Программа автономных методов спутниковых координатных определений

Разработанные Федеральной службой геодезии и картографии России концепция и программа перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений изложены в работе Е. А. Жалковского, Г. В. Демьянова, В. И. Зубинского, П. Л. Макаренко, Г. А. Пьянкова «О концепции и программе перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений» (Геодезия и картография, 1998, № 5). Традиционные геодезические методы основаны на последовательном развитии геодезических сетей путем угловых и линейных измерений, требующих для обеспечения прямой видимости между смежными пунктами постройки геодезических знаков, сооружение которых потребовало около 80% средств, затраченных на создание существующих опорных сетей.

Государственная геодезическая сеть (ГТС), создававшаяся в течение многих десятилетий как единая система для территории СССР, имеет около 164 тысяч закрепленных на местности пунктов 1 и 2-го классов астрономо-геодезической сети (АГС).

Распространение единой системы высот на всю территорию стран СНГ осуществляется путем создания государственной нивелирной сети (ГНС), т. е. нивелирных сетей 1 и 2-го классов (главная высотная основа) и заполняющих сетей 3 и 4-го классов.

В систему государственного геодезического обеспечения входит также государственная фундаментальная гравиметрическая сеть (ГФГС), государственная гравиметрическая сеть 1-го класса и сеть астрономо-гравиметрического нивелирования (АГН).

Обеспечивая многие практические потребности, существующие наземные геодезические методы по точности, оперативности, экономической эффективности не соответствуют некоторым важным современным требованиям науки и практики, например, при изучении геодинамических процессов.

По сравнению с традиционными спутниковые методы ГЛОНАСС/GPS имеют следующие преимущества:

• передача с высокой оперативностью и точностью координат практически на любые расстояния;
• геодезические пункты можно располагать в благоприятных для их сохранности местах, так как не нужно обеспечивать взаимную видимость между пунктами и, следовательно, строить дорогостоящие геодезические знаки;
• простота и высокий уровень автоматизации работ;
• понижение требований к плотности исходной геодезической основы. 

Реализация спутниковых технологий предусматривает построение следующих геодезических сетей:

• фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) — высшее звено координатного обеспечения; она должна обеспечивать оперативное воспроизведение общеземной геоцентрической системы коорди-) нат, стабильность системы координат во времени, метрологическое, обеспечение высокоточных космических средств измерений;
• высокоточная геодезическая сеть (ВГС), обеспечивающая распрострап нение на всю территорию страны общеземной геоцентрической системы координат и определение точных параметров взаимного ориентирования общеземной и референцной систем координат;
• спутниковые геодезические сети 1-го класса (СГС-1).

Эти три класса сетей строго связаны между собой: ФАГС является опорой для ВГС, а ВГС — для СГС-1.

При построении ФАГС, ВГС и СГС-1 предусматривается привязка существующей ГГС к высшему классу спутниковых сетей, т. е. существующая ГГС будет сетью сгущения.
Пункты ФАГС располагаются на расстоянии 800-1000 км, их число — 50+70,10-15 пунктов должны быть постоянно действующими, а остальные — переопределяться группами через промежутки времени, зависящие от геодинамической активности региона.

Пространственное положение пунктов ФАГС определяется в общеземной системе координат с ошибкой положения пунктов относительно центра масс не более (2-3)10^-8 R, где R — радиус Земли, ошибка взаимного положения пунктов ФАГС не более 2 см в плане и 3 см по высоте. Для обеспечения этой точности необходимо использовать весь комплекс существующих космических измерений (лазерных, радиоинтерферометрических и других).

ВГС является системой пунктов с расстоянием D = 150-300 км между ними, которые определяются относительными методами космической геодезии со средней квадратической ошибкой не более 3 мм + 5 • 10^-8 D для плановых координат и 5 мм + 7 • 10^-8 D — для геодезических высот.

СГС-1 состоят из системы легкодоступных пунктов с плотностью, достаточной для использования потребителями всевозможных спутниковых определений. СГС-1 определяются относительными методами космической геодезии со средними квадратическими ошибками: 3 мм + 10^-7 D в плане и 5 мм + + 2 • 10^-8 D по геодезической высоте для геодинамически активных регионов и 5 мм + 2 • 10^-7. D в плане и 7мм + 3 • 10^-7 D по высоте для остальных регионов. Среднее расстояние между пунктами СГС-1 равно 25-35 км. В экономически развитых районах пункты СГС-1 в зависимости от требований потребителей могут иметь большую плотность.

Постоянно действующие пункты ФАГС в основном создаются на базе действующих пунктов спутниковых (космических) наблюдений, астрономических обсерваторий, пунктов службы вращения Земли, радиоинтерферометрических комплексов со сверхдальними базами «Квазар», программы «Дельта» и др. На пунктах ФАГС предусматривают две программы наблюдений: постоянные наблюдения спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS (включая и международные программы) и наблюдения других специализированных спутников и космических объектов согласно межведомственным программам построения ФАГС. На пунктах ФАГС должны выполняться абсолютные гравиметрические определения.

Выполнение планируемых Концепцией мероприятий позволит:

• повысить точность и оперативность геодезических определений на один-два порядка;
• повысить уровень автоматизации работ в топографогеодезическом производстве;
• внедрить новые точные и оперативные методы геодезического обеспечения аэрофототопографических и других съемок, спутниковых методов точного нивелирования;
• автоматизировать работы по установлению границ земельных участков;
• исключить строительство наружных геодезических знаков;
• разместить геодезические пункты в удобных для потребителя местах;
• внедрить методы спутникового нивелирования вместо геометрического нивелирования 3 и 4-го классов;
• обеспечить изучение деформаций земной коры, являющихся предвестниками землетрясений и других опасных природных явлений;
• создать систему постоянных наблюдений за динамикой уровней морей на уровенных постах и прогноза их состояния;
• обеспечить геодезическое обоснование картографирования страны и создание геоинформационных систем;
• установить на территории СНГ высокоточную единую геодезическую систему координат и поддерживать ее на уровне современных и перспективных требований экономики, науки и обороны страны.

Следует заметить, что спутниковые технологии не всегда можно использовать при решении традиционных геодезических задач, например, недостаточна относительная точность определений на коротких расстояниях, ограничено использование GPS-методов в точной инженерной геодезии, процесс привязки ориентирных пунктов, легко решаемый в традиционной технологии, становится довольно сложным и дорогим, особенно в закрытой местности, в спутниковой технологии, так как объем спутниковых определений в этом случае возрастает более чем в два раза (Жданов Н. Д., Макаренко Н. Л. О концепции перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений. — Геодезия и картография, 1998, № 3).

Сложно, а иногда и невозможно использовать GPS в закрытой и полузакрытой местности из-за экранирования спутниковых сигналов, что приводит к необходимости дополнительной привязки объектов обычными методами. Кроме отмеченных имеются и другие недостатки GPS-методов, которые приводят к необходимости наряду со спутниковыми использовать и традиционные технологии выполнения геодезических работ.