого GDOP, GDOP должно быть ≤ 8. Предрасчет значения геометрического фактора GDOP может быть произведен перед началом полевых спутниковых измерений на основе содержащейся в альманахе информации о расположении спутников на соответствующий момент времени и приближенного знания координат пункта наблюдения. На основании этого предрасчета определяется оптимальный период наблюдения данного пункта. 3.7 Виды и основные характеристики спутниковой аппаратуры потребителя, ее роль для геодезических измерений В общей структуре ГНСС сегмент аппаратуры потребителя (пользовательский сегмент, см. рис. 15) является тем конечным продуктом, ради которого система создавалась. В настоящее время создано множество видов и классов ГНССприемников, характеристики которых соответствует классу задач, которые решается с их применением. По методу измерения псевдодальностиГНСС-приемники подразделяются на Кодовые и Фазовые. Кодовые приемники. Эти ГНСС-приемники определяют положение, обрабатывая информацию, содержащуюся в коде, который передается спутниками. Преимущество этих приемников их низкой стоимости. Недостатком является сравнительно низкая точность определения координат – порядка 5 м или хуже. Эти типы ГНСС- приемников для точных геодезических, а также кадастровых работ не применяются. Не смотря на декларируемую точность порядка 5 м, фактическая 54 точность этих приемников из-за ошибок абсолютного метода определения может быть ниже, что делает невозможным их применение даже при определении координат характерных точек границ земельных участков, отнесенных к землям лесного фонда, землям водного фонда и землям запаса, где СКО местоположения характерных точек д.б. ≤ 5м. Фазовые приемники. Эти приемники определяют положение путем обработки измерений фазы несущей волны, наблюдаемой в течение некоторого времени. У них не нужно декодировать переданную информацию, за исключением данных о положениях спутников. Преимущество этого метода – его высокая точность. Такие приемники могут обеспечивать сантиметровый уровень точности даже в реальном времени, когда используются дифференциальные поправки. Недостаток – их высокая стоимость. Именно фазовые ГНСС-приемники (одно-, двух- и современные трехчастотные) применяются для выполнения точных геодезических, а также кадастровых работ, так как они обеспечивают заданные требования по взаимной точности координат пунктов при построении любых видов геодезических построений, в том числе опорных межевых сетей. По ареалу применению приемники подразделяются на нижеуказанные виды. Ручные приемники общего назначения. Навигационные приемники наиболее простые и дешевые. Они обеспечивают определение координат в абсолютном режиме, в реальном времени. Они могут быть одно- и многоканальными, одно- и двухчастотными, работающими по GPS или ГЛОНАСС, или по обеим системам. Они обеспечивают данными невысокой точности, порядка 10-15 м в лучшем случае. Эти приемники характеризуются малыми размерами и портативностью, питаются от батарей и имеют встроенный дисплей. Дисплей обычно на жидких кристаллах, имеет низкое потребление питания и может быть либо буквенноцифровым, либо графическим. Некоторые из этих приемников могут иметь возможность выводить на дисплей топографические, авиационные или морские карты с карт данных. Антенна может быть внешней для установки вне средства передвижения. Авиационные приемники. Эти приемники оптимизированы для применения в авиационной навигации и могут выводить на дисплей навигационные карты. Эти приемники обычно работают совместно с другой аппаратурой воздушного судна (авионикой). Их точность изменяется в зависимости от класса воздушных судов, на которых прибор планируется использовать. Приемники для навигации автомобилей, информационных систем дорожных средств и управления парками дорожных средств. Эти приемники устанавливаются на автомашинах, грузовиках, на поездах. Назначение приемников может изменяться в зависимости от применения, но характеристики будут подобными. Приемники, используемые на автомашинах, служат для навигации водителем или для отсылки сообщения в службу спасения (при несчастном случае). GPS приемники, используемые в автобусах, грузовиках 55 и на поездах, предназначаются, главным образом, для отслеживания диспетчерскими службами. Морские приемники. Эти приемники предназначены для навигации на море, у них есть возможность выводить на экран морские карты и соединяться с другим навигационным оборудованием. Космические приемники. Эти приемники используются на спутниках, как для навигации, так и для определения ориентировки. Они могут быть защищенными от излучений и иметь специальные программы, позволяющие им работать на высоких скоростях, вызванных орбитальным движением космического аппарата. Топографические приемники служат для составления карт и сбора данных о местности. Навигационно-топографические приемники обычно имеют точность на уровне от 10 м до 1 дм при расстояниях до 50 - 500 км, что достигается дифференциальным режимом работы. Они могут быть кодовыми и кодо-фазовыми. Последние имеют более высокую точность, но ограничены по дальности. Такие приемники оптимальны для сбора данных и пересылки их во внешнюю базу данных. Они часто объединяют умеренную точность автономных определений с возможностью ее повышения дифференциальным методом до 1 м.Их можно использовать вместе с компьютером для сбора и обработки данных. В такие компьютеры можно заранее загружать библиотеку с описанием особенностей объектов съемки, тогда оператору остается выбирать из библиотеки подходящий тип объекта, положение которого определяется. Такие приемники можно нести в руках, у них малые батареи, а антенна крепится к рюкзаку за спиной. Геодезические приемники. Такие приемники предназначены для высокоточных измерений. Такие приемники должны иметь антенны для установки на штативе и иметь возможность переключать питание в процессе работы. 56 Рис. 30.Примеры ГНСС-приемников геодезического класса точности: комплект из антенны (а), приемника (б), котроллера (в); укладка комплекта приемника в транспортировочном контейнере (г); установка на штативе (д), на вехе (е). Именно этот класс ГНСС-приемников применяется при выполнении точных геодезических, а также кадастровых работ, фото таких приемников см. рис. 30. Постоянно повышающаяся точность аппаратуры стирает грань между навигационно-топографической аппаратурой и чисто геодезической. Фазовые приемники отличаются по числу каналов, они могут быть одно- и двухчастотными, а также работающими по одной или двум СНС. Двухчастотные фазовые приемники наиболее полно обеспечивают все разнообразие возможностей спутниковой аппаратуры и дают наиболее точные результаты на расстояниях до нескольких тысяч километров. Наличие двух частот обеспечивает точный учет влияния ионосферы. Одночастотные фазовые приемники более простые и менее точные, их область применения - построение опорных сетей и землеустройство. 3.8 Технология построения геодезических сетей с применением ГНСС 3.8.1 Технология (порядок) построения спутниковых геодезических сетей Технология (порядок)построения спутниковых геодезических сетей включает следующие этапы: - составление технического проекта геодезических работ на объекте; - получение разрешений для работы на режимных или частных территориях и на работу радиостанции; - полевая рекогносцировка, в результате которой делаются заключения об объекте, технологии работ и особенностях материально-технического обеспечения измерений. В итоге составляется проект полевых работ, и подготавливаются необходимый картографический материал; - закладка центров; - организация базовых станций (если этого требует технология); - планирование сеансов наблюдений, которое включает в себя определение оптимальных временных интервалов измерений, проектирование последовательности сеансов или маршрутов обхода объектов съемки; - полевые измерения (съемка объектов); - камеральная обработка, вывод результатов измерений; - составление технического отчета и оформление необходимой документации; - полевой контроль, архивирование и сдача материалов; С организационно-правовой точки зрения применяемая для съемки ГНССаппаратура должна иметь следующие документы: - свидетельство о метрологической поверке, подтверждающее паспортные данные прибора (аппаратуры) на период полевых работ (обновляется ежегодно); 57 - разрешение Главного радиочастотного центра (ГРЧЦ) на использование радиомодемов. 3.8.2 Составление технического проекта спутниковой геодезической сети Работа над техническим проектом спутниковой геодезической сети начинается со сбора и анализа материалов о геодезической и картографической изученности района работ. Сведения о выполненных ранее работах по развитию геодезической сети с применением ГНСС-технологий, а также традиционными методами (триангуляция, полигонометрия, нивелированию) получают в территориальных управлениях Росреестра и в организациях, проводивших соответствующие работы. В техническом проекте устанавливаются объемы работ, технология их выполнения, материально-техническое обеспечение и сметная стоимость. Текстовая часть проекта должна содержать: - сведения о назначении проектируемых работ, плотности пунктов и их точности; - сведения о ранее выполненных работах; - краткую характеристику физико-географических и климатических условий района работ, влияющих на организацию и проведение спутниковых определений. Особенно важными факторами являются сведения о характере растительности, дорожной сети и проходимости местности, наличии помех в виде радиолокаторов, УКВ-передатчиков, ЛЭП. Для выбора ГНСС-аппаратуры важно указать возможный перепад температур на период работ; информация о глубинах промерзания и оттаивания грунтов, необходимая для правильного выбора типа центров проектируемой геодезической сети; информация о гидрографическом режиме; - обоснование выбора типа геодезических знаков; - обоснование режима определения координат, типа аппаратуры и ее программного обеспечения, режимов измерений и технологии наблюдений; - характеристика запроектированной сети, способы ее объединения с существующей сетью в плане и по высоте, схема расположения пунктов сети, названия пунктов полные и краткие для использования в качестве идентификаторов при вводе данных в аппаратуру и при работе с программным обеспечением; - порядок обработки результатов наблюдений, выбор способов преобразований координат и высот; - обеспечение техники безопасного ведения работ; - сроки начала и окончания работ, - расчет объемов работ, сметной стоимости, обоснование штатного расписания. При проектировании геометрии геодезической сети следует учитывать особенности относительных спутниковых координатных определений, основные нюансы этого процесса приведены ниже. Геометрия проектируемой геодезической сети 58 При проектировании геодезической сети, развиваемой традиционными наземными методами (например, методом триангуляции), критически важно было соблюдать форму треугольников. В этой сети не допускались тупые углы, так как это приводило при равной точности измерения всех углов в треугольнике к более низкой точности вычисления сторон, лежащих напротив тупых углов. Именно поэтому, минимальный размер угла в треугольнике не допускался в 1классе менее 40° (в остальных классах – не менее 20°). Передача координат в сетях, построенных с применением СРНС, сводится к последовательному добавлению разностей пространственных прямоугольных координат XYZот некоторой начальной точки. В отличие от триангуляции математическая модель спутниковой сети, состоящей из векторов базовых линий, является оказывается линейной. Матрица коэффициентов уравнений поправок (матрица плана) в ГНСС-методе содержит только коэффициенты 1, -1 и 0. В этом отношении векторная сеть подобна нивелирной сети. Из-за особого вида матрицы плана форма наземной векторной сети не играет роли. «Геометрия решения» определяется геометрией спутникового созвездия, которая отражается в стохастической модели и числе векторов на пункт (то есть числе связей между пунктами). Спутниковая сеть может состоять из любых фигур (треугольников, четырехугольников, и других многоугольников), их комбинаций и траверсов, при этом величина углов в этих фигурах не имеет значения. Поскольку форма сети не имеет особого значения, и не нужно обеспечивать взаимную видимость между пунктами, то можно выбирать места для закладки пунктов там, где это удобно, – в легко доступных местах, поблизости от дороги и т.д. Учет взаимной видимости потребуется при выборе места для ориентирных пунктов (если проектом развития геодезической сети предусмотрена их закладка) или при работе с радио модемами. При отсутствии прямой радио видимости между антеннами передатчика и приемника работа в режиме RTK невозможна. В этом отношении работа с телефонными модемами имеет преимущество, поскольку прямая видимость в этом случае не требуется. Длинные и короткие базовые линии Присутствие в сети длинных и коротких базовых линий может создавать некоторые сложности при реализации проекта. Из-за высокой корреляции ошибок атмосферы на коротких базовых линиях целочисленные неоднозначности обычно разрешаются гораздо лучше, чем на длинных линиях. Решения с вычисленными неоднозначностями (фиксированные решения) приводят к малым средним квадратической ошибкам в разностях координат. Плавающие решения, то есть без разрешения неоднозначностей, часто являются единственной возможностью для длинных базовых линий, но они дают значительно большие погрешности. Когда в спутниковой геодезической сети есть короткие и длинные базовые линии, совокупность коротких линий будет получаться с высоким весом в уравнивании сети. Это будет приводить к неравноточной сети пунктов. Поэтому рекомендуется при проектировании сети планировать линии примерно равных длин, в отношении таких линий существует примерно равная вероятность того, что они будут вычислены с разрешением неоднозначности, а 59 значит с равной точностью. Длинные базовые целесообразно разбить на несколько более коротких, или измерять двухчастотными приемниками с использованием точных эфемерид. Тогда их статистические оценки будут сравнимы с оценками коротких базовых линий. Точность исходных координат начального пункта сети В относительном методе спутникового позиционирования, применяемом при создании и развитии геодезических сетей с использованием ГНСС, наблюдения производятся синхронно (одновременно) не менее чем двумя ГНССприемниками, один из которых располагается на опорном пункте с известными координатами, а второй совмещен с определяемым объектом. Таким образом, при вычислении каждой базовой линии должно быть определено, какой из двух образующих ее пунктов является исходным, а при создании и вычислении геодезической сети, состоящей из определенным образом упорядоченного набора базовых линий, необходимо решить, какой пункт в ней выбрать в качестве исходного (опорного), от которого координаты в геоцентрической СК по базовым ГНССвекторам будут переданы на все остальные пункты сети, и определить способ получения его абсолютных координат в мировой геоцентрической системе координат (ITRF, WGS-84). Такой пункт в сети называется начальным (так как его координаты будут задавать геоцентрическую СК WGS-84/ITRF для всей сети). Заданием начального пункта сети в СК WGS-84 определяется его абсолютное положение на земном шаре. Точность задания (определения) координат начального пункта сети влияет на точность вычисления всех базовых векторов и, в конечном итоге, на точность построения геодезической сети. Здесь и далее в настоящем пособии мировые геоцентрические системы координат World Geodetic System(мировая геодезическая система) – 84 (WGS-84) и International Terrestrial Reference Frame(международная земная отсчетная основа) ITRF в связи с их взаимным совпадением с субдециметровой точностью (а WGS-84 и ITRF-2000 совпадают с точностью до 1 см.) рассматриваются как системы координат-аналоги, хотя, безусловно, следует понимать, что наиболее точной реализацией мировой геоцентрической системы координат в настоящее время являетсяITRF. ОшибкаMв координатах начального пункта сети в СК WGS-84 вызовет ошибку MDв вычислении базовой линии длиной D, определяемую формулой [4]: MD/D = k·M/R(3) где R –радиус Земли. Коэффициент k у разных авторов принимает значения от 0.3 до 1. Точность передачи координат современными двухчастотными фазовыми геодезическими приемниками составляет: - в плане ± 5 мм + 1 мм на каждый км. длины вектора базовой линии, что при длине линии в 30 км. составит ± 3,5 см; - по высоте ± 10 мм + 1 мм на каждый км. длины вектора базовой линии, что при длине линии в 30 км. составит ± 4,0 см. Ошибка задания координат начального пункта сети в геоцентрической СК не должна приводить к погрешностям вычисления длин базовых векторов, сопоста60 вимых с приборной точностью ГНСС-приемников, а наоборот должна быть существенно ниже уровня точности приборов, чтобы не вносить в результаты обработки ГНСС-измерений систематических погрешностей. В общем случае для получения координат начального пункта (НП) в геоцентрической СК (ITRF, WGS-84) имеется 3 возможности: - использовать навигационные координаты НП, вычисленные в абсолютном режиме по кодовым ГНСС-измерениям на этом пункте; - включить в создаваемую геодезическую сеть (и выполнить на нем ГНССизмерения) хотя бы 1 пункт государственной геодезической сети (ГГС), координаты которого из государственной системы координат (СК-95, СК-42) перевычислить в WGS-84 (ITRF) по существующим параметрам связи между ними, например, установленным в ГОСТ 32453-2013; - осуществить привязку НП к исходным пунктам с известными точными координатами в системе WGS-84, ITRF, ГСК-2011 посредством выполнения соответствующей продолжительности ГНСС-измерений и последующего вычисления соответствующих базовых векторов от них до НП сети. Анализ точности вышеуказанных 3-х методов привязки ИП к геоцентрической СК приведен в Таблице 4 [4]. Таблица 4 Погрешность определения длины базовой линии, вызванная ошибкой определения координат начального пункта в СК WGS-84/ITRF. Метод определения координат НП ГНСС-сети Погрешность Погрешность вычисления длины координат базовой линии (БЛ) начального в относитель- в абсолютной вепункта в СК ной мере личине (см) для БЛ WGS-84/ITRF длиной 30/50 км. Навигационные координа- до 15 м в пла3.6*10-6 11/18 ты не и до 23 м по высоте Перевод координат из ГСК до 10 метров 1.6*10-6 5/8 СК-42/СК-95 в СК WGS84/ITRF по параметрам связи [7] Привязка к пунктам МГС, не более 0.2 м 3.1*10-8 0.1/0.2 ФАГС, ВГС, СГС-1 Как видно из вышеприведенной Таблицы 4, использование навигационных координат начального пункта при создании и развитии методами спутниковой геодезии государственной геодезической сети недопустимо. Вследствие ошибок навигационных координат, величины которых могут достигать до 23м., погрешности вычисления длин базовых линий могут составлять величины до 18 см (при 61 длине линии 50 км), что более чем в 4 раза превышает инструментальную точность ГНСС-приемников. Использование для этих же целей координат пунктов ГГС, включаемых в сеть при создании и развитии ГГС также нежелательно, так как параметры связи между СК WGS-84 и государственной системой координат СК-95 определены в целом для территории Российской Федерации и в отдельных ее частях могут давать погрешности преобразования до 10м., что повлечет за собой ошибки в вычислении базовой линии до 5 см. (при длине линии 30 км), которые превышают приборную точность ГНСС-приемников. Наиболее правильным способом определения координат начального пункта при создании и развитии ГГС является его привязка посредством ГНССизмерений к пунктам мировой или российской спутниковой геодезической сети. Поэтому в техническом проекте на создание спутниковой геодезической сети следует предусмотреть соответствующий ее точности способ определения исходных координат начального пункта в геоцентрической системе координат. Независимые и зависимые базовые линии Предположим, что приведенная на рис. 31 сеть наблюдаться четырьмя ГНСС-приемниками, и в первой сессии приемники будут установлены на точках 1, 2, 3 и 7. Рис. 31.Фрагмент сети, наблюдаемый четырьмя ГНСС-приемниками Совокупность наблюдений, выполненных этими приемниками, дает возможность вычислить шесть векторов базовых линий. Однако нетрудно видеть, что любой из этих векторов можно получить путем сложения или вычитания других векторов. Например, вектор 1-7 можно найти, сложив векторы 1-2 и 2-7. В каждую сессию можно определить тот минимальный объем векторов, которые дают единственное решение. На рисунке сплошными линиями показаны независимые или нетривиальные линии. Три линии, которые показаны пунктиром, называют тривиальными или зависимыми линиями. В соответствии с правилами комбинаторики, если на пункты сети в рамках проводимой сессии наблюдений установлены 4 ГНСС-приемника, между пунктами всегда можно вычислить 6 базовых линий (базовых векторов). Однако любые из них три базовые линии будут полностью определять положение станции относительно других в данной сессии. Поэтому пользователь может считать любые три из 6 линий независимыми. Но как только решение сделано, только эти три линии включаются в сеть. Остальные три линии тогда считаются тривиальными и исключаются. На практике почти всегда выбираются кратчайшие линии, а три самые длинные линии – исключаются как тривиальные или зависимые. Этот случай как раз и проиллюстрирован на рис. 31. 62 Если R– число приемников, используемых в наблюдениях, то каждая сессия измерений дает R(R-1)/2 всех комбинаций базовых линий, но независимыми являются толькоR-1. Нельзя сказать, что кратчайшие базовые лини всегда выбираются как независимые линии. Иногда бывают причины, чтобы отвергнуть более короткие базовые векторы из-за неполных данных, большого количества потерь счета циклов, многопутности или какого-либо другого недостатка в измерениях. Прежде чем делать такое заключение, каждый сеанс необходимо проанализировать после того, как данные действительно были собраны. На стадии планирования всегда лучше за независимые базовые линии принимать кратчайшие линии. Другой аспект, связанный с различием между зависимыми и независимыми базовыми линиями включает концепцию невязок или не замыканий замкнутых фигур. Замыкание представляет процедуру, при которой проверяется внутренняя согласованность спутниковой сети (складывается сумма приращений координат по замкнутому контуру, которая вследствие ошибок измерений не равна теоретической величине- нулю). Любое замыкание фигуры, использующей базовые линии, выведенные из единственной общей сессии будет давать ноль, поскольку они получены по одним и тем же одновременным наблюдениям спутников. Для того, чтобы мы имели возможность все же использовать базовые векторы (БВ) в 1-7, 2-7, 3-7 в обработке и уравнивании сети, показанной на рис. 31 (для того, чтобы замкнуть фигуры сети и посчитать их невязки), необходимо сделать эти БВ независимыми от измерений первой сессии, для чего следует измерить их в другую сессию (в другое время или в другой день, когда будут наблюдаться другое созвездие спутников и будут другие условия наблюдений). Из приведенных рассуждений следует, что поскольку при планировании необходимо для каждой сессии отбирать только независимые линии, то на некоторых станциях потребуется провести несколько сессий. Кроме того, для лучшей согласованности данных и повышения точности сети некоторые независимые векторы требуется вычислять из различных сессий. 3.8.3 Методика полевых работс применением ГНСС-приемников В данном разделе лекций рассматривается методика полевых работ, выполняемых ГНСС-приемниками как при развитии геодезических сетей (в том числе опорных межевых сетей), так и в процессе геодезических измерений по определению координат точек и объектов местности, в том числе характерных точек земельных участков в процессе кадастровых работ. Процесс рекогносцировки и закладки пунктов создаваемых сетей при этом детально не излагается, предполагая, что он, в основном, соответствует этим же процессам при построении геодезических сетей, создаваемых традиционными методами и хорошо известен слушателям. Главным отличием процесса рекогносцировки и закладки пунктов создаваемых спутниковых геодезических сетей заключается в том, что при выборе мест закладки центров нет необходимости обеспечивать взаимную видимость между пунктами. 63 Места размещения пунктов должны обеспечивать оптимальные условия для выполнения наблюдений, главное из которых – чистое небо от высоты 10 - 15 над горизонтом. Высокие деревья с плотной листвой обычно создают проблемы в наблюдениях: листья и ветки блокируют сигналы спутников или сильно их ослабляют. Нежелательно устанавливать приемник около высоких стен или на крышах. Плоские поверхности около антенны, как вертикальные так и горизонтальные, создают многопутность сигналов. От одноэтажных зданий необходимо отходить на 15 – 20 м, а от многоэтажных – на 50 м и более. Можно допускать наличие препятствий к северу от пункта в азимутах примерно 315-45. Это объясняется тем, что для широт в 50 и более северных спутники NAVSTAR преимущественно находятся преимущественно в южной стороне неба. При наличии объектов съемки с препятствиями полезно составить диаграммы препятствий. Телевизионные или микроволновые передатчики, расположенные поблизости от спутникового приемника, могут вызывать явление интерференции. Нецелесообразно размещать пункт ближе 1 км от источника помех. Удаление от ЛЭП обычно принимается не менее 150 м. Решающим фактором при выборе места для пункта становится его доступность. Предпочтительнее места поблизости от дорог (20-30 м), это повысит производительность работ. Выбор аппаратуры, метода наблюдений. Полевое ГНСС-оборудование включает блоки ГНСС-приемников и вспомогательные приборы, такие как штативы, трегеры, вешки, аккумуляторы, зарядные устройства, рации, радиомодемы и другое вспомогательное оборудование. Выбор соответствующего приемника зависит от особых требований проекта. Все оборудование до выезда на полевые работы должно быть протестировано и иметь метрологическую аттестацию. Типы приемников. Правильный выбор приемника и сопутствующей аппаратуры позволяет добиваться необходимой точности и высокой производительности при минимальных материальных затратах. Нужно иметь также в виду, что многие приемники имеют набор опций, за каждую из которых необходимо доплачивать. Можно выстроить следующую примерную шкалу спутниковых приемников в зависимости от их стоимости: - кодовый приемник для навигации по стандартному коду GPS или ГЛОНАСС, - кодовый приемник с дифференциальным режимом при пост-обработке, - кодовый приемника с дифференциальным режимом в реальном времени, - кодо-фазовый приемник (с неполным разрешением фазы), - фазовый одночастотный приемник (статика обязательна, быстрая статика, кинематика истинная и Stop-and-Go – по необходимости), - фазовый одночастотный приемник с теми же возможностями и с возможностями работы в реальном времени, - фазовые двухчастотные приемники, по аналогии с одночастотными приемниками с возможностями статики, быстрой статики, истинной кинематики с 64 инициализацией On-the-Fly или без нее, кинематикой Stop-and-Go, с возможностями съемки в реальном времени или только с пост-обработкой. Из вышеуказанных типов приемников для развития государственной геодезической сети может быть использованы только фазовые двухчастотные приемники, для развития сетей сгущения и ОМС, а также выполнения кадастровых работ могут также использоваться и фазовые одночастотные приемники в различной комплектации. Методика наблюдений спутниковой сети Статическое и кинематическое позиционирование. Режимом статики обозначают стационарное наблюдение положения, в то время как режим кинематики предполагает движение. Временная потеря захвата сигнала со спутника в статическом режиме не является такой критической, как в кинематическом режиме. Термины «статика» и «кинематика» необходимо рассматривать в контексте точечного или относительного позиционирования. Типичные примеры этих режимов даются для того, чтобы познакомить слушателя с этими терминами. Статическое точечное позиционирование по кодам полезно, если необходимо иметь координаты точки с умеренной точностью (1-5 м). Кинематическое точечное позиционирование можно использовать для определения трехмерной траектории аппарата как функции времени. Поэтому типичным примером для кинематического позиционирования является навигация судна. Некоторые приемники могут выполнять точную навигацию (траекторные измерения) по псевдодальностям, сглаженным фазой. Статическое относительное позиционирование по фазе, несущей является самым точным методом позиционирования и именно он рекомендуется для выполнения большинства геодезических измерений в процессе кадастровых работ. Этот метод предназначен для определения вектора базовой линии между двумя стационарными приемниками. В статических съемках достижимы точности 10-610-7и даже лучше, что эквивалентно миллиметровой точностина базовых линиях в несколько километров. Кинематическое относительное позиционирование включает один стационарный и один движущийся приемник. Два приемника выполняют наблюдения одновременно. Основные применения этого метода в основном те же самые, что для кинематического точечного позиционирования, но достижима точность сантиметрового уровня. Использование радиосвязи между станциями базовой линии приводит к режиму кинематики реального времени (RTK). В зависимости от типа данных (фазы или фазовые поправки), которые передаются в реальном времени мобильному приемнику, метод относят к относительному или дифференциальному позиционированию. В процессе развития GPS/ГЛОНАСС-технологий было разработано три режима статических измерений с применением фазовых приемников. Первый из них, появившийся как модификация интерферометрического метода радиоастрономии, называют классической статикой или просто - статическим режимом. 65 Второй режим – быстрая статика (faststatiс или rapidstatic). Его принципиальное отличие от предыдущего режима заключается в уменьшении времени наблюдений на пункте, применении специальных алгоритмов для разрешения начальных неоднозначностей фаз, и как следствие от выигрыша времени, некоторую потерю точности. Третий режим получил название реоккупация-метод спутниковых определений, при котором наблюдения подвижной станцией на точке выполняют двумя приемами продолжительностью не менее 10 минут каждый с интервалом между выполнением приемов от 1 до 4 часов. В каждом из перечисленных режимов возможно применение как одночастотной, так и двухчастотной аппаратуры. Двухчастотная статика – наиболее универсальный режим измерений, в котором возможно достижение самой высокой точности и на самых больших расстояниях, вплоть до нескольких тысяч километров. В этом режиме иногда отдельно выделяется статика коротких, средних и длинных базовых линий. Четких количественных границ между этими понятиями не существует, и основной принцип деления основан на теоретических возможностях исключения определенных видов ошибок. На коротких базовых линиях уверенно исключается влияние ионосферы и тропосферы. В периоды минимума солнечной активности одночастотные приемники могут давать фиксированное решение на расстояниях до 60 км, в то время как в максимум солнечной активности с трудом дают решение на расстояние 10 км. Ошибки тропосферы перестают быть коррелироваными с расстояний около 15 км. В среднем можно считать, что под короткие расстояния понимаются обычные для классической триангуляции и полигонометрии расстояния в пределах до 15-25 км. По другому определению пределом для коротких расстояний является то расстояние, на котором становится ощутимым расхождение между результатами одночастотных и двухчастотных измерений. Подобным образом, верхний предел для средних расстояний можно определить как минимальное расстояние, на котором разрешение неоднозначностей на двух частотах не выполняется из-за доминирующего влияния ошибок опорных координат и орбиты. Диапазон расстояний для средних базовых линий предполагается примерно от 20-50 до 1000 км. Пределом расстояний для длинных базовых линий является возможность выполнения синхронных измерений. Чем длиннее расстояние между пунктами, тем меньше наблюдается общих спутников. В статических режимах одновременно работают, по крайней мере, два приемника, и ожидается точность сантиметрового уровня. Один из них располагается на точке с известными координатами (опорный или базовый приемник), координаты второго приемника подлежат определению. Синхронизация работы приемников на уровне минут обеспечивается наблюдателями, которые включают аппаратуру в заранее установленное время. Синхронизация на уровне секунд достигается выбором в приемнике одинаковых интервалов между измерениями (интервал между эпохами наблюдений). Наиболее распространенные интервалы в 1, 5, 10, 15 и 30 с. Если в приемниках установлены разные интервалы между эпохами, то некоторые наблюдения могут оказаться несинхронными. Более точная синхронизация часов приемников обеспечивается навигационным решением по C/A-коду. 66 Если точность однократного абсолютного определения координат 15 м, то это позволяет синхронизировать часы приемников на уровне 10-7-10-8 с. Этот уровень точности определения времени достаточен для обеспечения одновременности наблюдений фазы несущей волны на отдельных станциях. Наиболее важная проблема обработки фазовых измерений заключается в определении целого числа длин волн N(1), которое не фиксируется приемником при первом измерении. Это число называют начальной целочисленной неоднозначностью фазовых измерений. Для установления правильного значения этого числа программа, обрабатывающая базовую линию – процессор базовых линий, производит его подробное исследование. В общем случае получаемые из решения неоднозначности не являются целыми из-за остаточных ошибок моделей, заключающихся в невозможности математически точно описать спутниковые орбиты, влияние ионосферы и тропосферы и т.п.Поскольку известно, что неоднозначности должны быть целыми, а не вещественными, можно усилить решение, получая целые оценки неоднозначностей. Если выполнить надежное округление до целого удается, говорят о «фиксированном решении» для базовой линии, в противоположность «плавающему решению». Для достижения сантиметровой точности всегда необходимо получать фиксированное решение. Двухчастотные измерения почти всегда дают более точное решение, чем одночастотные измерения, за счет более строгого учета ионосферы, большего объема данных и возможности использования комбинаций фазовых отсчетов. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно для уверенного разрешения неоднозначностей. Так, одночастотная статика имеет предел в 15 - 20 км, иногда при благоприятных условиях и при соблюдении некоторых требований - несколько больше, а одночастотная быстрая статика - в 5 – 10 км. Таким образом, режим статических измерений с применением двухчастотных фазовых ГНСС приемников – режим измерений, в котором возможно достижение самой высокой точности и на самых больших расстояниях, вплоть до нескольких тысяч километров. ГГС развивается с применением этого метода. В статических измерениях различают статические изменения: Коротких БЛ (0-25 км). Уверенно исключается влияние ионосферы и тропосферы. Фиксированные решения 1- и 2-х частотными приемниками. Средних БЛ(20-50 до 1000км.) Длинных БЛ(от 1000 до 5-7тыс км). Предел – невозможность синхронно наблюдать одни и те же спутники. В процессе развития всех видов геодезических сетей, в том числе опорных межевых сетей, применяется статические относительные измерения (преимущественно двухчастотными) фазовыми приемниками. Однако при определении координат характерных точек земельных участков в процессе кадастровых работ могут применяться другие методы ГНСС-позиционирования, обеспечивающие более оперативное решение задачи при заданной точности. Режим измерений Быстрая статика Цель быстростатической съемки – точно определить базовую линию за мак67 симально короткое время. Быстрая статикаидеально подходит для измерений, где необходимо определять много точек, расположенных поблизости от опорной точки (5-10 км), и где можно пренебречь влиянием ионосферы и тропосферы. Преимущество этого режима перед обычной статикой в сокращении времени в 2 - 4 раза, преимущество перед кинематикой Stop-and-Goв том, что не нужно поддерживать непрерывный захват спутников во время движения от точки к точке. Каждая точка наблюдается независимо от других, а при перемещении на другую точку приемник может выключаться. Недостатком быстростатических решений базовых линий является слабое исключение многопутности из-за коротких сеансов наблюдений. Предельные расстояния между пунктами ограничены 15- 20 км. Типичные установки приемника для быстростатических измерений: - минимальное количество спутников 4 (5 или больше), - интервал между эпохами 5 с, - угол отсечки по высоте 13. Время наблюдений на каждой точке при определении базовой линии зависит от количества спутников и от спутниковой геометрии. При величине геометрического фактора PDOP меньше 7 рекомендуется следующее время нахождения на точке: - при четырех спутниках- время более 20 минут, - при пяти спутниках – 10 – 20 минут, - при шести и более спутниках - 5 – 10 минут. При коэффициентах PDOP, близких к 7, лучше продлить сеанс, «перестраховаться». Режим измерений реоккупации– режим статических измерений с применением двухчастотных фазовых ГНСС приемников, в котором пункты наблюдаются не менее 2-х раз. При перемещении захват спутников не сохраняется, прибор может быть выключен. Перерыв между посещениями 1-3 часа. Обработка осуществляется совместно, как 1 сеанс. Применяют его для улучшения геометрии спутникового созвездия (где недостаточно спутников) или для улучшения наблюдений 1-частотными приемниками. Кинематический режим измерений в относительном методе Принцип измерений: - осуществляется инициализация (на земле или «на лету» OnTheFly, OTF), т. е. вычисляется целочисленная неоднозначность фазовых отсчетов; - один из приемников начинает двигаться, не теряя захвата спутников. Если захват спутников потерян, то оператор должен снова оставаться в стационарном положении до тех пор, пока снова не будет собрано достаточного для разрешения неоднозначности количества данных. Режимы измерений: - непрерывная кинематика (Kinematic) - стою/иду (Stop & go) 68 Эти режимы позволяют быстро наблюдать большое количество точек, но требуют, чтобы приемник удерживал захват спутников в течение всего времени перемещения между точками. Режим измерений (Stop & go) является идеальным для малых площадей, на которых точки наблюдений располагаются рядом друг с другом и на которых отсутствуют препятствия для прохождения радиосигналов от спутников. 3.9 Выполнение геодезических работ с применением электронных тахеометров При выполнении кадастровых съемок одним из основных геодезических приборов для измерений является электронный тахеометр. Тахеометр позволяет выполнить измерения в сложных топографических условиях, на застроенных территориях, внутри помещений. Современный тахеометр представляет собой сложную оптико-электронную систему, позволяющую решать различные геодезические задачи по определению пространственного положения объектов местности и инженерных сооружений. Классификация тахеометров по назначению:  для выполнения высокоточных инженерно-технических работ;  для выполнения топографических работ. Классификация тахеометров по точности:  высокоточные: m=0,5-1. ms=1 мм 1мк/км (до 100 м -0,5 мм) – точные:m=2-3(геодезические сети сгущения, инженерно-геодезические работы) ms=1 мм +2мк/км – топографические: m=5 (7-10) – ошибка по углам, ms=3-5мм +2мк/км (полигонометрия 1,2 разряда, топосъемки всех масштабов, съемочное обоснование). Модификации тахеометров существуют в каждой серии: – автоматизированные; – роботизированные; – арктические модификации (работают от-30 С до -50С). У всех электронных приборов существует автоматический учет коллимации, места зенита, кривизны Земли и рефракции (через ввод ускоренных коэффициентов). У каждого класса приборов имеются дополнительные возможности через встроенные программы, поставляемые как в стандартной комплектации, так и в дополнительном соглашении. В комплект прибора входит следующее программное обеспечение: – программа для считывания данных с различных модулей; – программное обеспечение самого электронного тахеометра. Программное обеспечение предназначено для ввода исходных данных при выполнении измерений, обеспечения работы угломерной части в режиме слежения и обеспечения работы тахеометра в режиме измерений, а также для обработ69 ки данных измерений. Современные приборы автоматически вычисляют все данные, необходимые при съемке (горизонтальные приложения, превышения и так далее). Подготовка к работе программного обеспечения заключается во вводе ориентирного направления с точки стояния на точку наблюдения, координат точки стояния, отметки точки стояния, высоты инструмента и отражателя, значений давления и температуры, а также в выборе набора данных для записи «маски», выборе программы измерения. Подготовка программного обеспечения может выполняться в произвольной последовательности. Рассмотрим комплект прибора на примере тахеометра ТСR405(рис.32). Он может состоять из следующих компонентов: электронных тахеометр, руководство пользователя, аккумулятор, зарядное устройство аккумулятора и принадлежности к нему, кабель для подключения к компьютеру, отражатель, веха для установки отражателя, штатив, программный пакет для обмена данными между компьютером и тахеометром, дополнительные принадлежности (фильтры, окуляры, ключи, шпильки и т.п.) Перед включением прибора необходимо внимательно прочитать Руководство пользователя для прибора, которое содержит основные указания по технике безопасности и описание последовательности действий при настройке прибора и работе с ним. Электронный тахеометр представляет собой многоканальную систему получения и обработки информации о линейных измерениях, горизонтальных углах и зенитных расстояниях. Обработка информации осуществляется с помощью встроенной микро-ЭВМ. В настоящее время на российском рынке геодезических приборов присутствуют как отечественные марки тахеометров, так и приборы всех ведущих зарубежных фирм. Во всех современных тахеометрах присутствует примерно одинаковых набор стандартных функций по измерению углов и расстояний и их обработки. Программное обеспечение, поставляемое как в комплекте, так и по дополнительному заказу, значительно расширяет стандартные возможности электронных тахеометров. Действия оператора и результаты измерений и обработки отображаются на жидкокристаллическом дисплее. Основу датчиков горизонтального и вертикального кругов составляют угловые преобразователи накопительного и кодового типа. В качестве лимба наиболее часто используют кодовый диск на стеклянной подложке. Компенсатор углов наклона при вертикальном круге работает по принципу электронного уровня. Ампула в нем заполнена электролизной жидкостью, с противоположных концов ампулы расположены контакты, находящиеся под напряжением. В рабочем положении прибора, при отвесном положении вертикальной оси, сопротивления между контактами равны, при наклоне оно изменяется. Информация о разности сопротивлений учитывается микро-ЭВМ в виде поправки за угол наклона вертикальной оси прибора. Поскольку диапазон работы компенсаторов тахеометров не превышает 5 угловых минут необходимо тщательно выполнять юстировку компенсатора, поскольку показания компенсатора могут из-за различных внешних воздействий расходиться с действительными 70 значениями углов наклона. Порядок операций поверки компенсатора подробно рассматривается в Руководстве пользователя прибора. Рис. 32. Состав комплекта: 1- кабель для подключения к персональному компьютеру, 2 – зенит-окуляр для наблюдения при больших углах наклона, 3 – противовес для наблюдения при больших углах наклона, 4 – сменный трегер, 5 – зарядное устройство аккумулятора и принадлежности, 6 – ключ Алена, юстировочные шпильки, 7 – запасной аккумулятор, 8 – солнечный фильтр, 9– блок для подключения к сети зарядного устройства; 10 – вешка для мини призмы, 11 – электронный тахеометр, 12 - мини призма, 13 – руководство пользователя, 14 – защитная крышка, 15 – наконечник для мини призмы. Конструктивно тахеометр состоит из трѐх частей (рис. 33): колонки, системы вертикальной оси, корпуса зрительной трубы. В колонке тахеометра помещается встроенная микро-ЭВМ, датчики горизонтального и вертикальных углов, компенсатор углов наклона. Управление работой микро-ЭВМ выполняется при помощи клавиш клавиатуры (рис. 34). Точность измерения угловприбором во многом зависит от конструкции осевой системы. Вертикальная ось тахеометра скреплена с колонкой и вращается внутри баксы (втулки). При изготовлении современных осевых систем стремятся сделать их простыми в изготовлении, нечувствительными к изменению температуры, с большим сроком эксплуатации. 71 При эксплуатации осевых систем тахеометров не накладывается особых условий по чистке и смазки осей по сравнению с оптическими приборами. Рис.33. Основные компоненты электронного тахеометра ТСR405: 1 – оптический отвес; 2 – встроенная система наведения – EGL–маячок (дополнительная опция); 3 – винт наведения по высоте; 4 – аккумуляторная батарея; 5 – панель для аккумуляторной батареи; 6 – крышка аккумуляторного отсека; 7 – окуляр, кольцо фокусировки сетки нитей; 8 – кольцо фокусировки изображения; 9 – съѐмная ручка с винтами крепления; 10 – последовательный порт RS232; 11 – подъѐмный винт; 12 - объектив со встроенным электронным дальномером (EDM); 13 – дисплей; 14 – клавиатура; 15 – круглый уровень; 16 – кнопка включения; 17 – клавиша триггера; 18 – винт наведения по азимуту. В корпусе зрительной трубы расположена визирная и приемо-передающая система светодальномера. Оптическая система состоит из объектива, фокусирующего устройства, оборачивающей системы, сетки нитей, окуляра. Световой поток от полупроводникового лазера, расположенного на визирной оси прибора (либо параллельно), проходя через оптическую систему зрительной трубы, уходит на призменный отражатель. Отражѐнный от призмы световой поток, попав в зрительную трубу, регистрируется приѐмником излучения. 72 Рис.34. Назначение клавиш панели управления ТС405: 1 - полоса выбора и ввода информации; 2 - индикаторы состояния; 3 - системные кнопки с жѐстко прописанными им функциями; 4- кнопки для работы с дисплеем; 5 - функциональные клавиши; 6- панель дисплейных кнопок. В комплект прибора входит зарядное устройство и, как правило, два встраиваемых аккумулятора. Зарядные устройства изготовители приборов унифицируют для каждой серии. Устройства могут быть с автоматическим отключением при полной зарядке аккумуляторов. При отсутствии автоматического отключения необходимо придерживаться условий зарядки аккумуляторных батарей изложенных в «Руководстве пользователя», для предотвращения перезарядки. Рабочее напряжение аккумулятора может быть 6V, 9V или 12V. Зарядка батарей может выполняться от сети переменного (120V, 220V) или постоянного тока (1216V). Время зарядки зависит от типа зарядного устройства и может варьироваться от 1 часа (быстрая подзарядка) до 15 часов (стандартная подзарядка). Условия подзарядки зависят от типа аккумулятора, они подробно изложены в «Руководстве пользователя». В качестве общих рекомендаций следует отметить следующее: – необходимо использовать только те аккумуляторные батареи и зарядные устройства к ним, которые указаны в «Руководстве пользователя» для прибора, иначе возможны повреждения батарей и возникновение пожароопасных ситуаций; –подзарядка должна выполняться в сухих помещениях, при температуре окружающей среды от +10 до +40 градусов по Цельсию; – если батареи не используются длительное время, они должны храниться отдельно от прибора при температуре не выше +30 градусов по Цельсию. 73 Программный пакет для обмена данными между компьютером и тахеометром содержит программы, позволяющие решать различные задачи, возникающие при работе с тахеометром. В комплект пакета обязательно входит модуль для обмена данными между компьютером и прибором. Он предназначен для установки на операционную систему Windows. Установка выполняется с CD-ROM, входящего в стандартный комплект поставки прибора. Внешний осмотр тахеометра заключается в проверке: – наличия пломб; – комплектности; – отсутствия механических повреждений, коррозии; – правильности работы фокусирующего устройства; – чистоты поля зрения; – качества штрихов на сетках. Опробование прибора заключается в проверке:  отсутствие качки и смещений неподвижно соединѐнных деталей и узлов;  плавности и равномерность движения подвижных частей и узлов;  правильности сборки комплекта прибора;  правильности работы программного обеспечения; Требования по технике безопасности при работе с прибором предусматривают запрет на следующие действия:  использование инструмента без предшествующего инструктажа;  использование инструмента вне предписанных для него пределов;  отключение систем безопасности аппарата и снятие предупреждающих табличек с него;  открытие корпуса инструмента с помощью инструментов (отвертка, и т.п.), если только это особо не оговорено для реализации некоторых операций;  модификация или переоборудование инструмента;  использование аппарата после незаконного его приобретения;  использование инструмента с принадлежностями от других изготовителей без предварительного разрешения на то фирмой «Leica»;  неадекватное обеспечение безопасности на месте проведения работ (например, при измерениях на дорогах, и т.п.). Меры безопасности при выполнении работ в полевых условиях: – если во время проведения съемок или разбивок возникает опасность несчастных случаев (например, препятствия, земляные работы или транспорт), то лицо, ответственное за инструмент, обязано предупредить всех пользователей о существующих опасностях и добиваться того, чтобы место проведения работ было безопасным для их выполнения; – из-за риска электрического шока, очень опасно использовать вешки отражателя и удлинители этих вех вблизи электрических конструкций, таких, как, например, кабели и провода высокого напряжения, трансформаторы высокого напряжения, электрифицированные железные дороги, поэтому сначала необхо74 димо обратится к лицам, ответственным за безопасность на таких установках и строго выполняйте их инструкции; – не выполняйте полевые работы во время грозы, поскольку вы рискуете получить удар молнии; – избегайте наведения зрительной трубы на солнце, поскольку она работает, как увеличительная линза, и может повредить ваши глаза или вывести из строя дальномер и маячок EGL. – при установке инструмента убедитесь, что его принадлежности (например, штатив, трегер, и т.п.) правильно, надежно и устойчиво закреплены. – избегайте попадания лазерного пучка в глаза, т.к. существует риск потери зрения или ожога сетчатки глаза. Во время транспортировки или хранения заряженных батарей при неблагоприятных условиях может возникнуть риск возгорания. Поэтому, прежде, чем транспортировать или складировать оборудование, разрядите аккумуляторы (например, запустив на длительное время инструмент в режиме отслеживания до тех пор, пока заряд аккумулятора не будут исчерпан). При неправильном хранении оборудования возможны следующие опасности: – если произойдет возгорание полимерных компонент, то возможно выделение ядовитых газов, опасных для здоровья; – если аккумуляторы имеют механические повреждения или подвергнутся сильному нагреву, они могут взорваться и вызвать отравление, ожоги и загрязнение окружающей среды; – при небрежном хранении оборудования может случиться так, что лица, не имеющие права на работу с ним, будут использовать инструменты с нарушением норм безопасности, подвергая себя и других лиц риску серьезных травм, а также с риском загрязнения окружающей среды. Меры предосторожности при работе с зарядными устройствами и аккумуляторами: – зарядное устройство аккумуляторной батареи не должно использоваться в очень влажных и суровых условиях, если инструмент становится влажным, то это может вызвать электрический шок; – последовательность действий при зарядке батарей должна точно соответствовать рекомендациям «Руководства пользователя» для данного прибора. Основное содержание технологии работы с электронными тахеометрами на станции заключается в следующем:  включение электропитания тахеометра;  подготовка программного обеспечения тахеометра к работе;  выполнение поверок уровней и лазерного отвеса (центрира) для тахеометра и подставок, проверка места зенита и коллимационной погрешности и др.;  выполнение измерений с записью информации. Зарядка полностью разряженной аккумуляторной батареи выполняется с помощью стандартного зарядного устройства. Не допускается перезарядка акку75 муляторной батареи. Перед включением тахеометра необходимо вставить аккумулятор в тахеометр и включить электропитание. Выполнение поверок уровней и центрира тахеометра выполняется по общепринятым методикам. После выполнения поверок уровней точное горизонтирование прибора выполняется по электронному уровню (рис. 35). Рис. 35. Горизонтирование ТРS 405 по электронному уровню. Программное обеспечение встроенной микро-ЭВМ предназначено для: – ввода исходных данных для выполнения измерений; – обеспечения работы угломерной части в режиме"слежение"; – обеспечение работы тахеометра в режиме "измерение"; – обеспечение работы тахеометра в режиме "обработка данных измерений": – обеспечение работы тахеометра в программируемом (самим оператором) режиме; – передачи информации об ошибках и неисправностях в работе тахеометра. При работе с меню (рис. 36, 37) последовательность вывода разделов на экран может быть произвольной. Следует всегда иметь в виду, что при получении инструмента для работы, для исключения возможных ошибок, необходимо внимательно просмотреть все установки в разделах. Ввод исходных данных измерение и программирование выполняется с помощью клавиш панели управления. Перед выполнением измерений необходимо выполнить измерение температуры и давления воздуха для ввода их значений в программу вычислений поправок в измеренные длины линий. Порядок ввода данных в программное обеспечение прибора может быть произвольным. Ввод данных может быть выполнен двумя методами. Первый метод предусматривает ввод данных с помощью функциональных цифровых/буквенных клавиш. Во втором методе на дисплей выводится полный список букв и цифр. Ввод цифр ограничен допустимыми значениями величин, например, для углов в градусной мере. Выбранный метод ввода фиксируется в настройках. Рекомендуется вначале просмотреть в меню раздел «Общие настройки» и настроить прибор для своей работы наилучшим образом. При настройке следует иметь в виду, что при работе на неустойчивых грунтах корректировка верти76 кальных и горизонтальных углов за наклон оси вращения прибора может быть отключена. В этом случае необходимо постоянно контролировать ориентирование прибора на исходную (контрольную) точку. При нормальных условиях измерений рекомендуется включать двухосевой компенсатор. MENU Программы Съѐмка Разбивка Обрат. засечка COGO Косв. измерения Площади Отметка недоступной точки Базисная точка 3DRoadworks Строительство Общие настройки Контр., Триггер, Кнопка USER, Настр. ВК, Корр. Наклона, Учѐт колл. ошибки, Язык Звук. сигнал створ, Звуковой сигн., Шаг по ГК, Префикс/суффикс, Подс. сетки нитей, Подог. дисплея, Авт. отключение Мин. отсчѐт, Единицы изм. Углов, Единицы изм. расст., Температура, Давление, Код номер Определ. кр. лево, Вывод данных, GSI8 16,Маска 1/2 Настройки EDM Режим EDM Тип отражателя Пост. слагаемое Лазерный визир МаячокEGL Работа с файлами Проект Твѐрдые точки Измерения Коды Инициализация памяти Статистика Рис. 36. Структура MENUпрограммного обеспечения (страница 1) При выборе типа выходного GSI-формата необходимо заранее знать размерность данных, в частности, координат. При количестве знаков в данных более восьми выбирается формат GSI 16. 77 При выполнении измерений тахеометром при одном круге необходимо включать автоматический учѐт коллимационной погрешности. Поверка коллимационной погрешности выполняется в начале рабочего дня и, при изменении температуры воздуха в течении рабочего дня более чем на 5 градусов, необходимо переопределять коллимационную погрешность. При работе с тахеометром при двух кругах коллимационную погрешность можно отключить, например, при измерении углов в теодолитном ходе. Настройка светодальномера («Настройка EDM») заключается в выборе: режима измерения расстояний; типа отражателя; вводе постоянной поправки отражателя; вводе в программное обеспечение тахеометра давления и температуры окружающего воздуха для вычисления поправки в измеряемое расстояние. Современные электронные тахеометры имеют несколько режимов измерения: –режим IR - с применением призменных отражателей (стандартные, ускоренные, непрерывные измерения); – с применением специальных отражающих плѐнок (электронная рулетка); –RL - измерение расстояний без отражателей до поверхностей, обладающих необходимым уровнем отражения светового луча. При выполнении инженерно-геодезических работ очень часто необходимо выполнять измерения до труднодоступных точек, поэтому появление электронных тахеометров с безотражательной технологией позволяет упростить выполнение некоторых видов инженерно-геодезических работ. Для этого режима используются лазеры как видимого, так и невидимого диапазона спектра. Рассматриваемый режим измерения расстояния обладает некоторыми особенностями, которые надо иметь в виду при выполнении измерений: – отражение сигнала происходит не от точечного объекта, а от некоторой поверхности, площадь которой определяется диаметром светового пучка (несколько сантиметров); – если поверхность отражения имеет некоторый рельеф, то отражѐнный сигнал содержит информацию о расстоянии до некоторой усреднѐнной поверхности; –если диаметр отражающей поверхности меньше диаметра светового пучка и за визирной целью находится другая поверхность, обладающая отражающей способностью, то возможно сложение в отражѐнном световом пучке импульсов от этих двух отражающих поверхностей; – дальность действия безотражательного режима зависит от отражающей способности поверхности объекта. Суммируя перечисленные обстоятельства, следует отметить некоторую неоднозначность при измерении расстояний в безотражательном режиме. Погрешности из-за этой неоднозначности могут значительно превосходить паспортную точность измерения расстояний. Методика полевых измерений должна учитывать возможные погрешности из-за рельефа отражающих поверхности. Следует отметить, что размер отражающей поверхности должен быть в несколько раз больше диаметра светового 78 пучка. На каждую точку визирования необходимо выполнять несколько измерений (не менее трѐх) со смещением светового пучка в пределах его диаметра. PAGE Калибровки Коллимационная ошибка Место нуля (зенита) Просмотр данных калибровки Параметры обмена данными Скорость передачи Биты данных Чѐтность Конечная метка Стоп-биты Обмен данными Проект Дата Формат Порядок действий Системная информация Аккумулятор Темп. инстр. Подогрев Дата Время ПО Опер. cистема, приклад. ПО, Раскладка, Тип инструм., Серийный номер PINProtetection Рис. 37. Структура MENUпрограммного обеспечения (страница 2) Точки визирования не должны находиться в местах перегиба поверхности. Также необходимо помнить, что для наиболее часто встречающихся в практике измерений типов поверхностей реальная точность измерения расстояний в безотражательном режиме с учѐтом наклона поверхностей и их рельефа будет находиться в пределах 1 см. Безотражательный режим можно рекомендовать, до его утверждения в нормативных документах по метрологической аттестации, в качестве контрольного при измерениях на отражатели либо для определения положения вспомогательных точек исследуемых поверхностей сооружений с обязательными многократными измерениями на каждую точку. Запись данных измерений, редактирование данных и их контроль может выполняться в разделе «Работа с файлами». По умолчанию, в тахеометре один из проектов (файлов) является активным. Следует иметь ввиду, что общее количе79 ство записей в файлах ограничено, поэтому перед началом измерений необходимо просмотреть объѐм свободной памяти тахеометра. Непосредственно перед выполнением измерений необходимо проверить в разделе «Калибровки» коллимационную погрешность и место зенита (нуля). Поверка выполняется после принятия прибором температуры окружающего воздуха, через 20-30 минут после установки прибора на штатив. Установки в разделе «Параметры обмена данными» проверяются непосредственно перед передачей данных на компьютер, при выполнении измерений их просмотр необязателен. Установки в разделе «Обмен данными» позволяют выполнять передачу данных на компьютер без проверки данных при передаче, поэтому данной процедурой следует пользоваться с осторожностью, поскольку возможны потери данных при передаче. При подготовке прибора к работе и выполнении измерений, указанной процедурой пользоваться необязательно. Раздел «Порядок действий» позволяет организовать автоматическое воспроизведение последовательности действий оператора с программным обеспечением (до 15 операций) при включении тахеометра. Рекомендуется применять данную процедуру при достаточно большом опыте работы с прибором. Раздел меню «Программы» существенно расширяет стандартные возможности электронного тахеометра. В TСR405 имеется десять программ. При выполнении съѐмки необходимо подготовить прибор для выполнения измерений с применением программы «Съѐмка» (рисунок 38). Рис. 38. Окно меню программы «Съѐмка» Настройка программы начинается с выбора проекта, в котором будут храниться данные измерений. Проект можно создать новый или выбрать из списка существующих проектов. После выбора проекта в окне меню программы в строке, напротив команды «Выбор проекта» появляется метка о записи настроек. На80 стройка команды «Выбор станции» включает при ручном наборе: ввод номера точки стояния; высоты прибора; координат и отметка точки стояния. Заключительным этапом настройки программы является команда «Ориентирование инструмента». Ориентирование инструмента может быть выполнено методом ввода значения дирекционного угла ориентирного направления и методом ввода значений координат точки стояния и точки ориентирования, с последующим вычислением дирекционного угла ориентирного направления из решения обратной геодезической задачи. Запуск съѐмки выполняется командой «Запуск» при нажатии кнопки F4. При выполнении съемки необходимо вести абрис участка съемки. 4 КООРДИНАТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КАДАСТРОВЫХ РАБОТ Одной из главных проблем при выполнении геодезических работ с применением ГНСС-технологий является то, что искомые координаты определяемых объектов или точек получаются по итогам ГНСС-измерений в системе координат (СК) и высот, используемой в данной глобальной навигационной спутниковой системе, а не в системе координат и высот, в которой в нашей стране создается картографическая продукция, выполняются инженерно-геодезические работы, в том числе кадастровые работы. В этой связи крайне актуально, чтобы кадастровые инженеры, выполняющие кадастровые работы, обладали знаниями и владели соответствующими компетенциями в сфере систем координат, применяемых в Российской Федерации, в том числе имели полное представление о порядке взаимного преобразования пространственных данных между различными СК, в том числе из СК ГНСС-систем в СК, в которых выполняются кадастровые работы. Именно этим вопросам посвящен данный раздел лекций. 4.1 Общие понятия о системах координат Применение систем координат человечеством исторически вызвано необходимостью: отображения земной поверхности на картах, для составления и издания различных карт; при навигации в процессе мореплавания. При этом применялись системы координат, позволяющие отобразить как всю Землю (общеземные СК), так и ее часть. Первично мореплавание было каботажным (плавание, при котором для ориентирования и навигации использовались объекты, находящиеся в зоне прямой видимости на берегу). Применение систем координат (общеземных) позволило кораблям уходить в открытое океаническое плавание без привязки к береговым объектам. Определение координат при этом осуществлялось по небесным светилам. При строительстве инженерных сооружений (пирамид, крепостей, городов и т.д.) применялись преимущественно местные системы координат, отображающие ограниченный участок Земли, используемый для строительства. 81 Для составления карт необходимо было иметь модель Земли, однако в процессе развития человечеством выдвигались различные предположения о форме и размерах Земли. При этом, в связи с тем, что фигура Земли является математически неправильной, для переноса (редукции) результатов геодезических измерений, выполненных на физической поверхности Земли, необходимо выбрать некоторую математически правильную поверхность (поверхность относимости), на которой по результатам геодезических измерений можно вычислить координаты определяемых точек и объектов. Каждой точке на физической поверхности Земли соответствует точка на поверхности относимости. Таким образом, поверхность относимости –это вспомогательная математическая поверхность, аппроксимирующая реальную физическую поверхность Земли, подбираемая и ориентируемая в теле Земли определенным образом, на которую относят (редуцируют) геодезические измерения, выполненные на физической поверхности Земли Поверхность относимости должна быть сравнительно простой по форме и описываемой строгими математическими выражениями. Это необходимо для того, чтобы можно было сравнительно просто и с требуемой точностью решать на ее поверхности геодезические задачи при любых расстояниях между точками на ней. Несколько веков назад в качестве такой поверхности относимости (модели Земли) использовалась сфера (шар). В настоящее время во всем мире в качестве поверхности относимости принят эллипсоид вращения, образуемый путем вращения эллипса вокруг его малой (полярной) полуоси б (рис. 39).Поверхность относимости должна незначительно отличаться от поверхности геоида в пределах территории той страны или группы стран, для которой она подбирается. В СССР и РФ с 1946 по 2016 гг. применялся референц-эллипсоид Красовского с параметрами: большая полуось, а = 6 378 245,0; малая полуось в = 6 356 863,0; α (сжатие) = 1/298.3. Рис. 39.Эллипсоид вращения Весь процесс отображения поверхности Земли на плоской карте показан на рис. 40 и состоит из этапов: редукции всех точек физической поверхности Земли на поверхность относимости (эллипсоид); изменения масштаба (размер эллипсоида уменьшается в соответствии с масштабом создаваемой карты); выбирается поверхность проекции (обычно это плоскость) и закон проекции (математиче82 ский алгоритм взаимно-однозначного отображения поверхности относимости на плоскости карты) в соответствии с которым все точки с поверхности эллипсоида переносятся на плоскость карты. Следует понимать различие между геодезическими и астрономическими координатами, используемыми в геодезии. Геодезическими координатами называются угловые величины (широта и долгота), определяющие положение точек на поверхности земного эллипсоида относительно плоскости экватора и начального меридиана (рис. 41, а). Геодезическая широта B – угол, образованный нормалью к поверхности эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора. Широта отсчитывается от Рис. 40.Процесс отображения поверхности Земли на плоской карте экватора (0°) к северу (до +90°) или к югу (до -90°) и называется, соответственно, северной или южной широтой. Геодезическая долгота L– двугранный угол между плоскостями геодезического меридиана данной точки и начального геодезического Гринвичского меридиана. 83 аб Рис. 41.Геодезические (а) и астрономические (б)координаты Долготы точек, расположенных к востоку от начального меридиана, называются восточными, а к западу – западными. Геодезическая высота H – расстояние от поверхности эллипсоида до данной точки, отсчитываемое по нормали к эллипсоиду. Астрономическими координатами называются угловые величины широта φи долгота λ, определяющие положение точки земной поверхности относительно экваториальной плоскости и плоскости начального астрономического меридиан (рис. 41, б). Астрономическая широтаφ – угол, образованный отвесной линией в данной точке и экваториальной плоскостью. Астрономическая долготаλ– двугранный угол между плоскостями астрономического меридиана данной точки и начального астрономического меридиана. Плоскостью астрономического меридиана является плоскость, проходящая через отвесную линию в данной точке и параллельная оси вращения Земли. Астрономическая широта φ и долгота λ определяются астрономическими наблюдениями. Высота в астрономической СК не определяется. Отличие геодезических и астрономических координат вызваны различными способами редуцирования (отнесения) точек физической поверхности земли на поверхность относимости. В системе геодезических координат редукция осуществляется по нормали к отсчетному эллипсоиду. В системе астрономических координат редукция осуществляется по отвесной линии. 84 Рис. 42.Отличие геодезических и астрономических координат Угол между направлением отвесной линии и нормали к эллипсоиду в данной точке называется уклонением отвесной линии (рис. 42).Уклонение отвесных линий в равнинной местности составляет величины 3″-5″, а в горной местности достигает 25″-30″, что в линейной мере (1″ ≈ 30м.) достигает величин 150 м на равнинах и до 1 км в горной местности. Очевидно, что пренебрегать этой разностью можно только в тех сферах деятельности, где требуется точность координат в несколько сот метров. В дальнейшем, в рамках настоящего курса лекций система астрономических координат не рассматривается, а основной системой выполнения геодезических работ в РФ, в том числе и в целях ведения кадастра, регистрации прав на недвижимое имущество, является геодезическая система координат. Координаты в геодезической системе координат могут быть заданы в 3-х основных видах. 1. Геодезические координаты B, L, H (рис. 41, а); 2. Пространственные прямоугольные координаты X, Y, Z (рис. 43), где: - абсцисса X - расстояние от центра эллипсоида до проекции точки на ось X; - ордината Y - расстояние от центра эллипсоида до проекции точки на ось Y; - аппликата Zрасстояние от положения точки в пространстве до плоскости экватора. 3. Плоские прямоугольные координаты x, y,h (в некоторой проекции поверхности эллипсоида на плоскость). Рис. 43.пространственные прямоугольные координаты X,Y, Z Таим образом процесс отображения поверхности Земли на плоской карте с 85 учетом введенных понятий систем координат будет выглядеть так, как это показано на рис. 44. Рис. 44. Процесс отображения поверхности Земли на карте 4.2 Общеземные системы координат Координатная система и Координатная основа В геодезической практике часто смешиваются понятия «система координат» и «геодезическая сеть», при этом употребляются термины типа «точность системы координат» и «точность геодезической сети» как слова-синонимы. Для четкого понимания различия между этими понятиями введем определения Координатной системы и Координатной основы. Координатная система (ReferenceSystem)- теоретически декларируемая математическая модель отсчета координат. Координатная система (КС) определяется параметрами: - вид координат: прямоугольные (плоские /пространственные); криволинейные (сферические/эллипсоидальные (геодезические), полярные и т.д.); - положение начала координат: в центре масс Земли, на поверхности эллипсоида); - ориентировка оси аппликат или основной координатной плоскости, содержащей ось абсцисс и ординат (левая, правая); - ориентировка оси абсцисс; - ориентировка оси ординат. Возьмем, в качестве примера КС систему координат СК-95 (рис. 45). 86 Рис. 45. СК-95 как координатная система Координатная система СК-95 определяется параметрами: - вид координат: пространственные прямоугольные координаты XYZ; - положение начала координат: в центре референц-эллипсоида Красовского; - основная координатная плоскость: плоскость экватора референцэллипсоида; - ориентировка оси аппликат: ось Z направлена по оси вращения эллипсоида (малая ось b); - ориентировка оси абсцисс: ось X направлена в точку пересечения начального меридиана с экватором; - ориентировка оси ординат: ось Yдополняет систему до правой. Координатная основа (ReferenceFrame) - физическая реализация координатной системы в реальном мире с помощью закрепленных точек (пунктов) и каталогов координат этих точек (пунктов) в данной координатной системе. Признаки (атрибуты) координатной основы: - пункты, закрепленные на местности и имеющие координаты в данной СК; - каталог координат пунктов в данной СК. Если мы выше в качестве примера координатной системы выбрали СК-95, то Государственная геодезическая сеть (ГГС) РФ 1-4 класса – это физическая реализация координатной системы СК-95, координатная основа СК-95. Введя понятия координатной системы (КС - теоретическая декларируемая математическая модель отсчета координат) и координатной основы (физическая реализация КС в реальном мире), можно констатировать, что нельзя назвать точной или неточной координатную систему (систему координат), поскольку она теоретически идеальна и математически безошибочна, все ее оси прямолинейны, а углы прямоугольные. Однако, когда мы переносим теоретически идеальную математическую модель в реальный мир (строим геодезическую сеть, закрепляющую данную КС на местности), мы допускаем ошибки (инструментальные, субъективные) и именно геодезическая сеть, как реализация КС на местности имеет 87 характеристики точности, которые показывают степень ее соответствия теоретически декларируемой математической модели отсчета координат. В геодезии различают два вида систем координат: общеземные и референцные. Общеземные системы координат(ОЗСК) связаны с центром масс Земли и общеземным (геоцентрическим) эллипсоидом. Необходимость использования ОЗСК вызвана развитием космонавтики и запусками искусственных спутников Земли (ИСЗ), которые по своим орбитам вращаются вокруг центра масс Земли. Пример общеземной системы координат (ОЗСК) приведен на рис. 46. Рис. 46. Общеземная система координат(ОЗСК) В этой ОЗСК: - центр системы координат: находится в центре масс Земли; - ориентировка оси Z:ось Z направлена в условный полюс Земли (УЗП); - ориентировка оси X: ось X направлена в точку пересечения начального меридиана с экватором; - ориентировка оси ординат: ось Yдополняет систему до правой. Система координат ITRS Постоянно повышающаяся точность методов космических наблюдений требует соответствующего повышения точности установления координатных систем. Международная служба вращения Земли и референцных систем в «Conventions 1996» и «Conventions 2000» выделяет теоретические системы, для которых дается концепция системы, фундаментальная теория и стандарты, и практические реализации систем через наборы координат точек (фидуциальных наземных пунктов, квазаров). Для систем первого вида применяются термины система отсчета, референцная система (reference system). Системы второго вида называют отсчетной основой(reference frame). Земная отсчетная основа Terrestrial Reference Frame (TRF) -это набор физических точек с точно определенными координатами в некоторой координатной системе (декартовой, эллипсоидальной, картографической), связанной с земной референцной системой TerrestrialReferenceSystem (TRS).Такие земные отсчетные 88 основы являются реализациями земных референцных систем. Эти концепции были разработаны астрономами и геодезистами в конце 1980-х. В настоящее время отсчетные основы ITRF являются наиболее точными реализациями общеземных систем. Название ITRFyy расшифровывается как International Terrestrial Reference Frame - Международная земная отсчетная основа, yy - две последние цифры года образования системы. Вывод ITRF основан на объединении координат более чем350 станций МСВЗ(рис. 60) и их скоростей движения, полученных из наблюдений такими средствами космической геодезии, как РСДБ, лазерная локация Луны и искусственных спутников Земли, GPS (c1991 г.), доплеровская орбитографическая радио позиционная интегрированная спутниковая системаDORIS (с 1994 г.) и микроволновая спутниковая система PRARE. Таким образом, координатной основой наиболее точной на сегодня в мире системы координат ITRS являются пункты международной высокоточной спутниковой геодезической сети, созданием и развитием которой занимается международная ГНСС-служба (International GNSS Service – IGS), сокращенное название на русском языке – МГС, состоящая из более чем 350 расположенных по территории всего земного шара станций, на которых установлены и постоянно работают высокоточные двухчастотные геодезические приемники. Схема сети приведена на рис. 60. Сырые данные наблюдений с этих станций в обменном формате сырых ГНСС-наблюдений RINEX, а также координаты пунктов IGS в системе координат ITRS свободно доступны в режиме 24 часа в день 365 дней в году на сайте службы. Система координат WGS-84 Мировая геодезическая система WGS-84 (World Geodetic System - 84) была разработана Военно-картографическим агентством Министерства обороны США. Система WGS-84 реализована путем модификации координатной системы NSWC9Z-2, путем приведения ее в соответствие с данными Международного Бюро Времени (МБВ). Для этого система NSWC-9Z-2 была сдвинута на -4.5 м по оси Z, повернута к западу на 0.814‖, и масштабирована на - 0.6·10-6. Начало системы WGS-84 находится в центре масс Земли, ось Z направлена к Условному земному полюсу (УЗП), установленного МБВ на эпоху 1984.0. Ось X находится на пересечении плоскости опорного меридиана WGS-84 и плоскости экватора УЗП. Опорный меридиан является начальным (нулевым) меридианом, определенным МБВ на эпоху 1984.0. Ось Y дополняет систему до правой, т.е. под углом 90о на восток. Начало координатной системы WGS-84 и ее оси также служат геометрическим центром и осями референц-эллипсоида WGS-84. Этот эллипсоид является эллипсоидом вращения. Его параметры почти идентичны параметрам международного эллипсоида GRS80. Величина гравитационной постоянной для атмосферы Земли принята по рекомендациям Международной ассоциации геодезии (МАГ). В дополнение к параметрам J 2 и C 20 приводятся их вариации из-за приливных деформаций Земли: J 2 89 = 9.3·10-9, что соответствует в нормированном коэффициенте величине C20 = 4.1610-9. Система WGS-84 используется как система для бортовых эфемерид спутников GPS с 23 января 1987 г., заменив собою WGS-72. Обе системы были получены на основе доплеровских измерений спутников TRANSIT. Носителями системы были пять станций Контрольного сегмента GPS. Точность привязки начальной реализации системы WGS-84 к геоцентру не хуже, чем 1 м. С середины 90-х сеть станций WGS-84 значительно выросла. В 1994 г. Министерство обороны США ввело реализацию WGS-84, которая полностью базировалась на GPS измерениях, а не на доплеровских измерениях. Эта новая реализация известна как WGS-84(G730), где буква G стоит для обозначения GPS, а 730 обозначает номер недели (начиная с hUTC 2 января 1994 г.), когда Управление NIMA начало представлять свои орбиты GPS в этой системе. Следующая реализация WGS-84, названная WGS-84(G873), также полностью основывалась на GPS наблюдениях. Вновь буква G отражает этот факт, а «873» относится к номеру недели GPS, начавшейся в 0hUTC 29 сентября 1996 г.Хотя NIMA начало вычисление орбит GPS в этой системе с этой даты, сегмент Операционного контроля GPS не принимал WGS-84(G873) до 29 января 1997 г. Начало, ориентировка и масштаб WGS-84(G873) определены относительно принятых координат для 15 станций слежения GPS: 5 из них поддерживаются ВВС, а 10 -NIMA.Система WGS-84(G873) приближена к ITRF94 с субдециметровой точностью. В 2001 г. Национальное управление по отображению и картированию (NIMA) совместно с Дальгреновским дивизионом военно-морского центра надводных вооружений провело 15-суточный сеанс наблюдений, в ходе которого провело привязку своей глобальной сети из 11 постоянных станций и шести станций Контрольного сегмента, управляемых ВВС, к сети станций Международной GPS службы. Координаты этих станций составили оперативную реализацию системы WGS-84, используемую МО США для высокоточных геодезических работ (в том числе для определения орбит). Образованны улучшенные оценки координат этих станций, привязанных к системе ITRF-2000, которые включены в оперативное использование NIMA и ВВС в январе 2002 г. Стандартные отклонения по каждой координате станций составляют около 1 см. Полученному набору координат 17 станций было дано обозначение WGS84(G1150); он включает также набор принятых скоростей тектонических движений для станций на эпоху 2001.0. Это обозначение указывает, что координаты были получены через метод GPS и были применены для образования точных GPS эфемерид NIMA, начиная с 1150 недели GPS. Практически отсчетная основа WGS-84(G1150) идентична отсчетной основе ITRF2000. Система координат ПЗ-90 Параметры Земли 1990 года ПЗ-90 были определены Топографической службой Вооруженных сил Российской Федерации. Параметры ПЗ-90 включают: 90  фундаментальные астрономическими и геодезические постоянные;  характеристики координатной основы (параметры земного эллипсоида, координаты пунктов, закрепляющих систему, параметры связи с другими системами координат);  планетарные модели нормальных и аномальных гравитационных полей Земли, локальные характеристики гравитационных полей (высоты геоида над общим земным эллипсоидом и аномалии силы тяжести). Входящая в состав ПЗ-90 система координат иногда называется СГС-90 (Спутниковая геоцентрическая система 1990 г.). Параметры Земли ПЗ-90 заменили предыдущие наборы ПЗ-77 и ПЗ-85. Параметры Земли ПЗ-90 получены по результатам почти 30 миллионов фотографических, радиодальномерных, доплеровских, лазерных и альтиметрических измерений спутника Гео-ИК с привлечением радиотехнических и лазерных измерений дальностей до спутников систем ГЛОНАСС и «Эталон». Начало системы расположено в центре масс Земли. Ось Z направлена к среднему северному полюсу на среднюю эпоху 1900-1905 г.г. (МУН). Ось X лежит в плоскости земного экватора эпохи 1900-1905 г.г., и плоскость (XOZ) определяет положение нульпункта принятой системы счета долгот. Ось Y дополняет систему координат до правой. Геодезические координаты В, L, H относятся к общему земному эллипсоиду с большой полуосью а = 6378136м и сжатием  = 1/298,25784. Ось вращения (малая полуось) совпадает с осью Z, плоскость начального меридиана (L=0) совпадает с плоскостью (XOZ). Спутниковая геоцентрическая система координат ПЗ-90 закреплена на территории СНГ координатами 30 опорных пунктов космической геодезической сети (КГС) со средними расстояниями 1-3 тысячи километров. Таким образом, координатой основой системы координат ПЗ-90 являются пункты КГС. Точность взаимного расположения пунктов КГС характеризуется относительными ошибками менее чем 1/1 000 000.Планетарные модели гравитационного поля Земли получены в виде разложений в ряд по сферическим функциям до 36 и 200 степени и порядка систем точечных масс (32000 параметров). Средняя квадратическая ошибка высоты геоида над эллипсоидом равна 1.5 м, что не уступает зарубежным моделям, а на территории СНГ превосходит их по точности. Для системы ПЗ-90 получены параметры связи с системами СК-42 и WGS-84. Система координат ГСК-2011 В государственной геодезической системе координат 2011 года (ГСК-2011), вводимой в действие на территории РФ с 01.01.2017 г., используется новый эллипсоид ГСК-2011 (разработанный в ЦНИИГАиК и получивший в некоторых источниках название «эллипсоид ЦНИИГАиК»), отличающийся от используемого в СК-42/95 эллипсоида Красовского как по параметрам (таблица5), так и по своему положению в пространстве. По отношению к эллипсоиду Красовского эллипсоид ЦНИИГАиК смещен из внецентренного в геоцентрическое положение, точность его совмещения с центром масс Земли ± 0.1 м, параметры взаимосвязи ГСК-2011 с основными СК, используемыми в РФ, приведены в таблице 6. 91 Таблица 5 Параметры эллипсоидов Красовского и ЦНИИГАиК Система координат, эллипсоид ГСК-2011, CК-95 (СК-42, СК-63, МСК), ЦНИИГАиК Красовского Параметр эллипсоида Большая полуось a, м (экваториальный радиус) Малая полуось (полярный радиус) Эксцентриситет Сжатие Обратное сжатие 6 378 136,500 6 378 245,0 6 356 863,01877305 6 356 751,758 0,0818133340169312 0,00335232986925915 298,299999999999 0,0818193015471415 0,003352819752979060 298,2564151 Таблица 6 Параметры взаимосвязи основных систем координат Исходная Конечная система система (А) (Б) Х , м Y , м Z , м m x 10-6 ωz ωу ωx 10-3 угл. 10-3 угл. 10 -3 угл. с с с СК-42 ГСК2011 +23,56  2,00 -140,86  2,00 -79,77  3,00  10 СК-95 ГСК2011 +24,65  0,43 -129,14  0,37 -83,06  0,54  10  10 ПЗ-90 ГСК2011 -1,44  0,2 +0,17  0,2 +0,23  0,3 -1,738 1 +3,559 1 ПЗ-90.02 ГСК2011 -0,37  0,1  0,1 +0,2 +0,21  0,2 -1,738 1 +3,559  0,5 -4,263  0,5 -0,0074  0,05 ПЗ-90.11 ГСК2011 +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 WGS-84 (G1150) ГСК2011 -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 ITRF2008 ГСК2011 +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 -2 -67 -346  10 -794  10 -0,227  0,25 +4 +129  10 -0,175  0,2 -134,263 -0,2274 1  0,06 В ГСК-2011 так же, как и в СК-42/95, используется проекция ГауссаКрюгера. Поэтому для прямого (из геодезических координат в плоские прямоугольные координаты) и обратного (из плоских прямоугольных в геодезические координаты) перехода в ГСК-2011 целесообразно применение формул в общем виде, предполагающих использование произвольного эллипсоида. Координатной основой ГСК-2011, ее физической реализацией на местности является пункты современной спутниковой геодезической сети РФ: ФАГС, ВГС, СГС-1. 92 4.3 Референцные системы координат Эти земные системы связаны с локальными референц-эллипсоидами (параметры некоторых эллипсоидов таблицы 7). Центры референц-эллипсоидов как правило не совпадают с центром масс Земли из-за ошибок ориентирования. Поэтому эти системы иногда называют еще квазигеоцентрическими(рис. 47). Рис. 47. Референцная система координат Основной плоскостью в референцной системе является плоскость экватора референц-эллипсоида. Ось Z направлена по нормали к экватору, вдоль малой оси эллипсоида. Ось X направлена в плоскости начального меридиана геодезической системы, то есть проходит через точку B=0, L=0. Ось Y дополняет две предыдущие оси до правой (или левой) координатной системы. Возможно использование размеров и формы одного и того же эллипсоида в различных координатных системах, отличающихся своей ориентировкой (исходными геодезическими датами). В референцных системах обычно применяются геодезические (сфероидические) координаты (рис. 41, а): геодезическая широтаB, геодезическая долгота L и высота над эллипсоидом H. Из-за наблюдательных ограничений, наложенных ранее условностями геодезии, исторически оказались выполненными два разных типа геодезических систем:  двухмерные континентальные плановые геодезические системы, закрепленные пунктами геодезических сетей с координатами B r , Lr , например, системы координат 1942 г. (СК-42),североамериканская система NAD-27;  полностью независимые континентальные высотные системы, являющиеся по существу физическими геодезическими основами, независимыми от эллипсоида, и строящиеся на основании уравнивания нивелирных наблюдений. К таким системам относится принятая в России Балтийская система высот 1942 г. И принятая в США Национальная геодезическая система высот 1929 г. (NationalGeodeticVerticalDatum, NGVD29). В этих системах высоты точек задаются относительно 93 геоида (квазигеоида). Глобальные системы высот пока не определены и не приняты, хотя исследования в этом направлении ведутся. Таблица 7 Параметры некоторых локальных референц-эллипсоидов Система Эллипсоид СК-42 СК-95 NAD-27 NAD-83 ED-50 Красовского, 1940 Красовского, 1940 Кларка, 1886 GRS80 Хейфорда, 1924 Большая полуось a (м) 6 378 245 6 378 245 6 378 206.4 6 378 136 6 378 388 Знаменатель сжатия 1/  298.3 298.3 294.9786982 298.257222101 297.0 Принятая в США система NAD-83 представляет собой пример глобальной плановой координатной системы, относящейся к эллипсоиду GRS-80. Хотя при установлении этой системы использовались данные РСДБ и доплеровские наблюдения спутников, при уравнивании сети не были включены в качестве неизвестных поправки к высотам точек над эллипсоидом, то есть NAD-83 - плановая система координат. Континентальные плановые координатные системы, установленные по классическим геодезическим измерениям, не являются геоцентрическими. Наблюденные значения широт и долгот, принятые уклонения отвесных линий и ондуляции геоида в начальных точках сети (пункт Пулково для СК-42 или MeadesRanch в Канзасе для NAD-27), а также выбранные параметры подходящих эллипсоидов влияют на сдвиги начала системы по отношению к геоцентру. Использование упрощенного уравнения Лапласа и ошибки в измеренных астроазимутах приводят к непараллельности осей локальной референцной и общеземной систем. Различная методика измерений и обработки базисов и использование разных эталонов метра приводит к расхождению в масштабах систем. Система координат СК-42 Система координат 1942 года (СК-42) является основной системой координат, принятой для использования в России (и в бывшем Советском Союзе). После 1946 года, когда были приняты параметры нового эллипсоида, более подходящего на территории нашей страны для обработки астрономо-геодезических построений и картографирования, в России была установлена система исходных геодезических дат с началом в пункте Пулково и поверхностью относимости в виде референц-эллипсоида Красовского. Работы по выводу параметров нового референцэллипсоида велись в течение 10 лет в ЦНИИГАиК под руководством проф. Красовского Ф.Н. Впервые для вывода параметров эллипсоида были привлечены гравиметрические данные как на территории СССР, так и на зарубежной территории. Данная система получила название «Система 1942 года» (СК-42). По теоретическому определению начало системы координат 1942 года (СК42) близко к центру масс Земли, но не совпадает с ним примерно на 200 м.Ось 94 Z42параллельна оси Z общеземной системы, ось X42 определяется положением нульпункта принятой системы счета долгот, осьY42дополняетсистему до правой. Центр референц-эллипсоида СК-42совпадает с началом прямоугольной системы координат (X42, Y42, Z42), ось вращения совпадает с осью Z42,плоскостьначального меридиана совпадает с плоскостью (XOZ)42. Линейные и угловые элементы ориентирования задают координаты центра референц-эллипсоида Красовского и ориентировку осей системы 1942 г. в общеземной системе координат. Система была реализована на территории страны системой 87 уравненных полигонов триангуляции 1-го класса, полностью покрывавших Европейскую часть страны и распространявшихся на восток в виде узкой цепочки полигонов. Сеть триангуляции уравнивалась отдельными блоками. На границе блоков результаты предыдущего уравнивания принимались за безошибочные и таким образом координаты постепенно передавались все далее на восток. В каркас полигонов 1-го класса вставлялась заполняющая сеть триангуляции 2-го класса. Такой принцип построения сети привел к неизбежным деформациям сети, которые при передаче координат из начала СК-42 (п.тр. Пулково) на восток составили величины свыше 30 м. (рис. 48). Рис. 48.Схема деформации координат пунктов ГГС в СК-42 по отношению к их координатам в СК-95 (изолинии деформаций проведены через 1м) Система координат СК-95 В 1991 г. построенная на территорию страны астрономо-геодезическая сеть (АГС) из 164000 пунктов была уравнена как единое целое. Результаты уравнивание подтвердили наличие значительных деформаций в сети, достигавших на севере и на востоке 20 -30 метров. Локальные деформации на границах блоков иногда достигали 10 м. Точность взаимного положения пунктов в уравненной сети харак95 теризуется средними квадратической ошибками в 6, 20, 60 и 200 см при расстояниях соответственно в 10, 100, 1000 и 10000 км. Проведенное уравнивание АГС показало необходимость в новой системе с однородной точностью координат по всей стране. Для повышения точности было решено использовать результаты высокоточных спутниковых измерений на 26 пунктах Космической геодезической сети (КГС), построенной ВТУ, и 134 пунктах Доплеровской геодезической сети (ДГС), созданной Роскартографией.В качестве дополнительных измерений в общее решение вошли геоцентрические расстояние геодезических пунктов, с использованием гравиметрических высот квазигеоида. Результаты проведенного в 1995 г. совместного уравнивания стали основой системы геодезических координат 1995 г. (СК-95). Оси системы СК-95 параллельны осям общеземной системы ПЗ-90, то есть связь между этими системами устанавливается только тремя параметрами переноса. Другое условие реализации системы заключалось в неизменности геодезических координат пункта Пулково, то есть координаты начала геодезической сети в системах СК-42 и СК-95 были приняты одинаковыми. Это нестандартное решение привело к тому, что поправки в координаты пунктов на Европейской части России и на юге Сибири оказались настолько минимальными, что не потребовалось переиздание карт до масштаба 1:10000.А для районов северо-востока страны карты этого масштаба практически отсутствуют. Точность привязки ее к центру масс Земли характеризуется СКО порядка 1 м. Координаты пунктов ГГС в системе СК-95 имеют одинаковую точность для всей сети. Точность взаимного положения для смежных пунктов составляет 3-5 см, для пунктов, удаленных на 200-300 км- 20-30 см, для 500 и более км ошибка возрастает до 50-80 см. За отсчетную поверхность принят референц-эллипсоид Красовского. 4.4 Местные системы координат Местные системы координат Субъектов РФ Местные системы координат, принятые для территории субъектов РФ и основанные на СК-42 и СК-95 (МСК_NN_42, МСК_NN_95, где NN - номер субъекта РФ в соответствии с общероссийским классификатором) по сути своей аналогичны плоским прямоугольным системам координат СК-42/95. В них также используется эллипсоид Красовского в качестве поверхности относимости, проекция Гаусса-Крюгера для преобразования с поверхности эллипсоида на плоскость, они также реализуются в нескольких, покрывающих территорию данного субъектатрех градусных (преимущественно) или шестиградусных(реже) координатных зонах, поэтому в них используются те же формулы для преобразования между эллипсоидальными и плоскими прямоугольными координатами. Отличие МСК_NN от ГСК заключается в том, что в них изменены некоторые стандартные для СК42/95 параметры. Эти параметры носят название параметров перехода (ключей) между МСК и ГСК, являются сведениями, составляющими государственную тайну: 96  долгота L1М осевого меридиана первой зоны МСК_NN, проходящей через начало местной системы координат, которая не совпадает со стандартным положением осевых меридианов в СК-42/95 для 6° и 3° зон;  ширина координатных зон ∆L, которая для разных субъектов составляет 3° или 6°;  количество зон k, которое подбирается с таким расчетом, чтобы МСК покрывала всю территория субъекта РФ;  координаты начала местной системы координат в государственной системе координат - xг, yг;  координаты начала местной системы координат в местной системе координат - х0, y0;  угол поворота осей координат местной системы координат в точке начала местной системы координат -Ɣ;  высота поверхности относительности местной системы координат Н. Вышеуказанные параметры перехода (ключи) между государственными и местными системами координат являются материалами, включаемыми в состав данных федерального картографо-геодезического фонда (ФКГФ) и хранятся в территориальных управлениях федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр) соответствующего субъекта РФ. Получены эти параметры могут быть в соответствующем управлении Росреестра только организацией, имеющей лицензию на выполнение работ со сведениями, составляющими государственную тайну. Местные системы координат населенных пунктов Местные системы координат населенных пунктов, к которым относятся кроме собственно МСК, устанавливаемых в отношении населенных пунктов также и МСК, устанавливаемые в отношении любых других локальных объектов экономической и хозяйственной деятельности (промышленные объекты, месторождения, рудники, заповедники, военные полигоны и т.д.) являются наиболее многочисленной группой МСК, используемых в РФ (всего в РФ насчитывается свыше 30 000 таких МСК). В МСК также используется эллипсоид Красовского и проекция Гаусса-Крюгера, поэтому, также как и в МСК_NN, для них применимы формулы координатных преобразований. Принципиальным отличием МСК от МСК_NN и СК-63 заключается в том, что в них существует только одна координатная зона, поэтому эти МСК относятся к классу беззональных СК. Параметры перехода (ключи) между МСК и ГСК включают в себя те же 7 величин, что и для МСК_NN, однако при этом в некоторых случаях в МСК параметры 6 и 7 имеют ненулевое значение и они должны учитываться в алгоритме преобразований. Система координат СК-63 Система координат 63 года (СК-63), отнесенная по приведенной в таблице 8 классификации к местной системе координат, фактически является региональной, 97 так как она не соответствует требованию о том, что МСК должна создаваться на территорию, не превышающую территорию субъекта РФ.СК-63 создавалась как видоизмененная СК-42 на всю территорию СССР в виде блоков (называемых районами), территориально не совпадающими с границами административнотерриториальных образований СССР и покрывающих сразу несколько областей и республик. Таким образом, районы СК-63, в отношении которых установлена СК63, существуют как в РФ (19 районов), так и в СНГ (4 района). Каждый район имеет название в виде буквы латинского алфавита, (за исключением букв O, N, Z) и свои уникальные параметры перехода (ключи) между СК-63 и СК-42, являющиеся, как и все ключи МСК, закрытой информацией. Схема расположения районов на территории РФ приведена на рис. 49. Рис. 49.Схема расположения районов системы координат 1963 года (СК-63) В районах A, B, E, F, G, H, I, K, M, P, R, T, U, V, X, Y, находящихся южнее параллели с широтой 60° северной широты (с.ш.), используются координатные зоны шириной 3°. В районе Q, полностью расположенном севернее параллели с широтой 60° с.ш., используются координатные зоны шириной 6°. В районах, пересекаемых этой параллелью (C, D, J, L, S, W), используются зоны с шириной 6° или 3°. Ширина зон для каждого района является постоянной величиной. Для пересчета координат между СК-63 и СК-42 на каждый район существуют специальные таблицы, хранящиеся в территориальных управлениях Росреестра, которые могут быть использованы для разработки специального программного обеспечения, реализующего алгоритм пересчета. Однако для ПО ГИС данные таблицы не могут быть применены, так как в них в явном виде отсутствует информация, описывающая ключи перехода между СК-42 и СК-63. Для ПО ГИС целесообразно использовать непосредственно параметры перехода (ключи) между СК-63 данного района и СК-42, которые включают в себя следующие величины: 98  долгота L1_63_Zосевого меридиана первой зоны СК-63 района Z, проходящего через начало СК-63, которая не совпадает со стандартным положением осевых меридианов в СК-42/95 для 6° и 3° зон;  ширина координатных зон ∆L_Z, которая для разных районов составляет 3° или 6°;  количество зон k, которое покрывает данный район СК-63;  смещение начала СК-63 по абсциссе на север Δх_Z, и по ординате на восток Δy_Z. 4.5 Классификация систем координат РФ и видов координатных преобразований Общая информация о системах координат (СК), применяемых в Российской Федерации, приведена в Таблице 8 (классификации СК дана в соответствии с законом [7], регулирующем геодезическую и картографическую деятельность). Таблица 8 Сведения о применяемых в РФ системах координат Статус СК Международная ITRF-2008 Количество СК 1 Государственная WGS-84 ПЗ-90.11 ГСК-2011 СК-95 СК-42 1 1 1 1 1 Название СК Срок действия Постоянно Постоянно с 1.01.2017 с 1.01.2017 до 1.01.2021 до 1.01.2021 СК-63 МСК_NN_42 МСК_NN_95 Область нения приме- Международные проекты, IGS ГНСС GPS ГЛОНАСС Геодезические, картографические, кадастровые работы 19 Отменена Геодезические, ≈ 100 Действуют Местная картографиче≈ 10 Действуют ские, кадастровые Свыше Действуют МСК работы 30 000 Локальная По названию объ- Нет Время строи- Градоекта строительства данных тельства строительство В отношении указанных в Таблице 8 отмененных (СК-63) или отменяемых с 1.01.2021г. (СК-95, СК-42) систем координат следует отметить, что отменяются сами СК и запрещается их использование при создании новых пространственных данных. В то же время не запрещается применять данные, ранее созданные в этих СК. Кроме того, в соответствии с Законом [7], по решению Минэкономразвития для ведения государственного кадастра недвижимости могут использоваться как МСК, установленные в отношении кадастровых округов, так и единая государственная система координат. 99 Наличие в Российской Федерации огромных массивов геодезических данных, картографических материалов, созданных в СК-42, СК-95, СК-63, МСК, МСК_NN определяет необходимость кадастровому инженеру и в будущем быть готовым к использованию этих данных, в том числе пересчету координат геодезических пунктов и пунктов опорной межевой сети, так и картографических материалов, в том кадастровых данных, между этими отмененными СК и действующими в РФ СК. Большинство используемых на территории РФ местных систем координат (МСК), в том числе местные системы координат населенных пунктов и СК, применяемые в отношении субъектов РФ, созданы на основе СК-42 (в Таблице 8 они даны под общим названием МСК_NN, где NN означает номер субъекта РФ в соответствии с общероссийским классификатором) и отягощены погрешностями и деформациями, присущими СК-42, которые даже на локальных участках местности могут достигать величин в несколько метров. С целью повышения качества МСК в последнее десятилетие в ряде субъектов РФ (в том числе в Новосибирской области) МСК, основанные на СК-42, модернизованы до МСК, основанных на СК-95 (в Таблице 8 им присвоено название МСК_NN_95). Следует понимать разность между этими двумя модификациями МСК. В МСК_NN_42 преобразование осуществляется по утвержденным параметрам связи (ключам перехода) между СК-42 и МСК. При этом все погрешности и деформации, присущие СК-42, переносятся в созданную от нее МСК, поэтому точность МСК_NN_42 идентична точности СК-42, которая не соответствует современным спутниковым методам геодезических измерений и применение этих систем координат не позволяет в полной мере реализовать потенциал современных систем ГНСС-позиционирования. В МСК_NN_95 это преобразование выполняется между более точной системой координат СК-95 и МСК, именно поэтому эти МСК имеют более высокую точность по сравнению с МСК_NN_42. Координатные преобразования между СК95 и МСК_NN_95 выполняются по ключам, в общем случае не идентичным ключам перехода из СК-42 в МСК_NN_42. Таким образом, в общем случае, координаты идентичных пунктов в МСК_NN_42 и МСК_NN_95 не совпадают. Так, например, на территории Новосибирской области, где в 2009 году вместо МСК-54 (основанной на СК-42 и, соответственно относившейся к классу МСК_NN_42) введена в действие единая СК НСО, основанная на СК-95, при этом координаты идентичных пунктов в МСК-54 и СК НСО не совпадают. Локальная система координат (ЛСК) – это система координат, устанавливаемая и используемая заинтересованными лицами самостоятельно, в том числе для выполнения геодезических и картографических работ при осуществлении градостроительной деятельности. ЛСК не используются в кадастровой деятельности и в ЛСК отсутствует связь с государственной системой координат (ГСК), поэтому проблема преобразования между СК и ГСК для локальных систем координат неактуальна. Указанные в Таблице 8 международные системы координат WGS-84, ITRF2008 используются на территории РФ пользователями GPS-системы и сервисами 100 международной IGS-службы. Преобразования координат между этими международными СК и государственными системами координат целесообразно осуществлять в специализированном ПО для обработки ГНСС-измерений по локальным параметрам трансформации, определяемым для ограниченной территории. Обобщенная технологическая схема координатных преобразований между СК, применяемыми в РФ, показана на рис. 50. На этой схеме все преобразования координат между СК условно разделены на 11 видов. В скобках рядом с номером вида преобразования приведено точное или приближенное количество вариантов таких преобразований для территории РФ. Краткое описание координатных преобразований, указанных на рис. 50 приведено ниже. В данном курсе лекций не ставится цель научить слушателей выполнять вычисления в части координатных преобразований по хорошо известным формулам высшей геодезии, изучаемым в СГУГиТ по курсу высшей геодезии. Поэтому здесь не приводятся эти формулы и алгоритмы вычислений, а только делается ссылка на соответствующие источники, где они приведены. Однако, с целью уверенного оперирования соответствующим программным обеспечением (ПО)для координатных преобразований, необходимо четко понимать суть каждого из осуществляемых видов преобразования, входные и выходные данные процесса. Поэтому для каждого из видов перечисленных ниже координатных преобразований в лекциях даны общие рекомендации и обзор механизма реализации пересчета с тем, чтобы специалист, осуществляющий эти преобразования в ПО, осознанно сопоставлял реализуемые в ПО процессы с алгоритмом соответствующего вида преобразования координат. 101 Рис.50.ОбобщеннаясхемакоординатныхпреобразованиймеждуСК, применяемыми в РФ 103 4.5.1 Координатные преобразования в среде СК42/СК-95 и между ними Координатные преобразования в СК-42, СК-95 (координатные зоны 6°) Государственные системы координат СК-42 и СК-95 являются идентичными по используемой поверхности относимости (эллипсоид Красовского) и проекции (Гаусса-Крюгера), имеют единые алгоритмы преобразования между геодезическими (эллипсоидальными), пространственными прямоугольными, плоскими прямоугольными координатами, поэтому можно их рассматривать как идентичные СК, обозначая далее СК-42/95. Отличие этих СК заключается лишь в точности их физической реализации в виде координатной основы: вследствие деформаций координат пунктов в системе координат СК-42, вызванной уровнем точности построения ГГС традиционными наземными методами на территории РФ, по сравнению с СК-95 один и тот же пункт в двух этих СК имеет координаты, различающиеся на величины, максимально составляющие в пределах РФ 40 м. Другими словами, можно сказать, что используемый в СК-42 и СК-95 референц-эллипсоид Красовского имеет разное пространственное положение относительно центра масс Земли. Основные геодезические работы и создание большинства мелкомасштабных топографических карт в нашей стране до 01.01.2017г. выполнялось в системе плоских прямоугольных координат x,y в СК-42/95 при ширине координатных зон 6°. Поэтому преобразования между геодезическими (широта B, долгота L) и плоскими прямоугольными координатами (абсцисса x, ордината y) в СК42/95 относительно координатных зон 6° (всего территория РФ покрывается 29 такими зонами) являются наиболее часто выполняемым координатным преобразованиями. Алгоритм прямого (из геодезических B,L в плоские прямоугольные координатыx,y) и обратного (из плоских прямоугольных x,y в геодезические координаты B,L) приведен в [9]. Реализация этого алгоритма может быть осуществлена как с использованием специального программного обеспечения (СПО), так и в программном обеспечении геоинформационных систем (ПО ГИС). Для преобразования x,yв B,Lпо этому алгоритму в качестве входных данных никаких дополнительных сведений, кроме исходных плоских прямоугольных координат x,yне требуется. Единственное требование - чтобы в качестве ординаты y была задана условная ордината, включающая в себя условное смещение на восток +500 000м и номер шестиградусной координатной зоны в начале. Корректно сформированная ордината имеет формат y= nXXXXXX.XXм, где n - номер шестиградусной координатной зоны (в пределах РФ n принимает значение от 4 до 32), а XXXXXX.XX-значение условной ординаты в метрах. Очевидно, что если в ПО ГИС описание системы плоских проекционных координат в СК-42/95 осуществлено верно (в том числе ордината задана в вышеуказанном формате), то реализация данного вида координатного преобразования средствами СПО или ПО ГИС не потребует никаких дополнительных сведений, кроме задания целевой СК: СК-42/95, форма представления координат - геодезические (широта B, долготаL). Для преобразования из геодезических B,L в плоские прямоугольные координатыx,yнеобходимо задать номер шестиградусной координатной зоны в проекции Гаусса-Крюгера, в которую требуется перевычислить геодезические координаты. При осуществлении данного преобразования в СПО/ГИС также потребуется ввод номера шестиградусной зоны целевой СК. Номер шестиградусной зоны n в СК-42/95, в которую попадает перевычисляемая точка, зависит от долготы этой точки и определяется по формуле: n = E[(6 + L) / 6] где L - геодезическая долгота определяемой точки в градусах; E[...] - целая часть выражения, заключенного в квадратные скобки. В геодезической практике возникает потребность осуществлять преобразования координат между двумя (как смежными, так и несмежными) шестиградусными координатными зонами СК-42/95. Данное преобразование также выполняется с использованием формул [3-ГОСТ]. Однако при этом фактически выполняется 2 преобразования:  из плоских прямоугольных координат одной (исходной) зоны x1,y1 в геодезические B,L;  из геодезических B,L в плоские прямоугольные координаты в другой (целевой) зоны x2,y2, при этом предварительно задается номер этой целевой зоны. Реализация данного варианта пересчета в СПО/ГИС осуществляется путем замены одной СК (СК-42/95 для исходной шестиградусной зоны) на другую СК (СК-42/95 для целевой шестиградусной зоны). Координатные преобразования в СК-42, СК-95 (координатные зоны 3°) СК-42/95 с шириной координатных зон 3° (всего территория РФ покрывается 58 такими зонами, от № 7 до № 64) применяется в нашей стране в крупномасштабном картографировании с целью уменьшения искажения геометрии объектов при переходе из системы геодезических координат (на эллипсоиде) в систему плоских координат в проекции Гаусса-Крюгера. Алгоритм прямого (из геодезических B,L в плоские прямоугольные координатыx,y) и обратного (из плоских прямоугольных x,y в геодезические координаты B,L) для СК-42/95 с шириной координатных зон 3° соответствует аналогичному алгоритму для зон в 6°. Отличие заключается лишь в условном смещении на восток, которое для зон в 3° равно +250 000м, а также в формуле для определения номера трехградусной зоны n в СК-42/95, в которую попадает перевычисляемая точка. Для трехградусных зон эта формула имеет вид: n = E[(1.5 + L) / 3] где L - геодезическая долгота определяемой точки в градусах; E[...] - целая часть выражения, заключенного в квадратные скобки. 105 Осуществление преобразования координат между трехградусными координатными зонами СК-42/95 в СПО/ГИС осуществляется по аналогии с шестиградусными зонами - путем замены одной СК (СК-42/95 для исходной трехградусной зоны) на другую СК (СК-42/95 для целевой трехградусной зоны). Координатные преобразования между СК-42 и СК-95 Координатная основа системы координат СК-95 является более точной и однородной по сравнению с СК-42, поэтому новые виды пространственных данных после ввода СК-95 должны были создаваться с ее использованием. Однако наличие большого массива геодезических и картографических данных, созданных в СК-42, и МСК, основанных на СК-42 делают задачу координатных преобразований между СК-42 и СК-95 актуальными и в настоящее время. Особенностью взаимосвязи систем координат СК-42 и СК-95 является то, что деформация координат пунктов ГГС в СК-42 по сравнению с СК-95, достигающая в восточных регионах РФ величин 30 м, является нелинейной и не может быть описана строгими математическими зависимостями. Строго задача преобразования из СК-42 в СК-95 решена только в отношении координат пунктов ГГС 1-2 классов и это решение заключалось в повторном уравнивании координат пунктов ГГС в СК-95, при этом в качестве исходных пунктов такого уравнивания были взяты пункты, задающие СК-95, а в качестве измеренных величин – измерения, ранее выполненные в ГГС. Преобразование же остальных пространственных данных осуществляется с использованием полей деформаций координат СК-42 по отношению к СК-95, суть которого изложена ниже. Рис.51.Матрица деформаций абсцисс пунктов ГГС в СК-42 относительно их абсцисс в СК-95 на территории Новосибирской области 106 На заданную территорию, где предполагается осуществлять координатные преобразования, строятся матрицы (поля) деформаций координат пунктов ГГС в СК-42 по отношению к аналогичным координатам в СК-95 путем вычисления разностей прямоугольных или геодезических координат идентичных пунктов ГГС, покрывающих данную территорию. Пример таких матриц деформации СК-42 по отношению к СК-95, построенных для территории Новосибирской области по всем расположенным в ее пределах пунктах ГГС 1-4 классов, приведены на рис. 51, рис. 52. Рис.52.Матрица деформаций ординат пунктов ГГС в СК-42 относительно их ординат в СК-95 на территории Новосибирской области С использованием этих матриц составляется программное обеспечение, которое интерполирует по полю этих деформаций поправки в соответствующие координаты объектов в СК-42 для перехода в СК-95. Подобный способ является наиболее точным и может обеспечить погрешность на уровне нескольких сантиметров. Этот способ был реализован в Новосибирской области, когда все пространственные данные государственного кадастра недвижимости (ГКН), ведение которого до 2013г. велось в 214 местных системах координат (МСК), основанных на СК-42, были поэтапно (в течение года) пере вычислены в единую СК НСО, построенную на основе СК-95. Для этого было разработано СПО, содержащее в себе базу данных параметров связи МСК с СК-42 и вышеуказанные матрицы, интерфейс которого приведен на рис. 53. 107 Рис. 53. Окно СПО для координатных преобразований с использованием матриц деформаций СК-42 относительно СК-95 Обобщенная технологическая схема координатных преобразований между СК-42 и СК-95, а также между МСК, основанных на СК-42 и МСК, основанных на СК-95 приведена на рис. 54. Рис. 54.Обобщенная технологическая схема координатных преобразований объектов ГКН Новосибирской области 108 Погрешность координатных преобразований между СК-42 и СК-95, а также между МСК, основанных на СК-42 и МСК, основанных на СК-95 с использованием вышеизложенной методики и вышеуказанного СПО составила ≤ 5 см. Другой, упрощенный способ координатного преобразования из СК-42 в СК-95 с использованием деформационных матриц, заключается в том, что вычисляются средние значений искажений координат по осям абсцисс и ординат для некоторых выбранных территориальных единиц, например, кадастрового квартала, административного района или субъекта Российской Федерации, как это сделано в некоторых регионах Российской Федерации. Однако такой способ не является оптимальным и не рекомендуется к распространению. Следует отметить, что этот же принцип использования деформационных матриц заложен в основу технологии точного преобразования координат из СК-95 в ГСК-2011. 4.5.2 Координатные преобразования между СК-42 и МСК субъектов РФ Преобразование между СК-42 и местными координатами субъектов РФ (МСК_NN) по сути своей идентично преобразованию между координатными зонами СК-42/95, однако в качестве другой зоны в случае этого преобразования выступает одна из зон МСК_NN, осевой меридиан которой не совпадает со стандартным положением осевых меридианов 6° и 3° СК-42. При наличии параметров перехода (ключей) между СК-42 и МСК_NN координатное преобразование между СК-42 и МСК_NNвыполняется в следующем порядке:  плоские прямоугольные координаты в исходной зоне СК-42 x,yпреобразовываются в геодезические B,L;  геодезические координаты B,L перевычисляются в плоские прямоугольные координаты в другой (целевой) зоне хʹnn,y'nn,в качестве которой выступает одна из координатных зон МСК_NN с номером n (при этом 1 ≤ n ≥ k), в которой расположена перевычисляемая точка, с долготой осевого меридиана Lnм =L1м + (n-1)·∆L;  полученные таким образом координаты хʹnn,y'nnисправляются (путем прибавления величин, компенсирующих соответствующие смещения по осям координат) за ненулевое значение координат начала местной системы координат в местной системе координат с тем, чтобы получить конечные координаты в МСК_NNхnn,ynn. Параметр 6 для МСК_NN «Угол поворота осей координат местной системы координат в точке начала местной системы координат», фактически представляющий собой величину сближения меридианов (МСК_NN и соответствующего ГСК) в заданной точке МСК, не следует путать с реальным разворотом осей МСК относительно осей ГСК (что делается часто для беззональных МСК), носит информационный характер, в алгоритме перевычисления коорди109 нат не участвует и при осуществлении координатных преобразований между МСК_NN и ГСК в ПО ГИС он не используется. Параметр 7 «Высота поверхности относительности местной системы координат» для МСК_NN имеет обычно нулевое значение, поэтому при реализации координатного преобразования между МСК_NN и ГСК в ПО ГИС он не задается. Ниже приведен пример параметров перехода (ключей) между СК-42 и МСК_NNи пример ввода этих параметров в ПО ГИС GeoMediaProfessional для осуществления координатных преобразований с их использованием (аналогично они могут быть введены как в СПО, так и в другие ПО ГИС -MapInfo, ArcGISи т.д.). Параметры перехода (ключи) между СК-42 и МСК_86 (это условно придуманные автором параметры, по структуре соответствующие МСК_NN, но по действительным значениям величин параметров реальные ключи МСК-68 другие):  долгота осевого меридиана первой зоны МСК-68, проходящего через начало местной системы координат L1_68 = 41° 49';  ширина координатных зон ∆L составляет 3°;  количество координатных зон k= 1 (ширина Тамбовской области по долготе составляет чуть более 3°, поэтому одной зоны достаточно) и диапазон номеров зон равен 1. При одной зоне (k= 1) этот параметр неактуален, однако в общем случае при количестве зон в данном субъекте равном k˃1, нумерация зон в некоторых субъектах начинается не с 1, а с номера 2 или 3.  координаты начала местной системы координат в государственной системе координатxг = 0;yг = 7 690 176,399м;  координаты начала первой координатной зоны МСК-68 в местной системе координат х0 = –5 511 057,399м, y0 = 1 300 000м (первая цифра в начале ординаты означает номер координатной зоны в МСК-68);  угол поворота осей координат местной системы координат в точке с координатами хм = 0м, yм = 1 300 000м местной системы координат Ɣ = - 2° 08' 57″;  высота поверхности относимости местной системы координат Н=0. Ввод параметров для МСК-68 следует сделать (с учетом разной ориентации осей координат в ПО GeoMedia по сравнению с применяемой в РФ) так, как это показано на рис. 55. 110 Рис. 55. Установки параметров проекции для МСК-68 в ПО ГИСGeoMediaProfessional Как видно из этого примера, приведенного на рисунке 55, для осуществления преобразования между СК-42 и МСК_NN используются только параметры 1, 2, 3, 5. Параметры 4, 6 не участвует в вычислении: параметр 4 задает положение начала МСК в ГСК-42; параметр 6 фактически является сближением осевого меридиана стандартной шестиградусной зоны СК-42 по отношению к начальному меридиану МСК-68 в некоторой точке, координаты которой указаны в п.6 параметров. При этом следует обращать внимание, чтобы параметр 7 был нулевым, т.е. Н=0. При ненулевом значении поверхности относимости (Н≠0) использовать данный инструмент ПО GeoMediaProfessional для такого координатного преобразования нельзя. Для задания следующих k координатных зон МСК-68 (если бы они были в этом субъекте) следует повторить то же самое, за исключением того, что ордината для этих зон будет составлять величину, равную yn = 1 300 000м+ (n-1)*1 000 000м, где n – номер текущей зоны СК-68. 4.5.3 Координатные преобразования между СК-42 и местными системами координат населенных пунктов Местные системы координат населенных пунктов, к которым относятся кроме собственно МСК, устанавливаемых в отношении населенных пунктов также и МСК, устанавливаемые в отношении любых других локальных объектов экономической и хозяйственной деятельности (промышленные объекты, месторождения, рудники, заповедники, военные полигоны и т.д.) являются наиболее многочисленной группой МСК, используемых в РФ (всего в РФ насчитывается свыше 30 000 таких МСК). В МСК также используется эллипсоид Красовского и проекция Гаусса-Крюгера, поэтому также, как и в МСК_NN, для них применимы формулы координатных преобразований. Принципиальным отличием МСК от МСК_NN и СК-63 заключается в том, что в них существует только одна координатная зона, поэтому эти МСК относятся к классу беззональных СК. 111 Параметры перехода (ключи) между МСК и ГСК включают в себя те же 7 величин, что и для МСК_NN, однако при этом в некоторых случаях в МСК параметры 6 и 7 имеют ненулевое значение и они должны учитываться в алгоритме преобразований СПО. Реализация преобразования между этим видом МСК и ГСК в строгом варианте в ПО ГИС возможна лишь для тех МСК, где параметры 6 и 7 являются нулевыми и в этом случае они полностью соответствуют варианту преобразования между МСК_NN и ГСК. Для тех МСК, где задан угол разворота осей МСК относительно ГСК и (или) задана ненулевая высота поверхности относительности местной системы координат, в ПО ГИС должны быть использован алгоритм, соответствующий формулам, т. е учитывающий их. 4.5.4 Координатные преобразования между СК-42 и системой координат СК-63 При наличии параметров перехода (ключей) между СК-42 и СК-63 требуемого района координатное преобразование между СК-42 и СК-63 выполняется в следующем порядке:  плоские прямоугольные координаты в СК-42 x,yпреобразовываются в геодезические B,L;  геодезические координаты B,L перевычисляются в плоские прямоугольные координаты в другой (целевой) зоне хʹ63,y'63, в качестве которой выступает одна из координатных зон СК-63 с номером n (при этом 1 ≤ n ≥ k), в которой расположена перевычисляемая точка с долготой осевого меридиана Ln_63_Z = L1_63_Z+ (n-1)·∆L_Z;  полученные таким образом координаты xʹ63,yʹ63исправляются (путем прибавления величин Δх_Z, Δy_Z, компенсирующих соответствующие смещения по осям координат) на величину смещения начала СК-63 с тем, чтобы получить конечные координаты в СК-63 х63,y63. Ниже приведен пример параметров перехода (ключей) между СК-42 и CК63и пример ввода этих параметров в ПО ГИС GeoMediaProfessionalдля осуществления координатных преобразований с их использованием (аналогично они могут быть введены как в СПО, так и в другие ПО ГИС – MapInfo, ArcGIS и т.д.). Допустим СК-63 для района работ Z (название района работ дано условно имеет следующие параметры перехода (ключи) к СК-42 (это условно составленные автором параметры, по структуре соответствующие СК-63, но по действительным значениям величин параметров реальных ключей СК-63 данного района не существует):  долгота осевого меридиана первой зоны СК-63 района Z, проходящего через начало местной системы координат L1_Z = 41° 49';  ширина координатных зон ∆L составляет 3°;  количество зон k= 1; 112  координаты начала местной системы координат в местной системе координат х0 = -11 057,399м, y0 = 1 300 000м. Ввод параметров для СК-63 данного района следует сделать (с учетом разной ориентации осей координат в ПО GeoMedia по сравнению с применяемой в РФ) так, как это показано на рис.56. Рис. 56. Установки параметров проекции для СК-63 Как видно из рис.56, все параметры 1-4 использованы для задания СК-63. Такие параметры МСК, как угол поворота осей координат и высота поверхности относимости в СК-63 не используются в связи с их нулевым значением для всех районов работ. 4.5.5 Координатные преобразования между СК-95 и МСК Субъектов РФ, МСК населенных пунктов, СК-63 При координатных преобразованиях между СК-42/СК-95 и МСК следует четко знать, от какой системы образована данная МСК. До последнего десятилетия все МСК в РФ, в том числе СК-63 были образованы от СК-42. Как сказано ранее (см. Раздел 4.5.2) в МСК, построенных на СК-42 (а это большинство МСК субъектов РФ (МСК_NN_42) преобразование осуществляется по утвержденным параметрам связи (ключам перехода) между СК-42 и МСК. При этом все погрешности и деформации, присущие СК-42, переносятся в созданную от нее МСК, поэтому точность МСК_NN_42 идентична точности СК-42, которая не соответствует современным спутниковым методам геодезических измерений и применение этих систем координат не позволяет в полной мере реализовать потенциал современных систем ГНССпозиционирования. Однако в последние 5-8 лет ряд субъектов РФ (порядка 10, в том числе Новосибирская область) перешли на МСК, созданную от СК-95. В МСК_NN_95 это преобразование выполняется между более точной системой координат СК95 и МСК, именно поэтому эти МСК имеют более высокую точность по сравнению с МСК_NN_42. Координатные преобразования между СК-95 и 113 МСК_NN_95 выполняются по ключам, в общем случае не идентичным ключам перехода из СК-42 в МСК_NN_42. Таким образом, в общем случае, координаты идентичных пунктов в МСК_NN_42 и МСК_NN_95 не совпадают. Так, например, на территории Новосибирской области, где в 2009 году вместо МСК-54 (основанной на СК-42 и, соответственно относившейся к классу МСК_NN_42) введена в действие единая СК НСО, основанная на СК-95, при этом координаты идентичных пунктов в МСК-54 и СК НСО не совпадают. Если возникает необходимость осуществить координатное преобразование между СК-95 (или МСК, построенной на основе СК-95) и МСК, созданной на основе СК-42 (или непосредственно СК-42), то такое преобразование возможно реализовать только через этап перехода от МСК к соответствующей государственной системе координат (СК-42 или СК-95), от которой она создана, а между этими ГСК (СК-42 - СК-95) преобразование необходимо осуществить с использованием ранее изложенного метода с использованием матриц деформаций СК42 по отношению к СК-95 (см. Раздел 4.5.1). 4.5.6 Координатные преобразования между общеземными (геоцентрическими) и референцными системами координат Принципиальным отличием современных геодезических спутниковых технологий от традиционных методов геодезических измерений (триангуляция, трилатерация, полигонометрия и т.д.) заключается в том, что координаты спутниковым методом получаются в той системе координат, в которой вычисляются положение спутников на орбите- в общеземной (геоцентрической) системе координат (ITRF, WGS-84, ПЗ-90 и т.д.). Однако для практических геодезических работ (создание карт, ведение кадастра, строительство и т.д.) требуется определение координат в используемой в РФ государственной или местных системах координат. Поэтому специалисту, выполняющему работы по определению координат с использованием технологий глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), приходится постоянно осуществлять координатные преобразования между геоцентрическими (СК ГНСС) и референцными (конечная СК, в которой должен быть получен результат геодезических измерений). Для перехода из одной системы координат в другую существует принципиально 2 типа преобразований:  преобразование координат с использованием официально опубликованных параметров трансформирования, называемых также глобальными методами преобразования, поскольку они задают алгоритм перехода между системами координат в целом, на всем пространстве действия этих СК, например, между WGS-84 и СК-95, ITRF и СК-95, ПЗ-90 и WGS-84 и т.д.;  преобразование координат с использованием параметров трансформирования, вычисляемых с использованием ограниченного набора расположенных на локальной территории опорных пунктов, координаты которых известны в 114 обеих этих СК, называемых также локальными методами преобразования, поскольку они задают алгоритм пересчета координат, действующий только в отношении локальной территории, на которой расположены опорные пункты. При этом различают трехмерные, двухмерные и одномерные преобразования. Преобразование координат по методу Гельмерта Классическими трехмерными методами преобразования координат, применяемыми для преобразований между пространственными трехмерными прямоугольными или эллипсоидальными (геодезическими) системами координат являются соответственно метод Гельмерта и метод Молоденского. Преобразование по методу Гельмерта (рис. 57) на примере перехода от СК95 (СК-42) к WGS-84 из одной пространственной (трехмерной) системы прямоугольных координат X,Y,Z (СК-1) в другую пространственную систему прямоугольных координат (СК-2) заключается в осуществлении трех операций:  перенос начала СК1 в начало СК2 путем смещения по осямXYZна величины TX, TY, TZ, соответствующие разности координат начал систем координат 1 и 2 (или, что аналогично, на величину значений координат конечной системы координат СК-2 в исходной СК-1);  поворот вокруг каждой из осей координат на величины X, Y, Z;  масштабирование (введение множителя , характеризующего изменение масштаба конечной СК-2 по отношению к масштабу начальной СК-1). Рис.57. Преобразование координат по методу Гельмерта Таким образом, преобразование Гельмерта задается 7 вышеуказанными параметрами, из-за чего его нередко называют 7-параметрическим преобразованием, или Евклидовым преобразованием подобия, а входящие в него параметры трансформирования - параметрами Гельмерта. Для 7-параметрическиого преобразования Гельмерта используется формула: 115 X  X  TX    Y     Y    TY     Z    Z   Z  T    CK 2 CK1  Z   Y Z  X  Y   X   X   Y     Z  CK1 где [X, Y, Z]СК1- координаты точки в исходной системе координат; где, [X, Y, Z]СК2- координаты точки в конечной системе координат; TX, TY, TZ - величины смещения начала системы координат 1 по соответствующим осям в начало системы координат СК2; X, Y, Z- поворот вокруг каждой из осей системы координат;  - масштабный коэффициент, учитывающий разномасштабность этих СК, его значение обычно <10-6 и дается в единицах 6-го знака после запятой. Преобразование координат по методу Молоденского Для преобразования между геодезическими координатами двух СК применяется метод Молоденского (рис. 58). При этом преобразовании геодезические координатыB, L, H во второй (целевой) системе координат (СК2) получаются из координат в исходной системе координат (СК1), минуя переход к прямоугольным координатам: BCK 2  BCK 1  B   LCK 2  LCK 1  L  . H CK 2  H CK 1  H  Рис. 58.Преобразование координат по методу Молоденского Формулы для вычисления поправок B, L, Hприводятся ниже:   [T X sin B cos L  TY sin B sin L  TZ cos B  M H 2 a( Ne 2 sin B cos B) Ne  N 2     1 sin B cos B]  a 2  a 2    2  (1  e cos 2 B)( X sin L  Y cos L)   e 2  sin B cos B; B  116 L    ( N  H ) cos B (T X sin L  TY cos L)   tgB (1  e E2 )( X cos L  Y sin L)   Z ; a  E H  TX cos B cos L  TY cos B sin L  TZ sin B  E  N   eE2 N sin 2 B    eE2 N sin B cos B X sin L  Y cos L       2       ( N  H  eE2 sin 2 B ). где: aE  (aE )CK 2  (aE )CK1 , eE2  (eE2 ) CK 2  (eE2 ) CK1 , a , N 1 e 2 sin 2 B M  a (1  e 2 ) (1  e 2 sin 2 B ) 3 . Параметры преобразования координат Качество (точность) вышеуказанных преобразований между СК, осуществляемых по методу Гельмерта или методу Молоденского, зависит от того, насколько точны(однородны) СК, между которыми осуществляется преобразование и насколько точны используемые параметры связи этих СК. Для перехода из одной системы координат в другую существует принципиально 2 типа преобразований:  преобразование координат с использованием официально опубликованных параметров трансформирования, называемых также глобальными методами преобразования, поскольку они задают алгоритм перехода между системами координат в целом, на всем пространстве действия этих СК, например, между WGS-84 и СК-95, ITRF и СК-95, ПЗ-90 и WGS-84 и т.д.;  преобразование координат с использованием параметров трансформирования, вычисляемых с использованием ограниченного набора расположенных на локальной территории опорных пунктов, координаты которых известны в обеих этих СК, называемых также локальными методами преобразования, поскольку они задают алгоритм пересчета координат, действующий только в отношении локальной территории, на которой расположены опорные пункты. Глобальные методы преобразования координат обеспечивают высокую точность при работе с точными координатными системами, например, ITRF, WGS84, ГСК-2011.Глобальные параметры между двумя СК вычисляются путем сравнения координат одних и тех же пунктов (обычно это пункты государственной геодезической сети или специальные пункты спутниковых сетей) в этих двух системах координат, определенных с высокой точностью и расположенных на территории, для которой определяются параметры (страна, континент, земной шар). 117 Локальные методы преобразования применяются в том случае, если одна из СК, между которыми осуществляется преобразование, не является однородной (имеет существенную деформацию) и применение глобальных параметров преобразования невозможно, поскольку глобальные параметры не учитывают локальные деформации неоднородной СК. При преобразовании с использованием локальных параметров используются те же алгоритмы (формулы), которые применяются в глобальных методах, но параметры перехода определяются по измерениям на опорных точках, покрывающих небольшую (локальную) область. При трансформировании локальных (референцных) координат ошибки могут значительно возрастать из-за того, что параметры связи координатных систем во многих случаях определяются по ограниченной выборке точек и не могут учитывать локальных нелинейных искажений в сетях. Например, точность перехода из системы ПЗ-90 в СК-42 оценивается в 2-4 м, а из WGS-84 в СК-42 в 5 - 7 м. 4.5.7 Координатные преобразования между ГСК-2011 и другими системами координат Координатные преобразования в среде ГСК-2011 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 ITRF:  начало системы координат совпадает с центром масс Земли;  ось Z направлена к Условному земному полюсу;  ось Х направлена в точку пересечения плоскости экватора и начального (Гринвичского) меридиана, установленного Международным бюро времени;  ось Y дополняет систему до правой. Точность установления ГСК-2011 по отношению к центру масс Земли на настоящий момент времени характеризуется средней квадратической погрешностью, не превышающей 10 см. Однако, несмотря на то, что ГСК-2011 является геоцентрической СК, с 01.01.2017г. она используется в РФ для выполнения практических геодезических и картографических работ, в том числе при выполнении кадастровых работ. То есть для этих целей в среде ГСК-2011 предполагается применение той же проекции (Гаусса-Крюгера) и той же системы образования 6° и 3° координатных зон, что и в СК-42/СК-95. Однако, в связи с тем, что эллипсоид ГСК-2011 по своим параметрам отличается от эллипсоида Красовского соответственно прямого (из геодезических координат в плоские прямоугольные координаты) и обратного (из плоских прямоугольных в геодезические координаты) перехода в ГСК-2011 целесооб118 разно применение формул в общем виде, предполагающих использование произвольного эллипсоида[3]. С учетом этого, координатные преобразования между геодезическими и плоскими прямоугольными координатами в ГСК-2011 осуществляются по аналогии с СК-42/СК-95 за исключением того, что для идентичных преобразований нельзя использовать формула из ГОСТ [], где проставлены коэффициенты для эллипсоида Красовского, а следует использовать формулы в общем виде, предполагающих использование произвольного эллипсоида, приведенные в [3]. Координатные преобразования между СК-95 и ГСК-2011 Хотя в предыдущих лекциях настоящего курса системы координат СК-42 и СК-95 рассматривались как аналогичные СК, при преобразовании в ГСК-2011 их следует четко различать. Дело в том, что 7 параметров связи (7 параметров Гельмерта) ГСК-2011 с СК-42 и СК-95 различаются между собой. То есть, хотя в СК-42 и СК-95 используется один и тот же референц-эллипсоид, их пространственное положение не совпадает. Поскольку большинство пространственных данных в РФ создано в СК-95, основные усилия Росреестра в настоящее время направлены на разработку технологии преобразования между СК-95 и ГСК, в том числе предполагается осуществление следующих 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. Для обеспечения перехода в области государственного картографирования на ГСК-2011 требуется выполнение целого ряда мероприятий научнотехнического, организационного и методического характера:  выполнение исследований и разработка методики работ по созданию и обновлению государственных цифровых топографических карт и планов (ЦТК и ЦТП) в ГСК-2011; 119  выполнение анализа, обоснования и подготовка предложений по картографической проекции, используемой для создания государственных топографических карт и планов в ГСК-2011;  разработка алгоритмов и математического аппарата, обеспечивающего создание и обновление государственных ЦТК и ЦТП с учетом перехода в новую систему координат, на общеземной эллипсоид и установленную картографическую проекцию;  разработка модулей программного обеспечения (ПО), реализующих в производственных условиях решение задач по созданию и обновлению государственных ЦТК и ЦТП в ГСК-2011;  экспериментальная проверка разработанных методик, алгоритмов и ПО;  организация и решение вопросов сертификации ПО для обработки информации закрытого пользования;  разработка методической документации, отражающей специфику создания и обновления государственных ЦТК и ЦТП в ГСК-2011. На рис. 59 показана принципиальная схема предлагаемой методики. 120 Рис. 59. Принципиальная схема методики преобразования ЦТК из систем координат СК-95 (СК-42) в ГСК-2011 Следует при этом иметь ввиду, что в вышеуказанной методике для преобразований между СК-95 и ГСК-2011 предполагается использование глобальных параметров, которые не гарантируют геодезической точности (см. раздел 4.5.6). Погрешность такого координатного преобразования соответствует степени неоднородности СК-95, которая по территории РФ может составлять величину до 1м. Поэтому вышеуказанная схема может применяться только для преобразований из СК-95 в ГСК-2011 мелкомасштабных топографических карт. 121 Для перехода от СК-95 к ГСК-2011 с более высокой точностью в настоящее время в Российской Федерации существуют две возможности. В течение 2014-2016 годов Росреестр выполнил полевые работы по ГНССнаблюдениям на пунктах ГГС во всех субъектах РФ с целью определения региональных параметров связи СК-95 и ГСК-2011 и разработки методики перехода к ГСК-2011 при ведении государственного кадастра недвижимости. Эта методика основана на построении матриц деформаций СК-95 по отношению к ГСК-2011 и реализована в виде ПО под названием «Программное обеспечение пересчета массивов координатных описаний объектов недвижимости из местных систем координат Роснедвижимости субъектов Российской Федерации в государственные системы координат и обратно» (сокращенное название ПО MSK2GSKALLR). Это ПО является в настоящее время самым точным инструментом пересчета массивов данных из СК-95 в ГСК-2011, декларируемая разработчиками точность преобразования – 5 см. ПО передано Росреестром в кадастровую палату Росреестра и используется для пересчета в ГСК-2011 границы территории РФ, а также границ субъектов РФ с целью ведения единого государственного реестра недвижимости (ЕГРН), где эти объекты учитываются именно в государственной системе координат ГСК-2011. К сожалению, в настоящее время ни непосредственно данное ПО, ни основной его компонент – региональные параметры связи и матрицы деформации СК-95 по отношению к ГСК-2011 - широкой геодезической общественности (за исключением кадастровой платы Росреестра) недоступно. Поэтому для пользователей, желающих осуществить преобразование координат пунктов из СК-95 в ГСК-2011 с геодезической точностью (несколько сантиметров), которым недоступно вышеуказанное ПО Росреестра, остается единственная возможность: самостоятельно определять локальные параметры связи этих СК на некоторой ограниченной территории, для чего потребуется выполнить соответствующие вычисления, а иногда и полевые работы. Координатные преобразования между СК-42 и ГСК-2011 Корректное решение задачи координатных преобразований между СК-42 и ГСК-2011 заключается в том, что от СК-42 предварительно пространственные данные должны быть преобразованы в СК-95, а затем осуществляется переход от СК-95 к ГСК-2011. Такой подход гарантирует координатные преобразования с точностью порядка нескольких сантиметров. Для более грубых преобразований, когда требуется точность на уровне картографической точности топографических карт мелкого масштаба, возможен переход непосредственно от СК-42 к ГСК-2011 по глобальным параметрам преобразования, установленным в отношении всей территории РФ. Кроме того, вышеуказанное «Программное обеспечение пересчета массивов координатных описаний объектов недвижимости из местных систем координат Роснедвижимости субъектов Российской Федерации в государственные системы координат и обратно» (ПО MSK2GSKALLR) имеет в своем составе 122 функционал пересчета из СК-42 в ГСК-2011 напрямую, минуя СК-95, используя для этого матрицы деформаций СК-42 по отношению к ГСК-2011. Координатные преобразования между ГСК-2011 и МСК Преобразование между МСК, основанных на СК-42 (МСК_NN_42, СК-63 и т.д.) и ГСК-2011 в тех случаях, когда такое преобразование потребуется, правильно осуществлять последовательно от МСК к родительской государственной СК (СК-42), от нее - к СК-95, а уже от нее к ГСК-2011. Для тех МСК, которые созданы на основе СК-95, этот путь будет на один шаг короче, при этом для этих МСК должны использоваться параметры связи (ключи) именно между МСК_95 и СК-95. Для преобразования между МСК субъектов РФ, а также некоторыми МСК в государственные системы координат (СК-42, СК-95, ГСК-2011) может быть использовано вышеназванное «Программное обеспечение пересчета массивов координатных описаний объектов недвижимости из местных систем координат Роснедвижимости субъектов Российской Федерации в государственные системы координат и обратно» (ПО MSK2GSKALLR). ПО имеется кадастровой палате Росреестра и ее филиалах. Следует при этом иметь ввиду, что это ПО не является открытым продуктом. 5 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 5.1 Виды программного обеспечения для камеральной обработка ГНСС-измерений Используемое для камеральной обработки ГНСС-измерений программное обеспечение принято делить на коммерческое программное обеспечение, поставляемое производителями спутниковой аппаратуры и многоцелевое научное программное обеспечение, которое создается разработчиками из научных организаций. Считается, что в научных программах моделирование явлений выполняется на уровне точности в 1 мм, в то время как в коммерческих программах 5 мм. Наиболее известными в мире научными программами камеральной обработки ГНСС-измерений являются: - Bernese- разработана в Астрономическом институте Университета Берна, Швейцария; - GAMIT/GLOBK- разработана в Массачусетском институте технологий, США; - GEONAP- разработана в Университете Ганновера, Германия; - GIPSY-OASISII - разработана в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского института технологий, США; 123 Научное ПО используется для целей геодинамики, проведения научных исследований, требует высочайшей квалификации персонала в области спутниковых технологий. В геодезической деятельности научное ПО Bernese используется головной научной организацией Росреестра - ФГБУ «Научно-технический центр геодезии, картографии и ИПД» в процессе камеральной обработке ГНССизмерений, выполненных с целью построения современной спутниковой геодезической сети (ФАГС, ВГС, СГС-1). Для целей камеральной обработки ГНССизмерений, выполненных в процессе кадастровой деятельности научное ПО не используется, а используется коммерческое ПО. Коммерческое программное обеспечение обычно предназначено как для обработки данных от приемников определенного типа, производителем которого является данная фирма-разрабочик ПО так и от других производителей. Данные из ГНСС-приемников других производителей могут быть легко импортированы в это ПО, будучи предварительно преобразованными в стандартный обменный формат RINEX. RINEX (Receiver Independent Exchange Format) — это независимый от типа и производителя ГНСС-приемника формат обмена данными для файлов исходных данных спутниковых навигационных приѐмников. Коммерческое программное обеспечение подходит для повседневной геодезической работы, в том числе для выполнения геодезических работ в процессе кадастровой деятельности. Обычно это ПО предлагает большое разнообразие возможных применений и может достаточно легко управляться персоналом со средним уровнем инженерного образования в области спутниковых технологий. Все современные программы для камеральной обработки ГНСС-измерений включают в себя как решение отдельных базовых линий, так и для уравнивания сети таких базовых линий. Обычно эти программы позволяют делать обработку статических и кинематических измерений, выполнять обработку измерений, выполненных в режимах абсолютных и относительных измерений. Средства для обработки ГНСС-измерений в настоящее время представлены широким спектром коммерческого программного обеспечения (ПО), которое поставляется на рынок производителями ГНСС-приемников геодезического класса (обычно каждый производитель ГНСС-приемников поставляет свое ПО). Однако геодезистам, использующим в своей практической деятельности ГНССприемники, нет необходимости изучать все или множество ПО для обработки ГНСС-измерений. Для этого достаточно научиться квалифицированно выполнять обработку ГНСС-измерений в одном ПО, что позволит обрабатывать данные измерений с ГНСС-приемников любых других производителей, предварительно преобразованных в стандартный обменный формат RINEX. Из коммерческих программ в России широко распространенными на рынке спутниковых технологий являются: - Trimble Business Center (TBC), компанииTrimble Navigation; - Pinnacle, Ensemble компанииJavad Navigation Systems; - Topcon Tools компанииTopcon Positioning Systems; - Ashtech Solutions компанииThales Navigation. 124 Одним из наиболее распространенных на рынке коммерческого ПО является программный комплекс LEICAGeoOffice, разработчик LeicaGeosystems, Швейцария (далее ПО LGO, LGO, ПО), обладающий всем необходимым инструментарием для обработки и уравнивания ГНСС-измерений, выполненных как ГНСС-приемниками LeicaGeosystems, так и ГНСС-измерений, выполненных приемниками других производителей, представленными в обменном формате RINEX. Наряду с обработкой ГНСС-измерений ПО LGO предназначено для обработки результатов измерений различными другими геодезическими оптикоэлектронными приборами фирмы LeicaGeosystems (цифровые нивелиры, тахеометры), однако в данном курсе лекций эти возможности ПО не рассматриваются. С целью обучения процессу камеральной обработке измерений, выполненных ГНСС-приемниками, в программном обеспечении ПО LEICAGeoOffice одним из авторов настоящего курса лекций составлено учебно-методическое пособие [4], которое, вместе с подготовленными и размещенными в системе дистанционного обучения СГУГиТ исходными данными, может быть использовано слушателями для самостоятельного изучения и получения практических навыков обработки. Поэтому в настоящем курсе лекций дается только общий порядок и основные принципы камеральной обработки ГНСС-измерений. 5.2 Основные процессы камеральной обработки ГНСС-измерений (на примере ПО LEICAGeoOffice) Камеральная обработка ГНСС-измерений обычно включает в себя 3 основных этапа: 1. Определение координат начального пункта развиваемой спутниковой геодезической сети в геоцентрической системе координат (обычно это WGS84/ITRF); 2. Вычисление базовых векторов между пунктами сети с тем, чтобы координаты каждого пункта сети были получены не менее чем из двух базовых векторов. Уравнивание геодезической сети, состоящей из базовых векторов, и получение уравненных координат всех пунктов сети в геоцентрической системе координат и оценки точности и надежности полученных результатов; 3. Преобразование координат всех пунктов сети из геоцентрической СК в государственную референцную СК (или местную СК), в которой требуется выполнять кадастровые работы. Определение координат начального пункта в геоцентрической СК Как показано ранее (см. раздел 3.8.2), из трех возможных вариантов определения координат начального пункта развиваемой ГНСС-методом спутниковой геодезической сети следует пользоваться наиболее точным – привязкой к исходным пунктам, координаты которых известны в геоцентрической СК с высокой точностью. В качестве таких могут быть использованы пункты междуна125 родной высокоточной спутниковой геодезической сети, созданием и развитием которой занимается международная ГНСС-служба (International GNSS Service – IGS), сокращенное название на русском языке – МГС, состоящая из более чем 350 расположенных по территории всего земного шара станций, на которых установлены и постоянно работают высокоточные двухчастотные геодезические приемники. Схема сети приведена на рис. 60. Рис. 60. Схема высокоточной спутниковой геодезической сети МГС Для этого на объекте работ, где создается ГНСС-сеть, необходимо организовать непрерывное наблюдение на базовой станции в течение нескольких суток. Скачивание «сырых» данных о ГНСС-измерениях на пунктах МГС в обменном RINEX-формате может быть осуществлено вне среды ПО LGO с одного из сайтов международной ГНСС-службы, например ftp://igs.ensg.ign.fr/pub/igs/data/, где последовательно выбирается год наблюдений, юлианский день наблюдений (порядковый номер дня в году в интервале от 1 до 365), название пункта по 4-х буквенной аббревиатуре и скачиваются соответствующие файлы архивов, содержащие сырые данные наблюдений и точные эфемериды на данную дату наблюдений. Здесь же скачиваются точные эфемериды на даты наблюдения развиваемой сети. В ПО LGO есть специальный инструментарий, позволяющий автоматизировать этот процесс. Координаты исходных пунктов высокоточной сети МГСв СК ITRF-2008 или более поздней ее версии (ITRF-2014 и т.д.) на дату наблюдений требуется скачать с одного из сайтов этой службы, например, http://itrf.ensg.ign.fr/. На данной странице в разделе Site Information and selection(информация и выбор станций) с использованием одного из возможных вариантов (поиск на карте, по 4-х буквенной аббревиатуре, по уникальному DOMES-коду) осуществляется поиск необходимых пунктов и выбирается на заданную дату (время наблюдения на объекте работ) координаты пунктов. 126 Зная координаты исходных 3-4 пунктов МГС в геоцентрической СК (ITRF 2008/ ITRF 2014), имея сырые ГНСС-измерения на них, а также точные эфемериды спутников, вычисляются базовые вектора от МГС до начального пункта сети. В связи с обычно большим расстоянием от МГС да начального пункта сети (на территории РФ расположено мало пунктов IGS, большинство из них находится за пределами РФ) при вычислении базовых векторов разрешение неоднозначности не достигается даже с использованием точных эфемерид и используется плавающее решение. Тем не менее, легко можно добиться такого результата, чтобы уклонение координат начального пункта, полученных по каждому базовому вектору, от их средних значений не превышало величин порядка 7 см. Это гарантирует точность получения начальных координат не хуже 0.2м, что полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемой к точности определения начального пункта сети в геоцентрической СК, и не приведет к ошибке определения базовых векторов более чем 0.2 мм при длине таких векторов прядка 50 км. (см. табл. 4, раздел 3.8.2). Вычисление базовых векторов между пунктами сети Вычисление в развиваемой геодезической сети следует только независимые базовые вектора (см. раздел 3.8.2), при этом каждый пункт сети должен быть получен не менее чем из двух базовых векторов. Схема наблюдения геодезической сети из 7 пунктов четырьмя ГНСС-приемниками приведена на рис. 61, сценарий ее наблюдения приведен в Таблице 9. Рис. 61. Схема наблюдения спутниковой сети 4-мя ГНСС-приемниками в 4 сессии Таблица 9 Сценарий наблюдений спутниковой сети 4-мя приемниками в 4 сессии № Включаемые в сессию ДАТА наблюдеИзмеряемые БВ сессии пункты ний 1 MHKV-BOLO-TOGU-MASL 13.01.2015 MHKV-BOLO, BOLO-TOGU, TOGU-MASL 2 TOGU- MHKV-MASL-ISKT 14.01.2015 MHKV-TOGU, 127 3 MHKV-ISKT-NSKW-KOLV 16.01.2015 4 NSKW-MHKV- KOLV-BOLO 18.01.2015 MHKV-MASL, ISKT-MASL MHKV-ISKT, ISKT-NSKW, NSKW-KOLV NSKW-MHKV, MHKV- KOLV, KOLV-BOLO Обработка БВ вышеуказанной сети должна осуществляться точно в такой же последовательности, как они наблюдались и как это отражено на схеме сети (каждый цвет здесь означает отдельную сессию) и в сценарии наблюдения сети. Все базовые вектора (БВ) сети должны быть вычислены с разрешением неоднозначности, так как при проектировании сети длины БВ задавались именно такой длины (не более 30-40 км), чтобы даже по бортовым эфемеридам их вычисление можно было сделать с разрешением неоднозначности. В проблемных случаях, когда даже на такой длине БВ разрешения неоднозначности достичь не удается, следует воспользоваться рекомендациями, данными на этот случай в учебно-методическом пособии [4]. В процессе вычислений следует также следить за тем, чтобы точные геоцентрические координаты всем пунктам сети передавались по БВ только от начального пункта сети. Расхождение координат каждого пункта сети, полученное по каждому отдельному БВ, от его средних величин не должно превышать заданной по умолчанию в ПО величины (в ПО LGOобычно 7.5 см.) После того, как для всех пунктов сети не менее чем из двух БВ будут получены средние координаты в геоцентрической СК, следует выполнить уравнивание сети. Целью уравнивания является: - устранение невязок замкнутых полигонов; - повышение точности определения координат пунктов сети; - оценка точности ГНСС-измерений и определения координат пунктов сети. Уравнивание сети следует выполнять сначала свободное или минимально ограниченное, когда, соответственно, в качестве исходных пункты либо не задаются, либо задается только один пункт. Анализ отчета об уравнивании сети, а также оценку надежности сети, а также, в случае необходимости, принятие мер по исключению грубых ошибок измерений, рекомендуется производить в соответствии с учебным пособием [6], подготовленным одним из авторов настоящего курса лекций. Окончательное уравнивание сети следует производить ограниченно с выбором такого количество исходных пунктов, которое требуется для надежной связи, развиваемой и существующей геодезической сети. В качестве конечных координат пунктов созданной геодезической сети в геоцентрической СК следует брать именно уравненные координаты. 128 Преобразование координат всех пунктов сети из геоцентрической в референцную СК Переход от геоцентрических СК, в которых вычисляются координаты пунктов из ГНСС-измерений (в нашем случае этоITRF) к референцным системам координат (допустим, это СК-95) осуществляется путем определения параметров преобразования, вычисляемых на основании пар не менее чем 3-х пунктов, имеющих координаты в обеих системах координат (ITRF и СК-95). Именно для этих целей в процессе полевых геодезических работ ГНССизмерения выполняют не только на новых, определяемых пунктах, но и на пунктах ГГС, называемых опорными, координаты которых в референцной государственной системе координат (СК-95) уже известны. При этом количество таких опорных пунктов должно быть не 3, поскольку в этом случае параметры связи 2-х систем координат вычисляются без контроля и без оценки точности, а не менее чем 4. Фактической количество опорных пунктов в развиваемой спутниковыми методами ГГС и принцип их расположения на объекте работ должен соблюдаться следующий: - они должны располагаться равномерно в сети; - линия, соединяющая крайние опорные пункты сети должна, по возможности, охватывать все пункты сети. Выход пунктов за эту линию не должен превышать 3-5 км; - расстояния между плановыми опорными пунктами (у которых точно известны только координаты) не должны превышать 20-25 км; - расстояния между опорными высотными пунктами (у которых точно известны высоты) зависит от степени анормальности квазигеоида в районе работ и, в общем случае, не должна превышать 10-15 км, а в горных районах – 5 км. Вычислив параметры связи между СК ITRF и СК-95 по общим пунктам, эти параметры применяют для преобразования (трансформирования) координат остальных пунктов сети из геоцентрических СК в референцные СК. На этапе вычисления параметров трансформирования между геоцентрическим и референцными СК (этот этап во многих ПО называется «калибровка») следует следить за точностью их получения, которая должна быть в пределах 57 см. В случае, если это условие не соблюдается, следует сделать другой набор опорных пунктов, для чего количество таких опорных пунктов в сети должно быть отнаблюдено с запасом. После того, как параметры трансформирования между геоцентрической и референцной СК с заданной точностью вычислены, преобразование координат пунктов сети между этими СК осуществляется нажатием одной кнопки в ПО. Используя соответствующий интерфейс ПО можно сформировать каталог координат созданной геодезической сети в референцной СК (в нашем случае СК95) с заданием нужного количества атрибутивных столбцов для каждого пункта, помимо координат и высоты пунктов (в качестве таких атрибутов обычно служит точность получения соответствующих координат). 129 Полученный каталог координат пунктов может быть (с использованием соответствующего инструментария ПО для камеральной обработки ГНССизмерений) легко сохранен в виде файла нужного формата (*.txt, Excell, Word и т.д.), который в свою очередь может быть импортирован в программное обеспечение, где будет создана кадастровая карта, схема или план картографируемой территории. Во многих ПО, в том числе и в ПО LGOсуществует функция экспорта схемы (карты) расположения пунктов созданной геодезической сети в форматы программного обеспечения для создания электронных карт (AutoCAD и т.д.). 5.3 Камеральная обработка результатов измерений, выполненных электронными тахеометрами Передача данных в ПЭВМ выполняется непосредственно с электронного тахеометра. С помощью кабеля тахеометр присоединяется к ПЭВМ, в программном обеспечении которого должна быть программа для считывания данных измерений. Перед передачей данных в ПЭВМ в тахеометре устанавливаются параметры передачи, соответствующие параметрам считывающей программы. Считанные данные измерений могут быть переданы в специальный программный продукт для дальнейшей обработки. Порядок выполнения экспорта данных следующий[10]:  привести ТСR405 в рабочее положение;  соединить ТСR405 с ПЭВМ кабелем, входящим в комплект прибора;  включить ПЭВМ и установить на ПЭВМ, с диска, программу для считывания данных;  перезагрузить ПЭВМ;  в ПЭВМ запустить программу «LeicaGeoOfficeTools» (рис.62); Рис.62. Программа для считывания данных измерений 130  в программе активировать команду ―DataExchangeManager‖ (рис.63); Рис.63.Программа «DataExchandeManager» (передача данных)  выбрать команду ―Options‖ (рис.64); Рис.64.Программа «Options» (опции)  установить параметры передачи данных по умолчанию «Defaults»;  включить ТСR405 и проверить параметры передачи данных, установленные в тахеометре (рис. 65),параметры на приборе должны соответствовать параметрам передачи, установленным в ПЭВМ; 131 Рис.65. Выполнение настроек для вкладки «Параметры связи»  на экране дисплея активировать пиктограмму «СОМ 1» (рис.66); Рис.66. Команда «COM1» (определение устройства для считывания данных).  выбрать файл с данными измерений (рис.67) и скопировать его в выбранную директорию на диске ПЭВМ (рис.68). 132 Рис.67. Команда «Job» (выбор проекта) Рис.68. Команда «DataDownload» (передача данных) Программа для считывания имеет внутренний конвертер для преобразования данных который позволяет преобразовать текстовый формат измерений (рис. 68) в другие обменные форматы, в частности в формат с расширением *.dxf. Конечным продуктом съемки является топографический (кадастровый) план. Создание топографического плана выполняется с применением специализированных программных продуктов. Рассмотрим кратко технологию создания топографического плана в ГИС MapInfo. Выполнение работы необходимо начать с импортирования в ГИС MapInfo файла, содержащего координаты съѐмочных пикетов. После проверки настроек импортированной таблицы, просматривают полученное изображение точек на экране, сравнивая его с данными абриса (рис. 69). 133 Рис. 69. Номера импортированных съѐмочных точек Если замечаний по импорту нет, то в дополнение к слоям импортированного файла, создают дополнительные слои с необходимыми параметрами, основываясь на требованиях технического задания на выполнение работ (рис70). Рис.70. Перечень слоѐв карты Для каждого слоя выполняется вычерчивание контуров топографических объектов в соответствии с абрисом на участок съѐмки (рис.71). При съемке большого объекта несколькими бригадами исполнителей выполняется сводка контуров объектов. 134 Рис. 71. Контура топографических объектов. Затем выполняют заполнение контуров объектов подписями и условными знаками из набора классификаторов условных знаков ГИС MapInfo. Заключительным этапом создания топографического плана является вычерчивание зарамочного оформления плана. 135 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Вопросы, рассмотренные в настоящем курсе лекций, направлены на формирование у слушателей ключевых компетенций в сфере геодезии, которыми должны владеть специалисты в сфере кадастровой деятельности и регистрации прав на недвижимое имущество. В свете динамично развивающихся геодезических технологий, постоянно меняющихся правил нормативного регулирования в сфере геодезии и картографии, происходит постоянная модернизация методов выполнения геодезических работ, применяемых систем координат, изменяется структура главной координатной основы страны. Настоящий курс лекций отражает актуальное состояние рассматриваемых вопросов, в то числе в части современной классификации геодезических сетей РФ и месте в их структуре опорных межевых сетей; содержит базовые понятия о глобальных навигационных спутниковых системах (ГНСС), устройстве и принципе работы ГНСС-приемников и электронных тахеометров, технологии выполнения геодезических работ с их применением; дает классификацию применяемых в РФ систем координат, видов и технологии осуществления координатных преобразований, востребованных в процессе кадастровой деятельности. Дальнейшее изучение данной учебной дисциплины предполагает получение слушателем самостоятельного практического опыта по рассматриваемым вопросам. 136 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 1). – М.: Картгеоцентр; - 2005. – 334 с. 2. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 2). – М.: Картгеоцентр; – 2006. – 360 с. 3. Афонин К. Ф. Высшая геодезия. Системы координат и преобразования между ними. – Новосибирск: СГГА, 2011. – 66 с. 4. Обиденко В. И. Методы создания и развития государственных геодезических сетей. Обработка результатов спутниковых измерений при создании и развитии государственных геодезических сетей в программном обеспечении LeicaGeoOffice. – Новосибирск: СГУГиТ, 2015. – 172 с. 5. Обиденко В. И. Методы создания и развития государственных геодезических сетей. Преобразования между системами координат в программном обеспечении геоинформационных систем GeoMedia Professional. – Новосибирск: СГУГиТ, 2017. – 129 с. 6. Обиденко В. И., Шитиков П. К. Методы создания и развития государственных геодезических сетей. Анализ надежности спутниковой геодезической сети по данным статистического тестирования результатов ее уравнивания в программном обеспечении LEICA Geo Office. – Новосибирск: СГУГиТ, 2018. – 92 с. 7. Российская Федерация. Законы. «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты»ФЗ-431 от 30.12.2015г. 8. ГОСТ 55024-2012. Сети геодезические. Классификация. Общие технические требования [Текст]. – М. : Стандартинформ, 2014. – 11 с. 9. ГОСТ 32453-2013. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых 10. Руководство пользователя ТРС400 Series. Версия 3.0. [Электронная версия]. /GeosystemsAG, Heerbrugg, Швейцария, 2003. – 164 с. 137