|
Стр. 1
Утверждено
Приказом Федеральной службы
геодезии и картографии России
от 1 марта 2004 г. N 29-пр
Вводится в действие
с 1 марта 2004 года
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ И КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ИНСТРУКЦИИ,
НОРМЫ И ПРАВИЛА
РУКОВОДСТВО
ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТ В СИСТЕМЕ
КООРДИНАТ 1995 ГОДА (СК-95)
ГКИНП(ГНТА)-06-278-04
Обязательно для исполнения всеми субъектами геодезической и
картографической деятельности.
Утверждено руководителем Федеральной службы геодезии и
картографии России от 1 марта 2004 г. N 29-пр.
АННОТАЦИЯ
Настоящий нормативно-технический акт (НТА) разработан в
соответствии с "Законом о геодезии и картографии" от 26 декабря
1995 г. N 209-ФЗ (с изменениями), Постановлением Правительства
Российской Федерации от 28 июля 2000 г. N 586 "Об установлении
единых государственных систем координат" в рамках
организационно-технических мероприятий, необходимых для перехода к
системе координат 1995 года, а также в соответствии с "Основными
положениями о государственной геодезической сети Российской
Федерации".
В "Руководстве пользователя по выполнению работ в системе
координат 1995 года" дано представление о системе геодезических
координат 1995 года (СК-95), ее особенностях и преимуществах перед
системой координат 1942 года (СК-42), о возможных затруднениях,
возникающих при переходе к применению СК-95, особенно на начальной
стадии, когда большинство существующих геодезических материалов и
топосъемок еще связаны с СК-42 и носят на себе отпечаток ее
недостатков.
В "Руководстве пользователя" даны общие рекомендации по работе
с СК-95 и конкретные указания по порядку и содержанию действий при
решении различных типовых задач и использовании
специализированного программного обеспечения, описание
автоматизированного каталога, его содержания, функционирования,
состава и формы информации, представляемой пользователям.
Общее содержание руководства и рекомендации рассчитаны на
различную квалификацию пользователей.
Настоящий НТА подготовлен в соответствии с требованиями
Инструкции ГКИНП(ГНТА)-119-94.
"Руководство пользователя по выполнению работ в системе
координат 1995 года" составлено в развитие основных положений,
инструкций, норм и правил по выполнению работ в системе
геодезических координат 1995 года на территории Российской
Федерации.
Руководство разработали: к.т.н. Н.А. Бовшин, д.т.н. Б.В.
Бровар, к.т.н. Г.В. Демьянов, к.т.н. В.И. Зубинский, А.Н. Майоров,
Н.В. Майорова.
Утверждено Приказом руководителя Федеральной службы геодезии и
картографии России от 1 марта 2004 г. N 29-пр.
Вводится в действие с 1 марта 2004 года.
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
АГП КГС астрономо-геодезические пункты космической
геодезической сети
АГП аэрогеодезическое предприятие
АГС астрономо-геодезическая сеть
ВГС высокоточная геодезическая сеть
ГВО главная высотная основа
ГГС государственная геодезическая сеть
ГЛОНАСС глобальная навигационная спутниковая система
ГСВЧ государственная служба времени и частоты
ДГС доплеровская геодезическая сеть
КВО координатно-временное обеспечение
КГС космическая геодезическая сеть
ПВЗ параметры вращения Земли
ПЗ-90 система геодезических параметров Земли 1990 года
("Параметры Земли 1990 года")
ПЭВМ персональная электронно-вычислительная машина
РАН Российская Академия наук
СГС-1 спутниковая геодезическая сеть 1 класса
СК-42 система координат 1942 года
СК-95 система координат 1995 года
СКО среднеквадратическая ошибка
ФАГС фундаментальная астрономо-геодезическая сеть
ФГП фундаментальные геодезические параметры
GPS Global Positional System (глобальная навигационная
система)
ICRS International Celestial Reference System
(международная небесная опорная система)
ITRF International Terrestrial Reference Frame
(международная общеземная пространственная система
координат)
ITRS International Terrestrial Reference System (новая
международная земная опорная система)
UTM Universal Transverse Mercator
(поперечно-цилиндрическая проекция Меркатора)
WGS-84 Wold Geodetic System (мировая геодезическая
система 1984 года)
ВВЕДЕНИЕ
Совместным решением Главного управления геодезии и картографии
(ГУГК) и Военно-топографического управления Генерального Штаба
Министерства Обороны (ВТУ ГШ МО) от 4 июня 1942 года в качестве
референц-эллипсоида при уравнивании астрономо-геодезической сети
СССР был принят эллипсоид с параметрами: а = 6378245, альфа =
298,3 (в последующем получившего имя Красовского), а систему
координат, в которой велись вычисления, было решено именовать
системой координат 1942 года. Единая система геодезических
координат 1942 года была введена Постановлением Совета Министров
СССР от 7 апреля 1946 г. N 760 и прослужила около 50 лет. Однако в
настоящее время система координат 1942 года во многом уже не
отвечает современным требованиям науки и практики.
Единая государственная система геодезических координат 1995
года (СК-95) введена Постановлением Правительства Российской
Федерации от 28 июля 2000 г. N 586 "Об установлении единых
государственных систем координат" для использования при
осуществлении геодезических и картографических работ начиная с 1
июля 2002 года.
Указанным Постановлением Правительства Российской Федерации
Роскартографии было поручено осуществить
организационно-технические мероприятия, необходимые для перехода к
использованию системы координат 1995 года. До завершения этих
мероприятий Правительство Российской Федерации постановило
использовать единую систему геодезических координат 1942 года.
Целесообразность введения системы координат 1995 года состоит
в повышении точности, оперативности и экономической эффективности
решения задач геодезического обеспечения, отвечающего современным
требованиям экономики, науки и обороны страны.
Полученная в 1995 году в результате совместного уравнивания
координат пунктов космической геодезической сети (КГС),
доплеровской геодезической сети (ДГС) и астрономо-геодезической
сети (АГС) система координат 1995 года закреплена пунктами
государственной геодезической сети (ГГС).
Система координат 1995 года строго согласована с единой
государственной геоцентрической системой координат ПЗ-90 (см.
документ "Параметры Земли 1990 года").
Система координат ПЗ-90 закреплена пунктами космической
геодезической сети. Точность отнесения системы к центру масс Земли
характеризуется средней квадратической ошибкой порядка 1 м. За
отсчетную поверхность в государственной геоцентрической системе
координат (ПЗ-90) принят общий земной эллипсоид со следующими
геометрическими параметрами:
- большая полуось 6378136 м;
- сжатие 1:298,257839.
Центр этого эллипсоида совмещен с началом геоцентрической
системы координат, плоскость начального (нулевого) меридиана
совпадает с плоскостью ХZ этой системы.
Геометрические параметры общего земного эллипсоида приняты
равными соответствующим параметрам уровенного эллипсоида вращения.
При этом за уровенный эллипсоид вращения принята внешняя
поверхность нормальной Земли, масса и угловая скорость вращения
которой задаются равными массе и угловой скорости вращения Земли.
Масса Земли М, включая массу ее атмосферы, умноженная на
постоянную тяготения f, составляет геоцентрическую гравитационную
7
постоянную f М - 39860044 x 10 куб. м/кв. с, угловая скорость
-11
вращения Земли омега принята равной 7292115 x 10 рад/с,
гармонический коэффициент геопотенциала второй степени J ,
2
определяющий сжатие общего земного эллипсоида, принят равным
-8
108263 x 10 .
За отсчетную поверхность в СК-95 принят референц-эллипсоид
Красовского с параметрами:
- большая полуось 6378245 м;
- сжатие 1:298,3.
Главные оси отсчетного эллипсоида параллельны пространственным
осям системы координат ПЗ-90. Положение начала СК-95 задано таким
образом, что значения координат пункта ГГС Пулково в системах
СК-95 и СК-42 совпадают.
Переход от геоцентрической системы координат к СК-95
выполняется по формулам, приведенным в прил. 1 (не приводится).
Положение пунктов в принятой системе координат задается
следующими координатами:
- пространственными прямоугольными координатами Х, Y, Z
(направление оси Z совпадает с осью вращения отсчетного
эллипсоида, ось x лежит в плоскости нулевого меридиана, а ось y
дополняет систему до правой; началом системы координат является
центр отсчетного эллипсоида);
- геодезическими координатами: широтой В, долготой L, высотой
Н;
- плоскими прямоугольными координатами x и y, вычисляемыми в
проекции Гаусса - Крюгера.
Геодезическая высота Н образуется как сумма нормальной высоты
и высоты квазигеоида над отчетным эллипсоидом.
Нормальные высоты геодезических пунктов определяются в
Балтийской системе высот 1977 года, исходным началом которой
является нуль Кронштадтского футштока, а высоты квазигеоида
вычисляются над эллипсоидом Красовского.
При решении специальных задач могут применяться и другие
проекции поверхности эллипсоида на плоскость.
Точность СК-95 характеризуется следующими средними
квадратическими ошибками взаимного положения пунктов по каждой из
плановых координат:
- 2 - 4 см для смежных пунктов АГС;
- 0,3 - 0,8 м - при расстояниях от 1 до 9 тысяч км.
Точность нормальных высот, в зависимости от метода их
определения, характеризуется следующими средними квадратическими
ошибками:
- 6 - 10 см - в среднем по стране из уравнивания нивелирных
сетей I и II классов;
- 0,2 - 0,3 м из астрономо-геодезических определений при
создании АГС.
Точность превышений высот квазигеоида
астрономо-гравиметрическим методом характеризуется следующими
средними квадратическими ошибками:
- 6 - 9 см - при расстояниях 10 - 20 км;
- 0,3- 0,5 м при расстоянии 1000 км.
Система координат СК-95 отличается от системы координат СК-42:
- повышением точности передачи координат на расстояния свыше
1000 км в 10 - 15 раз и точности взаимного положения смежных
пунктов в государственной геодезической сети в среднем в 2 - 3
раза;
- одинаковой точностью распространения системы координат для
всей территории Российской Федерации и стран, входивших в состав
СССР;
- отсутствием региональных деформаций государственной
геодезической сети, достигающих в системе координат 1942 года
нескольких метров;
- возможностью создания высокоэффективной системы
геодезического обеспечения на основе использования глобальных
навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.
К настоящему времени разработан ряд документов [1 - 5, 7 - 11,
13], предназначенных для различных потребителей для более
успешного перехода от СК-42 к СК-95.
Настоящее "Руководство пользователя по выполнению работ в
системе координат СК-95" содержит более полную информацию об СК-95
и ее отличии от СК-42, а также рекомендации по решениям задач,
возникающих перед пользователем в связи с переходом от СК-42 к
СК-95. Руководство рассчитано на пользователей, работающих как в
ведомстве Роскартографии, так и в других министерствах и
ведомствах.
Руководство включает пять разделов и десять приложений.
В разделе 1 "Общая часть" дано общее представление об основных
понятиях в геодезии, взаимосвязях геодезических данных, получаемых
различными методами, основных системах координат, используемых в
геодезии. Дано описание СК-42 и СК-95 и методов, использованных
при создании этих систем координат. Приведено описание современных
работ, направленных на совершенствование государственной
геодезической основы, уже сейчас обеспечивающих возможность
контроля СК-95 и ее более эффективного использования в связи с
широким использованием спутниковых методов при выполнении
геодезических работ.
В разделе 2 рассматриваются общие рекомендации по решению
задач, связанных с переходом от СК-42 к СК-95.
Раздел 3 посвящен сравнительному анализу деформаций СК-42 и
СК-95 в представлении их в виде деформаций ГГС в этих системах.
В разделе 4 дано общее описание средств хранения геодезических
данных федерального уровня, обеспечивающих исходную основу
практического использования СК-95, и структуры банка геодезических
данных.
В разделе 5 дано описание стандартных возможностей
использования СК-95 и данных вновь создаваемых точных
государственных геодезических сетей при выполнении геодезических
работ различного назначения с применением современных спутниковых
GPS/ГЛОНАСС технологий.
В прил. 1 даны параметры связи между системами координат СК-95
и ПЗ-90.
В прил. 2 (не приводится) приведен удобный для реализации на
ПЭВМ алгоритм прямого и обратного перехода от геодезических
координат к пространственным прямоугольным координатам.
В Прил. 3 и 4 дано описание процедур получения и использования
цифровых моделей преобразования координат с использованием
специальных программных средств общего пользования и приведены
практические примеры применения таких моделей для преобразования
координат между системами СК-42 и СК-95.
В Прил. 5 и 6 дано описание процедур получения и использования
параметров ортогонального преобразования координат и приведены
практические примеры использования преобразований такого вида
применительно к задачам перехода между системами СК-42 и СК-95.
В прил. 7 (не приводится) приведена карта-схема зон
деятельности ответственности АГП на территории Российской
Федерации.
В прил. 8 (не приводится) приведена схема расположения
регионов, для которых требуется корректировка карт масштабов
1:10000, 1:125000, 1:50000.
В прил. 9 (не приводится) приведена карта-схема высот
квазигеоида над эллипсоидом Красовского на территорию России.
В прил. 10 (не приводится) приведена карта-схема высот
квазигеоида над общим земным эллипсоидом на территорию России.
1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Геодезические измерения служат для математического описания
физической поверхности Земли в единой системе координат.
Результаты геодезических измерений, как исходные данные для
решения геодезических задач такого рода, относятся к поверхности
эллипсоида. Параметры земного эллипсоида выводились многократно
учеными разных стран на основании астрономо-геодезических,
гравиметрических, а позднее и спутниковых данных измерений. В
разных странах используют различные эллипсоиды.
На рис. 1 (не приводится) показан эллипсоид вращения с центром
О, осью вращения Z, экваториальным эллипсом, проходящим через
плоскость ОХY, и меридианным эллипсом, проходящим через точку
начала счета долгот и через плоскость OXZ. К параметрам земного
эллипсоида относятся:
а - большая (экваториальная) полуось эллипсоида;
b - малая (полярная) полуось эллипсоида;
альфа - полярное сжатие эллипсоида: альфа - (а - b) / а;
е - первый эксцентриситет меридианного эллипса:
2 2 2 3 2
е - (а - b ) / а - 2 альфа - альфа .
Система геодезических (географических) координат определяется
геодезическими широтой В, долготой L и геодезической высотой Н.
Геодезическая широта В - угол между нормалью к поверхности
эллипсоида в исследуемой точке и плоскостью экватора.
Геодезическая долгота L - двугранный угол, образованный
плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана исследуемой
точки.
Геодезическая высота Н - расстояние от исследуемой точки по
нормали к эллипсоиду до его поверхности.
Широты точек, расположенных в северном полушарии от 0- на
экваторе до +90- на Северном полюсе, называют северными, широты
точек южного полушария от 0- на экваторе до +90- на Южном полюсе -
южными. Долготы точек, расположенных восточнее нулевого меридиана
до меридиана 180-, называются восточными, долготы точек,
расположенных западнее начального меридиана от 0- на начальном
меридиане до 180- на противоположном меридиане, - западными.
Чтобы избежать смены направлений отсчета координат в
полушариях, наряду с указанными выше, применяют оцифровки
координат, изменяющихся по широте от -90- на Южном полюсе до +90-
на Северном полюсе и по долготе - от 0- до 360-; в Восточном
полушарии от 0- до 180- и далее в Западном полушарии от 180- до
360-. При этом отпадает необходимость пояснений в каких полушариях
находится исследуемая точка.
Астрономические координаты, относящиеся к уровенной
поверхности, определяются астрономическими широтой и долготой.
Отвесная линия - нормаль к уровенной поверхности.
Астрономическая широта фи - угол между отвесной линией в
исследуемой точке и плоскостью экватора.
Астрономическая долгота лямбда - двугранный угол, образованный
плоскостью начального меридиана и плоскостью астрономического
меридиана исследуемой точки, при этом под плоскостью
астрономического меридиана понимается плоскость, проходящая через
отвесную линию в этой точке и параллельная оси мира.
В геодезических работах обязательно учитываются различия между
геодезическими и астрономическими координатами, обусловленные
влиянием выбора размеров и ориентировки референц-эллипсоида и
уклонениями отвесных линий.
Астрономо-геодезическое уклонение отвесной линии (в
геометрическом определении) - угол между направлениями отвесной
линии и нормали к референц-эллипсоиду.
Составляющие астрономо-геодезического уклонения в плоскости
меридиана кси и в плоскости первого вертикала эта
аг аг
определяются из сравнения геодезических В, L и астрономических фи,
лямбда координат:
кси - фи - В - 0,17 l" x Н x sin 2В,
аг
эта - (лямбда L) cos В.
аг
Разность геодезического А и астрономического азимутов
г
альфа некоторого направления в данной точке определяется из
астр
выражения:
эта cos А - кси sin А
г г
А = альфа (лямбда L) sin фи -----------------------,
г астр tgz
где z - зенитное расстояние направления в данной точке.
Полное уклонение отвесной линии (в физическом определении) н -
угол между касательными к силовым линиям реального и нормального
полей силы тяжести, то есть угол между направлением действительной
силы тяжести g и направлением нормальной силы тяжести гамма в
исследуемой точке.
Составляющие уклонения отвесной линии в первом вертикале в
физическом и геометрическом определении совпадают, так как силовые
линии нормального поля силы тяжести - плоские кривые, лежащие в
меридиональных плоскостях.
Составляющая уклонения отвесной линии в плоскости меридиана
кси' (в физическом определении) - угол между касательной к силовой
линии нормального поля и проекцией силовой линии реального поля
силы тяжести на меридиональную плоскость.
кси' = фи - В = фи - В - дельта В,
n
где:
В - нормальная широта;
n
дельта В = В - В = 0,17 l" x Н x sin 2 В;
n
Н - геодезическая высота.
Абсолютное уклонение отвесной линии - уклонение отвесной
линии, определяемое относительно нормали к общему земному
эллипсоиду.
Относительное уклонение отвесной линии - уклонение отвесной
линии, определяемое относительно нормали к референц-эллипсоиду.
___
Разности между относительными кси', эта и абсолютными кси',
___
эта составляющими уклонения отвесной линии, вычисляют следующим
образом:
___
(кси' - кси') - эпсилон sin L - эпсилон cos L,
x y
___
(эта - эта) = (эпсилон cos L + эпсилон sin L) sin L + эпсилон cos В,
x y z
где эпсилон , эпсилон , эпсилон - угловые элементы
x y z
ориентирования референцной системы относительно общеземной.
гамма
Геодезическая высота Н равна сумме нормальной высоты Н и
высоты квазигеоида дзета:
гамма
Н = Н + дзета.
гамма
Нормальная высота Н определяется следующим выражением:
гамма l l
Н = ---------- (W - W ) = ------- интеграл gdh,
м м O м ом
гамма гамма
m m
где:
W , W - значения потенциалов силы тяжести для уровенных
о м
поверхностей, проходящих начальный пункт (футшток) на уровне моря
(точку О) и через точку М. Разность потенциалов W - W называют
о м
геопотенциальной отметкой точки М;
g - значения силы тяжести в пунктах нивелирного хода;
dh - элементарное измеренное превышение;
M
гамма - среднее значение нормальной силы тяжести на
m
отвесной линии М М :
1
Н
M M изм
гамма - гамма - 0,3086 x ----;
m o 2
м
гамма - нормальная сила тяжести на поверхности
о
относимости, вычисленная по нормальной формуле как функции широты
В .
м
гамма
Практически расчет нормальной высоты Н в точке М
M
относительно точки К выполняют с использованием следующей формулы:
гамма гамма км
Н = Н + h + f,
M K
где:
l M K l км
f = ------- (гамма - гамма ) Н + ------- (g - гамма) h ;
гамма о о m гамма m
m m
км
h - измеренное превышение репера М над репером К;
Н - средняя высота реперов К и М;
m
(g - гамма) = среднее арифметическое из аномалий силы тяжести
m
в точках К и М.
Определение общего земного эллипсоида (абсолютного земного
эллипсоида) и нормального потенциала выполняется при следующих
условиях:
1. Масса М эллипсоида равна массе М Земли.
0 3
2. Центр эллипсоида совпадает с центром масс Земли.
э э
3. Разность (А - С ) между экваториальным и полярным моментами
0
инерции эллипсоида равна С - разности между средним
2
из экваториальных и полярных моментами инерции Земли.
4. Координатная ось Z совпадает с осью вращения Земли.
5. Потенциал U на эллипсоиде равен потенциалу Земли на
0
уровне моря W .
0
Референц-эллипсоид (относительный эллипсоид) - эллипсоид
определенных размеров, таким образом ориентированный в теле Земли,
что геодезические координаты какого-либо одного пункта поверхности
Земли оказываются равными наперед заданным величинам и при этом
малая ось эллипсоида параллельна оси вращения Земли.
После установления параметров ориентирования
референц-эллипсоида задача определения геодезических координат
других пунктов, расположенных на территории данного государства,
формально сводится к определению приращений этих координат
относительно исходного пункта. Для определения этих приращений
координат изучаемая территория покрывается триангуляционными и
спутниковыми сетями, полигонометрическими ходами и нивелирными
полигонами.
Системы координат СК-42 и СК-95 формально являются плановыми
системами координат. Однако во многих случаях результаты
геодезических определений бывают представлены одновременно и
плановыми координатами и высотами. При использовании спутниковых
методов пространственное представление положений пунктов является
стандартным. Во многих программных приложениях при обработке
координат в системах СК-42 и СК-95 пространственное представление
положений пунктов может быть обязательным.
1.1. Система координат 1942 года
1.1.1. Началом истории построения в нашей стране единой
геодезической системы координат можно считать 1816 год. С этого
года начались работы под руководством академика Петербургской
Академии Наук, основателя и первого директора Пулковской
обсерватории В.Я. Струве и генерала от инфантерии, почетного члена
Петербургской Академии Наук К.И. Теннера по проложению
триангуляционного ряда по территории России от устья Дуная до
Северного Ледовитого океана через Финляндию с включением
территорий Швеции и Норвегии. Этот ряд триангуляции протяженностью
25-20' получил в последствии название дуги Струве.
В 1898 году Корпусом Военных Топографов под руководством
генерала К.В. Шарнгорста было начато уравнивание разрозненных
"губернских триангуляций", покрывавших страну от западных границ
до Урала, включая Кавказ. Завершена эта работа была только в 1926
году изданием силами Военнно-топографической службы каталога
Шарнгорста. Референц-эллипсоидом служил эллипсоид Бесселя, а
исходными пунктами являлись астрономическая обсерватория в Дерпте
и пункты триангуляции меридианной дуги Струве.
1.1.2. Началом следующего этапа построения единой системы
координат на всю территорию России является 1928 год, когда
Главным геодезическим управлением СССР была утверждена единая
схема и программа развития государственной триангуляции страны,
предложенная Ф.Н. Красовским. В схеме Ф.Н. Красовского передача
координат на большие расстояния осуществляется проложением по
возможности вдоль меридианов и параллелей звеньев (рядов)
триангуляции 1 класса, образующих при взаимном пересечении
полигоны с периметром 800 - 1000 км. Звено триангуляции 1 класса
длиной обычно не более 200 км состоит из треугольников, близких к
равносторонним, или из комбинации треугольников, геодезических
четырехугольников и центральных систем. Длины сторон в звеньях
триангуляции 1 класса составляют, как правило, не менее 20 км. На
концах звеньев триангуляции 1 класса измерялись базисные стороны
непосредственно прибором Едерина (инварными проволоками) или
светодальномером. На обоих концах базисных сторон (в вершинах
полигонов) определялись пункты Лапласа (астрономические
определения широт, долгот и азимутов). Звено полигонометрии 1
класса вытянуто и состоит не более чем из 10 сторон длиною 20 - 25
км. На обоих концах крайних сторон звена (в вершинах полигонов)
определяются пункты Лапласа с целью исключения накопления ошибок
от полигона к полигону и решения редукционных задач высшей
геодезии. Для решения редукционных задач необходимо знать
составляющие уклонения отвесных линий в плоскости меридиана кси и
в плоскости первого вертикала эта.
Государственная геодезическая сеть подразделялась на сети 1,
2, 3 и 4 классов, различающихся между собой точностью измерений
углов и расстояний, длиной сторон сети и порядком
последовательного развития. Основные характеристики построения
астрономо-геодезической сети приведены в табл. 1 в соответствии с
[6, 9, 13], [12, с. 360].
Таблица 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОСТРОЕНИЯ АСТРОНОМО-ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ
-----------T-----------------------------------------------T-----------------------------------------T--------------------------¬
¦Показатели¦ Основные положения 1939 г. ¦ Основные положения 1961 г. ¦Основные положения 2000 г.¦
¦ ¦ ¦ ¦(по результатам заключи- ¦
¦ ¦ ¦ ¦тельного уравнивания ГГС) ¦
¦ +----------T----------T----------T----------T---+----------T---------T----------T---------+-------------T------------+
¦ ¦ I кл. ¦ II кл. ¦ II кл. ¦ III кл. ¦IV ¦ 1 кл. ¦ 2 кл. ¦ 3 кл. ¦ 4 кл. ¦ 1 кл. ¦ 2 кл. ¦
¦ ¦ ¦ осн. ряд ¦ зап. сеть¦ ¦кл.¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+-------------+------------+
¦Средняя ¦25 - 30 ¦15 - 20 ¦13 ¦8 ¦ ¦20 - 25 ¦7 - 20 ¦5 - 8 ¦2 - 5 ¦20 - 25 ¦7 - 20 ¦
¦длина ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦стороны ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦треуголь- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ника, км ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+-------------+------------+
¦Относи- ¦ 5 ¦ 5 ¦ 5 ¦- ¦ ¦ 5 ¦ 5¦ 5 ¦ 5¦ 5 ¦
¦тельная ¦1:3 x 10 ¦1:3 x 10 ¦1:2 x 10 ¦ ¦ ¦1:4 x 10 ¦1:3 x 10 ¦1:2 x 10 ¦1:2 x 10 ¦1:5 x 10 ¦
¦ср. кв. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ошибка ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦базисной ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦(выходной)¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦стороны ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+--------------------------+
¦Относи- ¦ 5 ¦ 4 ¦ 3¦ 3¦ ¦ 4¦ 5¦ 4¦ 4¦ 6 3 ¦
¦тельная ¦1:1 x 10 ¦1:6 x 10 ¦1:35 x 10 ¦1:15 x 10 ¦ ¦1:15 x 10 ¦1:3 x 10 ¦1:12 x 10 ¦1:7 x 10 ¦1:10 - 1:175 x 10 - ¦
¦ср. кв. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦для смежных пунктов; ¦
¦ошибка ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ 7 6 ¦
¦стороны в ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦1:10 - 1:4 x 10 - ¦
¦слабом ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦при расстояниях от 1 до 9 ¦
¦месте ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦тыс. км ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+-------------T------------+
¦Наименьшее¦40- ¦30- ¦20- ¦15- ¦20-¦40- ¦20- ¦20- ¦20- ¦ ¦ ¦
¦значение ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦угла тре- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦угольника ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+-------------+------------+
¦Допустимая¦3" ¦5" ¦9" ¦15" ¦35"¦3" ¦4" ¦6" ¦8" ¦ ¦ ¦
¦невязка ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦треуголь- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ника ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+-------------+------------+
¦Ср. кв. ¦0,7 - 0,9"¦1,2 - 1,5"¦2,0 - 2,5"¦4,0 - 5,0"¦- ¦0,7" ¦1,0" ¦1,5" ¦2,0" ¦0,74" ¦1,06" ¦
¦ошибка ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦угла (по ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦невязкам ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦треуголь- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ников) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+-------------+------------+
¦Ср. кв. ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ошибка ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦астрономи-¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ческих оп-¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ределений ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+--------------------------+
¦ широты ¦0,2 - 0,4"¦0,4" ¦- ¦- ¦- ¦0,4" ¦0,3- ¦- ¦- ¦0,36" ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+--------------------------+
¦ ¦ s ¦ s ¦ ¦ ¦ ¦ s ¦ s ¦ ¦ ¦ s ¦
¦ долготы ¦0,03 ¦0,05 ¦- ¦- ¦- ¦0,03 ¦0,03 ¦- ¦- ¦0,043 ¦
+----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+--------------------------+
¦ азимута ¦0,5" ¦1,0" ¦- ¦- ¦- ¦0,5" ¦0,5- ¦- ¦- ¦1,27" ¦
L----------+----------+----------+----------+----------+---+----------+---------+----------+---------+---------------------------
В 1930 году под общим руководством Ф.Н. Красовского
вычислительное бюро Главного геодезического управления приступило
к уравниванию 8 полигонов 1 класса для Европейской части СССР.
Позднее к этим полигонам был присоединен Уральский полигон.
Вычисления велись относительно эллипсоида Бесселя методом
развертывания, за начальный пункт принимался пункт Саблино.
Основная особенность и главный недостаток метода развертывания
состоит в том, что результаты измерений, выполненные на земной
поверхности и редуцированные к уровню моря, при дальнейшей
обработке считались выполненными на поверхности
референц-эллипсоида без каких-либо поправок за несовпадение
поверхности эллипсоида и уровенной поверхности нулевой высоты.
Работы по уравниванию триангуляции были завершены в 1932 году
и принятая система координат получила название системы 1932 года.
В те же голы в ЦНИИГАиК под руководством Ф.Н. Красовского и
А.А. Изотова начались работы по выводу референц-эллипсоида,
наилучшим образом подходившего для территории СССР. Под
руководством и участием М.С. Молодецского велись работы по
определению высот геоида по данным астрономо-гравиметрического
нивелирования.
1.1.3. В 1942 году начались работы по переуравниванию АГС.
Совместным решением Главного управления геодезии и картографии
(ГУГК) и Военно-топографического управления Генерального Штаба
Министерства Обороны (ВТУ ГШ МО) от 4 июня 1942 года в качестве
референц-эллипсоида при уравнивании был принят эллипсоид (в
последующем получивший имя Красовского) со следующими параметрами:
большая полуось а = 6378245,0 м и обратное сжатие альфа =
298,3, а систему координат, в которой велись вычисления, было
решено именовать системой координат 1942 года.
Установление системы координат 1942 года предполагало также
вывод значений исходных геодезических дат в исходном пункте
геодезической сети Пулково. В состав исходных геодезических дат
входят геодезические широта и долгота исходного пункта на
референц-эллипсоиде Красовского, геодезический азимут исходного
направления, составляющие уклонения отвесной линии, и высота
квазигеоида над эллипсоидом Красовского в исходном пункте. Эти
данные в совокупности определяют пространственную ориентировку
осей референц-эллипсоида в теле Земли при выполнении следующих
теоретически строгих условий:
- малая ось эллипсоида параллельна направлению к положению
среднего полюса;
- плоскость нулевого меридиана параллельна плоскости
начального астрономического меридиана;
- поверхность референц-эллипсоида имеет в среднем наименьшие
уклонения от поверхности геоида на всей территории расположения
обрабатываемой геодезической сети.
Реальная скорость выполнения перечисленных условий
определяется точностью всех использованных астрономо-геодезических
данных и не зависит от конкретного выбора исходного пункта.
Значения исходных геодезических дат устанавливают систему отсчета
координат, но не определяют внутреннюю точность самой
геодезической сети. Точность взаимного положения геодезических
пунктов в сети также не зависит от местоположения исходного
пункта, а также от значений исходных геодезических дат.
Подобное установление по существу референцных систем координат
был единственно возможным в то время при использовании
традиционных астрономо-геодезических измерений, выполняемых на
земной поверхности. Исходные геодезические даты лишь частично
определяют пространственное положение референцной системы в теле
Земли через взаимное положение поверхности референц-эллипсоида и
геоида для данной территории. Однако положение центра
референц-эллипсоида относительно центра масс Земли остается
неизвестным без привлечения дополнительной информации. Например,
высот геоида над общим земным эллипсоидом или координат некоторого
количества пунктов, известных в референцной и общеземной
геоцентрической системе координат.
При установлении системы координат 1942 года в уравнивание
вошли 87 полигонов АГС, покрывавших большую часть Европейской
территории СССР и узкой полосой распространяющих координаты до
Дальнего Востока. Обработка выполнялась на эллипсоиде Красовского
с использованием метода проектирования. Метод проектирования в
отличие от метода развертывания предполагал редуцирование данных
геодезических измерений с земной поверхности через поверхность
уровня моря на поверхность референц-эллипсоида. Определение высот
квазигеоида и составляющих уклонений отвесных линий, необходимых
для такого редуцирования, выполнялось с использованием
гравиметрических данных, сначала для повышения точности
интерполяции астрономо-геодезических уклонений отвеса и для
расчета приращений высот квазигеоида, а затем с развитием
гравиметрического метода высоты квазигеоида и составляющие
уклонений отвесных линий определялись независимо от
астрономо-геодезических данных.
Постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. N 760
на основе результатов выполненного уравнивания была введена единая
система геодезических координат и высот на территории СССР -
система координат 1942 года.
Дальнейшее распространение системы координат 1942 года на
территорию СССР проводилось последовательно несколькими крупными
блоками полигонов триангуляции и полигонометрии 1 класса. При
присоединении каждого очередного блока координаты пунктов на
границах блоков уравненной сети принимались за жесткие. Для
сгущения АГС, сформированной в виде системы полигонов, выполнялось
их заполнение сплошными сетями триангуляции 2 класса (рис. 2 - не
приводится) [6]. Реальная схема полигонов рядов триангуляции 1
класса часто существенно отличалась от приведенной на этом
рисунке.
Сплошные сети триангуляции 2 класса уравнивались в пределах
отдельных полигонов с использованием уравненных координат пунктов
триангуляции 1 класса в качестве исходных.
1.2. Система координат 1995 года
1.2.1. Развитие традиционной астрономо-геодезической сети для
всей территории СССР было завершено к началу 80-х годов.
К этому времени стала очевидной необходимость выполнения
общего уравнивания АГС без разделения на ряды триангуляции 1
класса и сплошные сети 2 класса. Раздельное уравнивание полигонов
1 класса и последующая вставка в них сплошных сетей 2 класса
приводили как к недопустимо большим ошибкам в координатах самих
пунктов 1 класса, так и к значительным деформациям сплошных сетей
2 класса вблизи рядов 1 класса и особенно вблизи углов полигонов
[1, 7, 9, 13]. В то же время было показано, что сплошная сеть
пунктов 1 - 2 классов потенциально представляет собой значительно
более жесткое построение.
В целях подготовки к сплошному уравниванию в 80-х годах было
выполнено несколько вариантов общего полигонального уравнивания
АГС. С учетом результатов этого уравнивания выполнялось повторное
уравнивание линий астрономо-гравиметрического нивелирования с
соответствующим последовательным уточнением карт высот квазигеоида
над эллипсоидом Красовского. Уточненная карта высот квазигеоида
была составлена в 1987 году, данные которой были использованы
затем в общем уравнивании АГС как свободной сети.
В мае 1991 года общее уравнивание АГС было завершено. По
результатам уравнивания получены следующие основные характеристики
точности АГС [7, 9]:
- средняя квадратическая ошибка направления - 0,7";
- средняя квадратическая ошибка измеренного азимута - 1,3";
- относительная средняя квадратическая ошибка измеренных
базисных сторон - 1:260000;
- средняя квадратическая ошибка взаимного положения смежных
пунктов - 2 - 4 см;
- средняя квадратическая ошибка передачи координат от
исходного пункта на пункты на краях сети по каждой координате - 1
м.
Уравненная астрономо-геодезическая сеть включала в себя 164306
пунктов 1 и 2 классов, 3,6 тысяч геодезических азимутов,
определенных из астрономических наблюдений, и 2,8 тысяч базисных
сторон, расположенных через 170 - 200 км.
1.2.2. К моменту завершения общего уравнивания АГС на
территории нашей страны независимо были созданы две спутниковые
геодезические сети: космическая геодезическая сеть ВТУ ГШ МО и
доплеровская геодезическая сеть ГУГК.
Космическая геодезическая сеть (КГС) ВТУ ГШ МО на территории
бывшего СССР включала в себя 26 стационарных
астрономо-геодезических пунктов при расстояниях между смежными
|
