|
Стр. 4
спутниковыми же методами любые геодезические построения с
последующим переводом этих координат в СК-95 по единому для всей
территории набору параметров координатного преобразования. В
перспективе одновременно может решаться задача передачи по этим же
наблюдениям и нормальных высот в единой государственной системе.
Соответствующие наборы параметров координатного преобразования
становятся по существу составляющими элементами геодезического
обеспечения страны, наряду с координатами ГГС в СК-95,
собственными координатами ФАГС/ВГС и ключами перехода к местным
системам координат.
До построения СГС-1 эти же задачи, но с несколько меньшей
точностью и надежностью, могут решаться только на основе координат
пунктов ВГС. В этом случае для определения параметров
координатного преобразования необходимо использование большего
количества пунктов ВГС, находящихся вокруг обеспечиваемой
территории. Кроме того, при таком варианте должно быть
рекомендовано определение на объекте работ или на удалении не
более 20 - 30 км от него контрольного пункта с координатами,
известными в СК-95 с достаточной для выполняемых работ точностью.
Как опорный, так и контрольный пункты могут быть определены
относительно ближайших пунктов постоянных спутниковых наблюдений с
использованием двухчастотной спутниковой аппаратуры или от уже
существующих пунктов ВГС (СГС-1). Необходимая продолжительность
таких наблюдений зависит от удаленности от опорных пунктов
спутниковых наблюдений в предположении, что на всех пунктах для
таких наблюдений обеспечены хорошие условия. Даже при удалении в
несколько сотен километров от этих пунктов для обеспечения
точности привязки 2 - 3 см (СКО) достаточно суточных наблюдений
при условии использования при обработке точных эфемерид спутников.
До создания подобной системы геодезического обеспечения для
получения результатов спутниковых определений в СК-95 с точностями
2 - 3 см (СКО) необходимо использование не менее трех опорных
пунктов, равномерно расположенных вокруг объекта работ на возможно
меньшем удалении, но не более 20 - 30 км от него. В качестве
опорных пунктов могут использоваться как непосредственно пункты
ГГС с координатами в СК-95, так и пункты ранее созданных
спутниковых сетей при условии, что точность их координат в СК-95
соответствует требованиям к точности исходной основы для
выполняемого на объекте вида работ. По результатам спутниковых
координатных определений на исходных пунктах и известным их
координатам в СК-95 должны быть определены параметры координатного
преобразования для пересчета всех результатов спутниковых
определений на объекте в СК-95. При этом все спутниковые
определения могут быть выполнены в относительно произвольной
системе координат, но обязательно одной и той же для всех
результатов определений на объекте. В качестве исходных координат
для спутниковых определений рекомендуется использовать координаты,
вычисленные даже по непродолжительным определениям относительно
какого-либо пункта постоянных спутниковых наблюдений. Для
небольших объектов в качестве координат исходного пункта,
используемых для обработки и уравнивания спутниковых определений,
достаточно получить на этом пункте результаты автономных
определений по наблюдениям продолжительностью 1 - 3 часа.
Задача перехода к СК-95 от результатов спутниковых определений
в большинстве случаев может быть решена с использованием
программно-математического обеспечения, закупаемого вместе со
спутниковой аппаратурой для полевой и камеральной обработки.
Применительно к полевой обработке спутниковых определений,
продаваемыми коммерческими пакетами программ, процедура
обеспечения требуемого автоматического преобразования координат
(как к государственной, так и к любой местной системе координат)
называется калибровкой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бовшин Н.А., Зубинский В.И., Остач О.М. Совместное
уравнивание общегосударственных опорных геодезических сетей.
Геодезия и картография, N 8, 1995, 6 - 17.
2. Галазин В.Ф., Каплан Б.Л., Лебедев М.Г., Максимов В.Г.,
Петров Н.В., Сидорова-Бирюкова Т.Л. Система геодезических
параметров Земли "Параметры Земли 1990 года" (ПЗ-90) (Справочный
документ). Под общей редакцией Хвостова В.В. Москва, 1998, 37 с.
3. Демьянов Г.В. Концепция современного развития системы
нормальных высот. Известия ВУЗов, "Геодезия и аэрофотосъемка", N
3, 2003, 3 - 20.
4. Дражнюк А.А., Лазарев С.А., Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В.,
Зубинский В.И., Ефимов Г.А., Максимов В.Г. Завершение уравнивания
ГГС и введение новой государственной системы геодезических
координат. Материалы юбилейной научно-технической конференции
"Современное состояние и перспективы развития геодезии,
фототопографии, картографии и геоинформационных систем",
посвященной 850-летию г. Москвы (Москва, ЦНИИГАиК, сентябрь 1997
г.). Часть 1. М.: ЦНИИГАиК, 1998, 11 - 20.
5. Ефимов Г.Н. Результаты уравнивания астрономо-геодезической
сети. Геодезия и картография, N 8, 1995, 17 - 22.
6. Инструкция о построении государственной геодезической сети
Союза ССР. М.: Недра, 1966.
7. Концепция перехода топографо-геодезического производства на
автономные спутниковые методы координатных определений. М.,
ЦНИИГАиК, 1995.
8. Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В., Новиков Е.В., Бровар Б.В.,
Ефимов Г.Н., Зубинский В.И., Майоров А.Н., Назарова Н.Г. Единая
государственная система геодезических координат 1995 года (СК-95).
Справочный документ. Под общей редакцией А.А. Дражнюка. М.:
ЦНИИГАиК, 2000, 34 с.
9. Основные положения о государственной геодезической сети
Российской Федерации. ГКИНП(ГНТА)-01-006-03. Утверждены Приказом
Федеральной службы геодезии и картографии России от 17.06.2003 N
101-пр. Согласованы начальником ВТУ ГШ ВС Российской Федерации
16.06.2003. М., 2004, 28 с.
10. Параметры общего земного эллипсоида и гравитационного поля
Земли (Параметры Земли 1990 года). РИО ВТУ ГШ. М., 1991, 68 с.
11. Плешаков И.Я., Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В., Бровар Б.В.,
Зубинский В.И. Состояние и перспективы развития системы
геодезического обеспечения страны в условиях перехода на
спутниковые методы. Материалы юбилейной НТК "Современное состояние
и перспективы развития геодезии, фототопографии, картографии и
ГИС", посвященной 850-летию г. Москвы (Москва, ЦНИИГАиК, сентябрь
1997 г.). Часть 1. М., ЦНИИГАиК, 1998, 21 - 30.
12. Справочник геодезиста. Под редакцией В.Д. Большакова и
Г.П. Левчука. М., "Недра", 1966, 984 с.
13. Технико-экономический доклад "Введение новой
государственной референцной системы геодезических координат 1995
года (СК-95)". М., ЦНИИГАиК, 1998, 72 с.
14. Федеральный закон "О геодезии и картографии" от 26 декабря
1995 г. N 209-ФЗ (с изменениями).
Приложение 3
СОЗДАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ МЕЖДУ СК-42 В СК-95 В ПРОГРАММНОМ
ПАКЕТЕ "ГЕОМАСТЕР"
Программный пакет "ГЕОМАСТЕР" ориентирован в основном на
использование данных о ГГС и как основной способ ввода данных
использует автоматический импорт данных из геодезических банков
данных или из файловых каталогов, сформированных программными
средствами, базы данных или из самого программного пакета в виде
бинарных файлов. Предусмотрена также возможность ручного ввода
координат пунктов.
Программный пакет состоит из четырех основных взаимосвязанных
компонентов:
- библиотеки систем координат и координатных преобразований
(блок Фундаментальных геодезических параметров - ФГП);
- библиотеки каталогов;
- блока построения цифровых моделей преобразования координат;
- блока уравнивания координат пунктов.
Для работы с программным пакетом имеется достаточно подробное
руководство. В настоящем Приложении отражены только те моменты,
которые имеют непосредственное и обязательное отношение к
построению и использованию цифровых моделей и основным этапам
этого процесса, но без детального описания всех действий с
интерфейсом программы. Описание деталей выполнения операций и
дополнительных возможностей программы, в частности, в отношении
преобразования координат можно найти в руководстве по работе с
программой.
П.3.1. Создание описаний свойств систем координат и ФГП.
Использование программного пакета начинается с формирования
используемых систем координат: их наименований, параметров и
основных свойств.
На рис. П3.1 (здесь и далее рисунки не приводятся) показано
главное окно этого блока с несколькими закладками.
В окне открыта закладка назначения параметров эллипсоидов,
используемых для формирования требуемых систем координат. На рис.
П3.1 схематически показана последовательность действий по
добавлению в библиотеку ФГП нового референцного эллипсоида с
параметрами эллипсоида Красовского в том случае, если он
отсутствует в библиотеке. Этот эллипсоид будет использоваться для
работы и с СК-42, и с СК-95.
На рис. П3.1 в главном окне эллипсоид Красовского показан как
уже зарегистрированный в библиотеке. В действительности он
появляется в списке только после выполнения команды "Сохранить".
Подобная некорректность рисунков будет встречаться и в дальнейшем
с целью сокращения объема документа. Но соответствующие
разъяснения в последующем делаться не будут.
Далее с использованием закладки "Система координат/высот"
должна быть указана информация о необходимых системах координат.
На рис. П3.2 показано введение данных для системы координат
СК-95.
В окне, вызываемом командой "Добавить", вводится название
системы координат и ее тип (размерность). По имеющемуся содержанию
главного окна предполагается, что аналогичным образом ранее была
введена и информация о системе координат СК-42.
Если предполагается использование координат в виде координат в
проекции Гаусса - Крюгера, эквивалентной поперечно-цилиндрической
проекции Меркатора (UTМ) с единичным масштабным коэффициентом на
осевом меридиане, то заранее должны быть заданы и свойства этой
проекции.
На рис. П3.3 показано формирование данных проекции для 37
колонки при использовании 6-градусных зон.
Отметим, что для решения рассматриваемых задач преобразования
координат безразлично, в каком виде будут представлены координаты
пунктов в используемых каталогах: в виде геодезических координат
(широт и долгот на референц-эллипсоиде) или в виде плоских
координат в проекции Гаусса - Крюгера. Это замечание относится как
к процедуре построения цифровых моделей преобразования координат,
так и к их последующему использованию для выполнения такого
преобразования.
Последним шагом является формирование так называемых
фундаментальных параметров систем координат. Фундаментальные
параметры объединяют в себе их уникальное название; сформированное
ранее название соответствующей системы координат (СК-42 или СК-95)
и ее размерность (плановая); и ее вид (в нашем случае работы с
координатами в СК-42 и СК-95 это планово-высотная система).
Вся информация о ФГП, за исключением параметров эллипсоида и
параметров проекции, фактически служит для однозначной
идентификации свойств данных, содержащихся в конкретных каталогах,
и указания программе правил действия с этими данными.
На рис. П3.4 показана последовательность действий и содержание
всех подокон при формировании ФГП для системы координат СК-95.
В состав ФГП в данном программном пакете намеренно не включены
данные о положении конкретных систем координат в теле Земли.
Точнее говоря, о ее положении относительно некоторой системы
координат, принятой в конкретном приложении за "эталонную"
общеземную геоцентрическую систему координат. К этим данным
относятся: положение начала системы координат по отношению к
положению центра масс Земли (или относительно начала
геоцентрической системы), развороты системы относительно осей ХYZ
геоцентрической системы и масштабный коэффициент. Заметим, что
наборы этих параметров для конкретной системы, именуемые термином
"Datum", используются практически во всех программных пакетах
обработки спутниковых ГЛОНАСС/GPS-наблюдений. В этих пакетах за
некоторую идеальную (опорную) систему принимается система WGS-84.
В этих параметрах в данном программном пакете нет специальной
необходимости, а их недостаточно грамотное использование может
приводить к грубым ошибкам. Однако они всегда могут быть введены
пользователем в виде параметров преобразования координат.
Как правило, программный пакет "ГЕОМАСТЕР" передается
пользователям с уже подготовленными ФГП для СК-42 и СК-95. В этом
случае, а также когда пользователь уже сам сформировал
соответствующие ФГП, они могут выбираться в качестве шаблона для
формирования ФГП с аналогичными свойствами, но с другими
названиями. При этом могут быть добавлены ранее отсутствующие
свойства (например, указание на использование проекции). Но уже
существующие свойства, за исключением названия ФГП,
отредактированы быть не могут. Уже созданные ФГП, а также любые
другие элементы библиотеки ФГП, тоже не подлежат редактированию, а
могут быть только удалены. При этом из библиотеки ФГП удаляются
все другие элементы, которые в своем составе содержат ссылки на
удаляемые. Одновременно и уже введенные, и используемые в пакете
каталоги утрачивают необходимые ссылки на эти элементы и
становятся частично или полностью непригодными для последующей
работы с ними.
Ниже показан вид окон при использовании шаблона для
формирования ФГП, аналогичного ФГП СК-95.
Использование шаблонов удобно для формирования новых ФГП,
формально воспринимаемых программным пакетом как относящихся к
разным системам координат с идентичными свойствами. При этом
сохраняется возможность их взаимного преобразования при
фактическом отсутствии параметров преобразования так, как будто
соответствующие параметры имеют нулевые значения. Такая
возможность удобна для работы с каталогами, содержащими различные
(по любым известным пользователю причинам) данные, но формально
(за исключением названия ФГП) относящиеся к одной и той же системе
координат. Например, для работы с координатами в СК-95,
содержащимися в каталоге, и координатами в этой же системе,
полученными в результате какого-либо преобразования из другой
системы.
Все конкретные свойства систем координат и ФГП обязательно
содержатся в каталогах координат, создаваемых внутри пакета
"ГЕОМАСТЕР" и экспортируемых из него в специальном формате. Эти же
свойства должны обязательно содержаться и в каталогах,
импортируемых в базу данных программного пакета из файла такого
формата.
П.3.2. Формирование каталогов координат.
Координаты пунктов могут быть импортированы в базу данных
программного пакета только из специальных файлов с расширением
"clg", которые в свою очередь создаются программными средствами
геодезических банков данных ГГС.
Окно каталогов с открытым каталогом и развернутым меню,
обеспечивающим работу с данными одного выделенного пункта этого
каталога, показано на следующем рисунке. Некоторые из этих функций
могут быть выполнены для всех пунктов каталога.
В базу данных новые каталоги могут быть импортированы лишь в
том случае, если в библиотеке фундаментальных параметров уже
создана группа ФГП, соответствующая аналогичным свойствам
каталога, уже указанным в импортируемом файле и занесенным в него
во время его создания. В базу данных может быть добавлен новый
первоначально пустой каталог. В этом случае программа предложит
назначить ему ФГП из числа уже имеющихся в соответствующей
библиотеке ФГП. В дальнейшем в любой каталог, в том числе и
пустой, автоматической загрузкой могут быть добавлены новые данные
при условии совпадения ФГП каталога и добавляемых координат
пунктов. Проверка согласованности ФГП выполняется автоматически.
Пункты в каталог могут быть добавлены и вручную. Возможно и ручное
редактирование данных о пунктах, уже содержащихся в каталогах.
Более детальное описание всех операций с каталогами можно найти в
руководстве к программному пакету "ГЕОМАСТЕР".
П.3.3. Построение цифровых моделей преобразования координат.
Построение цифровых моделей начинается с создания проекта. В
каждом проекте может быть построена только одна модель при любом
возможном количестве ее последующих изменений и уточнений. Ниже на
рис. П3.7 показан процесс создания нового проекта.
На рис. П3.8 показано главное окно нового проекта в процессе
задания свойств модели и импорта в проект координат пунктов для
данной территории в двух системах координат для построения
цифровой модели. Задание свойств цифровой модели включает, в
частности, указание территориальных границ создаваемой модели,
глубины примыкающей территории и критериев отбраковки аномальных
данных. Использование пунктов на примыкающей территории по всей
границе необходимо, как для повышения надежности построения модели
для определения координат граничных пунктов, так и для обеспечения
согласованности модели, создаваемой на данной территории, и
моделей, которые будут строиться или уже построены для смежных или
перекрывающихся участков сети.
Импорт координат в проект схематически показан на следующем
рисунке. Импорт может осуществляться последовательно из нескольких
каталогов для каждой из систем координат. При этом каталоги для
импорта могут выбираться в произвольном порядке. Первоначально
импортируемые данные помещаются и нижних таблицах, в левой или
правой ее половине в зависимости от системы координат, к которой
относятся импортируемые координаты. В процессе импорта выполняется
отождествление данных, представленных в разных системах, но
относящихся к одному и тому же пункту. Данные об отождествленных
пунктах переносятся в верхнюю объединенную таблицу.
Отождествление выполняется по совпадению индексов пунктов, а
если пункт имел более одного центра и у этих центров в каталогах
заданы номера, то и по одновременному совпадению этих номеров.
Неотождествленные пункты остаются в нижних таблицах.
По команде "Модель/Обработать" начинается построение цифровой
модели с одновременным анализом качества данных и отбраковкой.
Результаты анализа в виде значений невязок для обеих плановых
координат по всему списку общих пунктов выводятся в табличном виде
в верхнюю часть окна программы и в виде протокола отбраковки в его
нижней части.
Смысл получаемых невязок в данной задаче построения цифровых
моделей преобразования координат требует дополнительного
пояснения. Одно из свойств создаваемой цифровой модели состоит в
том, что в так называемых узлах этой модели, совпадающих с
положениями пунктов, использованных для ее построения, невязки при
преобразовании отсутствуют. Иными словами, полученная модель при
ее использовании точно воспроизводит координаты пунктов в узлах,
независимо от того, имеются в этих координатах какие-либо ошибки,
каковы их свойства и источник происхождения.
Невязки, оцениваемые при построении модели, получаются как
разность между двумя парами координат: координатами пункта в
каталоге конечной системы координат и его координатами,
полученными из исходной системы посредством координатного
преобразования по модели, которая построена без использования
этого пункта. Получаемая невязка показывает, с какой точностью
возможна интерполяция поправок координат в районе данного пункта,
если данные этого пункта для интерполяции не используются.
Получаемая невязка может быть как следствием реальных деформаций
сети в окрестностях данного пункта, которые не могут быть учтены
без использования координат этого пункта для такой интерполяции,
так и следствием каких-либо других ошибок, не имеющих отношения
собственно к деформациям сети. Например, просто ошибок ввода
координат или отнесения координат не к тому центру. В первом
случае отбраковка конкретного пункта приведет лишь к ухудшению
качества интерполяции в его окрестностях. Более актуальны в таком
случае меры по привлечению к построению модели дополнительных
пунктов в данном районе. Во втором случае отбраковка пункта с
аномальными значениями невязок реально необходима.
Таким образом процедура, именуемая отбраковкой, при построении
модели не является таковой в ее общепринятом понимании. Это лишь
инструмент, облегчающий оценку качества сравниваемых сетей и
одновременно возможности создаваемой модели воспроизводить
взаимные деформации сравниваемых сетей и учитывать их при
преобразовании координат. Это указание пользователю на те пункты и
участки сети, которые могут потребовать дополнительного анализа
исходных материалов, а возможно, и дополнительных данных для
построения качественной модели.
При анализе необходимо принимать во внимание и то
обстоятельство, что оцениваемые невязки получаются при
использовании модели, в определенном смысле неполноценной
вследствие исключения из нее гипотетически проблемного пункта. При
этом остается, вообще говоря, неизвестным, каковы будут ошибки
преобразования координат для пунктов, расположенных в пространстве
между ним и ближайшими окружающими пунктами, если пункт с
аномальной невязкой не будет отбракован. В некоторых сложных
случаях только дополнительные пункты сгущения, не использовавшиеся
при построении модели, могут дать возможность такой оценки.
Величины рассогласования координат для этих пунктов с учетом их
территориального распределения могут дать основания для
окончательного решения о необходимости исключения пункта или
целесообразности его сохранения в модели (возможно, и в
совокупности с этими дополнительными пунктами или их частью).
Не исключается и вероятность того, что на части территории с
аномально большими и быстро меняющимися деформациями ГГС задачу
преобразования координат в СК-95 невозможно будет решить иначе,
чем переуравниванием прежних измерений или даже проведением
полевых работ.
Положение пунктов с аномальными невязкам могут быть
просмотрены в совокупности с положениями остальных пунктов сети,
как показано на рис. П3.11.
Пункты с аномальными невязками могут быть показаны без учета
их дифференциации по величинам невязок в широтах или долготах
(первая часть приведенного выше рисунка), так и порознь для каждой
из координат (нижняя часть рисунка). В этом случае разными цветами
показываются пункты с невязками разных знаков, а такими же, но
более бледными цветами, показываются пункты с невязками, не
выходящие за предельные значения, но по абсолютной величине
превышающие 2/3 предела. Предельно допустимые величины невязок
определяются двумя параметрами, задаваемыми пользователем при
подготовке к обработке. Требованием к ошибке координат смежных
пунктов и требованием к доверительному интервалу этой оценки.
Первый параметр может выбираться произвольно по желанию
пользователя. Второй параметр может иметь три значения - 95%, 99%
и 99,7%. Не останавливаясь на деталях выбора доверительного
интервала, укажем, что выбор 95% интервала означает выбор более
жесткого критерия отбраковки при одинаковых требованиях к точности
взаимного положения смежных пунктов.
Непосредственно с плана сети можно просмотреть индивидуальную
информацию о любом выбранном на плане пункте. Окно с
соответствующей информацией показано в середине рис П3.11. Это
окно может быть вызвано не только из окна плана сети, но и из
таблицы невязок, показанной на предшествующем рисунке. В окне с
индивидуальной информацией о пунктах можно, используя
переключатели в его нижней части, исключить данный пункт из
процесса построения модели, независимо от соответствующих ему
величин невязок.
П.3.4. Сохранение и использование цифровой модели.
После получения окончательного варианта цифровой модели
последняя может быть сохранена в виде файла.
Для использования цифровой модели она должна быть внесена в
раздел "Преобразование координат" библиотеки фундаментальных
геодезических параметров.
По команде "Добавить" открывается окно, показанное на рис.
П3.14, в котором нужно указать название модели; из числа доступных
систем выбрать названия исходной и конечной систем, для которых
строилась модель; тип преобразования (цифровая модель);
комментарий (рекомендуется) и в области "файлы модели" по команде
"Добавить" указать путь к файлу с данной моделью на диске. После
этого по команде "Сохранить" соответствующая модель регистрируется
в библиотеке ФГП и доступна для использования.
Для выполнения координатного преобразования необходимо в
библиотеке каталогов открыть каталог пунктов на соответствующей
территории, координаты которых заданы в исходной системе, и
вызвать команду "Преобразовать".
По команде "Преобразовать" вызывается окно назначения режимов
преобразования координат.
В окне преобразования координат (рис П3.16) достаточно указать
имя каталога, в который должны быть помещены преобразованные
координаты, название системы ФГП, в которую должны быть
преобразованы координаты пунктов открытого каталога. После этого
из всех преобразований, доступных для данной пары систем
координат, необходимо выбрать нужное координатное преобразование и
дать команду "Выполнить". После преобразования новый полученный
каталог можно сохранить в базе данных в желаемом месте под ранее
выбранным именем. В любое время каталоги могут быть переименованы
без нарушения каких-либо связей, свойств или функций каталога.
Приложение 4
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ МЕЖДУ
СК-42 В СК-95 В ПРОГРАММНОМ ПАКЕТЕ "ГЕОМАСТЕР"
Дня практических примеров был выбран участок ГГС России на
территории двух листов М37 и N37 масштаба 1:1000000. В границах
листа N37 были использованы только пункты ГГС 1 и 2 классов. В
границах листа М37 использовались также и пункты 3 и 4 классов.
Цифровые модели составлялись как для объединенной территории двух
листов (только по координатам пунктов 1 - 2 классов), так и
отдельно для листа М37 (по пунктам 1 - 2 классов и с привлечением
пунктов 3 класса).
Схема расположения пунктов 1 - 2 классов показана на рисунке
П4.1. На схеме четко видны пункты рядов триангуляции 1 класса и
достаточно легко дешифрируются базисные сети. Реальная схема рядов
и полигонов 1 класса существенно отличается от идеальной. На
юго-западе отсутствие пунктов объясняется тем, что это уже
территория Украины. В центре пункты отсутствуют из-за
элементарного пропуска данных одной трапеции масштаба 1:200000,
допущенного при формировании объединенного каталога на территорию
миллионных листов.
Цифровая модель строилась без дополнительных полос уширения за
внешними границами листов миллионного масштаба. В качестве
критерия для оценки аномальных величин невязок была выбрана
предельная величина ошибки взаимного положения смежных пунктов,
равная 7 см при уровне доверительной вероятности 95%.
При этих установках количество пунктов с аномальными
величинами невязок получилось равным 35. В их числе было 25
пунктов 1 класса и 10 пунктов второго класса, в подавляющем
большинстве смежных с забракованными пунктами 1 класса. Как уже
говорилось раньше, такая ситуация объясняется схемой уравнивания,
принятой при установлении СК-42 и последующем развитии ГГС в этой
системе. Сначала уравнивались полигоны первого класса, и лишь
потом полигоны заполнялись сплошными сетями 2 класса. Сети 2
класса уравнивали, принимая координаты пунктов 1 класса за
твердые. Поскольку в действительности полигоны триангуляции 1
класса являются существенно менее жесткими построениями, чем
сплошные сети 2 класса, то и наибольшие деформации сети в большей
мере связаны именно с пунктами 1 класса. Следует обратить внимание
и на то обстоятельство, что большинство аномальных невязок
относится к нескольким относительно компактным группам пунктов.
Типичные величины аномальных невязок при выбранных критериях
отбраковки находятся в интервале 20 - 30 см. Однако величина одной
невязки достигает 1 метра. Как будет видно позднее, эта невязка
является не результатом деформации сети, а скорее всего, вызвана
тем, что координаты пункта в СК-42 и СК-95 по какой-то причине
отнесены к разным центрам пункта.
На рис. П4.2 в виде векторов показаны величины и распределение
в сети остаточных расхождений в координатах пунктов, полученных
после преобразования с использованием цифровой модели, в которой
не использованы все пункты, имевшие аномальные невязки при ее
построении. Напомним, что для использованных пунктов остаточные
расхождения координат всегда равны нулю. Вектор смещения отражают
расхождения координат пунктов в СК-95 из каталога и координат в
этой же системе, полученных по координатам в СК-42 в результате
преобразования с использованием цифровой модели.
Величины этих остаточных расхождений и величины невязок,
оцениваемых при построении модели, не равны между собой, но, как
правило, эти различия не очень велики. Эти различия объясняются
тем, что невязки при построении модели вычисляются при исключении
из модели только одного, оцениваемого пункта, даже если для
смежных пунктов невязки также имеют аномальные величины.
На рисунке П4.3 показаны пункты 1 - 3 классов, использованные
при построении цифровой модели для территории только одного листа
М37 карты масштаба 1:1000000, и полученные остаточные расхождения
в координатах пунктов, исключенных при построении модели.
Пункты 3 класса добавлены лишь на тех трапециях масштаба
1:200000, на которых были проблемные пункты 1 класса с большими
невязками координат. Имеются как совпадения, так и различия в
сравнении с результатами, полученными только по пунктам 1 - 2
классов и отраженными на рис. П4.2. На рис. П4.4, на котором
показаны только пункты с остаточными расхождениям в координатах
для обоих вариантов построения модели на одну и ту же территорию,
сходства и различия этих двух результатов видны более четко.
Для некоторых пунктов 1 и 2 классов ситуация не изменились
после добавления в модель данных о пунктах 3 класса. У некоторых
из этих пунктов невязки уменьшились до допустимых и они исключены
из числа забракованных. Но в числе забракованных появилось три
новых пункта 1 класса и пять новых пунктов 2 класса. К числу
забракованных добавились и пункты 3 класса. Внешне общая ситуация
скорее ухудшилась.
На рисунках П4.5 "а" и П4.5 "б" показаны результаты
использования построенных цифровых моделей при преобразовании
координат пунктов 3 класса. Использовались две версии модели, обе
построенные по координатам пунктов 1 - 2 классов на территорию
объединенных трапеций М37 и N37: версия модели с включением данных
о всех пунктах 1 - 2 классов и версия, построенная с отбраковкой
пунктов исходя из значения пороговой ошибки взаимного положения
смежных пунктов, равной 7 см при доверительной вероятности 95%.
Оценивалась точность преобразования координат для пунктов 3 класса
на двух трапециях м-ба 1:200000: для трапеции М37-II (рис. П4.5
"а") и М37-ХVII (рис. П4.5 "б"). При работе в программных пакетах
из-за неудобства использования римских цифр трапеции обозначены
как М3702 и М3717. Такие же обозначения использовались и в тексте.
На обеих трапециях при построении моделей встретились пункты
со значительными невязками. Фрагменты сети 1 - 2 класса на
соответствующих участках с векторами невязок показаны на этих же
рисунках на врезках. На рисунках показаны разности положений
пунктов 3 класса по каталогу в системе СК-95 и положений этих же
пунктов, полученных преобразованием из системы СК-42 с
использованием упомянутых выше моделей. Помимо графического
представления остаточных расхождений координат на рисунках даны
таблички с оценками средних квадратических значений для получаемых
расхождений координат, а также минимальные и максимальные величины
полученных расхождений.
Для разных трапеций результаты оценок приводят к различным
выводам. На трапеции М3702 включение в модель данных о пунктах с
аномальными невязками приводит к некоторому улучшению точности
преобразования вблизи мест расположения этих пунктов. Но уже в
некотором удалении от них остаточные уклонения остаются
относительно большими. Общая точность, вообще говоря, невелика и
для получения более достоверного преобразования необходимо
привлечение к построению модели дополнительных данных.
На трапеции М3717 включение в модель данных о единственном
пункте с аномальными невязками приводит к прямо противоположному
результату.
Точность преобразования резко ухудшается при включении в
модель данных единственного пункта с аномальной невязкой. Это
указывает на то, что эта невязка вызвана причинами, не имеющими
отношения к деформациям сети на этой территории. Скорее всего, это
результат какой-либо грубой ошибки при подготовке данных об этом
пункте и эта ошибка никак не повлияла на точность координат
окружающих пунктов.
Приложение 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ОРТОГОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ
Возможности построения и использования ортогональных
преобразований координат предусмотрены в большинстве прикладных
программных пакетов обработки результатов геодезических
спутниковых ГЛОНАСС/GPC определений. Соответствующие инструменты в
разных программных пакетах естественно различаются по интерфейсу
пользователя и порядку работы, но основаны на применении
одинаковых принципов. Эти инструменты в первую очередь
предназначены для преобразования результатов построения
спутниковых геодезических сетей из системы координат WGS84 в
систему координат пользователя. В частности, в СК-95 или СК-42.
Однако они применимы и для выполнения координатных преобразований
между этими двумя системами. В настоящем Приложении использование
ортогонального параметрического преобразования показано на примере
программного пакета PINNACLE фирмы Торсоn.
Для работы с этим программным пакетом имеется достаточно
подробное руководство. В данном Приложении будут отражены только
те моменты, которые имеют непосредственное и обязательное
отношение к построению и использованию моделей ортогонального
преобразования для связи между СК-42 и СК-95, основным этапам
этого процесса, но без детального описания всех действий с
интерфейсом программы. Описание деталей выполнения операций и
дополнительных возможностей программы, в частности, в отношении
преобразования координат можно найти в руководстве по работе с
программой.
Любые координатные преобразования, как и в программном пакете
"ГЕОМАСТЕР", начинаются с задания основных свойств используемых
систем координат. Однако в отличие от пакета "ГЕОМАСТЕР", в
программных пакетах обработки спутниковых наблюдений системы
координат определяются заданием двух наборов свойств:
- параметрами используемого референц-эллипсоида (для СК-42 и
СК-95 это параметры эллипсоида Красовского) и
- параметрами ориентирования, определяющими положение
необходимой системы координат в мировой геодезической системе
координат WGS84.
Таким образом, система координат WGS84 играет роль опорной
системы при задании любых других систем координат. При переходах
между какими-либо другими системами координат она служит
промежуточной системой. Если необходимо, например, перевести
координаты из системы "А" в систему "Б", то автоматически
выполняется следующая цепочка преобразований:
"А" -> WGS84 -> "Б".
Естественно, что параметры ориентирования обеих систем в
системе WGS84 должны быть заранее заданы или определены. В
качестве параметров ориентирования используются значения
коэффициентов 7-параметрического ортогонального координатного
преобразования. Соответственно и преобразование между системами
"А" и "Б" будет обладать теми же свойствами ортогональности и
будет эквивалентно непосредственному преобразованию с
коэффициентами, равными разности соответствующих параметров
ориентирования каждой из этих систем в WGS84. В качестве
параметров ориентирования используются 3 параметра линейного
смещения DX, DY, DZ по каждой из осей X, Y и Z геоцентрической
системы, три значения малых углов вращения RX, RY, RZ вокруг
каждой из этих осей и общая поправка Scale к единичному
масштабному множителю.
К параметрам ориентирования какой-либо системы в системе WGS84
применяется общий термин "Datum" системы. Выбранные параметры
соответствуют следующей форме координатного преобразования:
- ¬ - ¬ - ¬ - ¬
¦Х¦ ¦DX¦ 6 ¦1 RZ -RY¦ ¦X¦
¦Y¦ - ¦DY¦ (1 - Scale x 10 ) ¦-RZ 1 RX¦ x ¦Y¦ .
¦Z¦ ¦DZ¦ ¦RY -RX 1 ¦ ¦Z¦
L -WGS84 L - L - L -<...>
Для вновь вводимой системы параметры ориентирования могут быть
заранее не специфицированы и определены в последующем.
На рис. П5.1 показан фрагмент главного окна программы Pinnacle
с открытым окном редактора координатных систем. В окне редактора
открыта закладка с уже заданными параметрами ориентирования
системы СК-95 и указанием эллипсоида Красовского как
референц-эллипсоида этой системы. Обычно параметры эллипсоида
Красовского уже заданы в программных пакетах. Однако при их
отсутствии они могут быть введены как параметры нового эллипсоида
в закладке Ellipsoid.
В формальном названии SK95, видном в строке, выделенной синим
цветом, использован латинский шрифт, чтобы избежать путаницы с
кодировкой букв разного алфавита, имеющих одинаковое изображение.
На закладке показаны значения параметров системы СК-95. Ниже
эти же значения повторены в текстовом формате:
DХ = +24,653 м; DY = -129,136 м; DZ = -83,057 м;
RX = -0,06696"; RY = +0,00391; RZ = -0,12902";
-6
Scale = -0,175 x 10 .
Как вводятся параметры для нового "Datum" будет показано ниже.
Указанные выше значения параметров для СК-95 (SК95) получены
как параметры связи между координатами пунктов ГГС в СК-95 и
координатами этих же пунктов в системе ITRF. В свою очередь
практическая реализация ITRF получена при построении
фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС) и высокоточной
геодезической сети (ВГС) по наблюдениям спутников GPS в результате
привязки к международной сети постоянно действующих пунктов
спутниковых наблюдений. Координаты в системе ITRF вычислены по
результатам предварительной обработки наблюдений ФАГС и ВГС 1999,
2001 и 2002 годов. Погрешности этих координат в целом по сети не
превышают нескольких сантиметров, а сама сеть имеет протяженность
от западных границ до Дальнего Востока, но не покрывает северные
территории Западной и Восточной Сибири, Чукотки. Фактические
различия между WGS84 и ITRF находятся в пределах дециметра.
Внутренние деформации СК-95 на всей протяженности ГГС составляют
несколько дециметров. Поэтому для преобразования между СК-95 и
WGS84 систему ITRF можно считать идентичной системе WGS84.
Точность такого преобразования в целом по всей ГГС будет
находиться в пределах нескольких дециметров и в основном
определяться внутренними деформациями ГГС в СК-95.
На рис. П5.2 показаны вектора остаточных расхождений координат
пунктов АГС в СК-95 и координат этих же пунктов, полученных
вышеприведенным преобразованием из координат в системе ITRF,
полученных при построении ВГС. Средние квадратические значения
остаточных расхождений по координате x равны 27 см и по координате
y - 20 см. Показанные на схеме пункты АГС обычно расположены не
дальше 10 - 15 км от пунктов ВГС (по два или одному пункту АГС
возле каждого пункта ВГС). На этом же рисунке показано
расположение пунктов Космической и Доплеровской геодезических
сетей, использовавшихся при установлении СК-95.
Указанная точность будет обеспечиваться, если координаты в
исходной системе, будь то СК-95 или WGS84 (ITRF), получены в
результате привязки к физическим пунктам, носителям
соответствующей системы. В большинстве обычных работ с
использованием GPS система координат, получаемая из
непосредственной обработки спутниковых наблюдений и называемая
WGS84, лишь по ориентировке и масштабу действительно достаточно
точно соответствует этой системе. Положение же ее начала может
быть произвольным в пределах нескольких метров. Это связано с тем,
что при отсутствии реальных исходных пунктов с координатами в
системе WGS84 абсолютное положение совокупности пунктов
создаваемой сети определяется фактически по автономным спутниковым
определениям, точность которых обычно не лучше нескольких метров.
Фактически имеется лишь три способа получения более точных
абсолютных положений пунктов в WGS84:
- использование наблюдений исходных пунктов, реальных
носителей системы;
- использование глобальных систем дифференциальных кодовых
спутниковых определений;
- использование исходных пунктов с координатами в СК-95 с
последующим их преобразованием в WGS84 с использованием указанных
выше значений параметров.
Это обстоятельство необходимо всегда иметь в виду при
выполнении координатных преобразований в практических работах по
спутниковым определениям.
В задачах преобразования между СК-95 и СК-42 сделанные выше
замечания не имеют принципиального значения, поскольку в таких
задачах речь фактически идет о различиях в этих системах или, в
более конкретной форме о разностях параметров (Datum'ов) этих двух
систем. Поэтому для одной из этих систем, например, для СК-95,
параметры могут быть назначены относительно произвольно, в
частности, нулевыми.
Система СК-42 имеет значительные внутренние деформации как в
целом, так и на отдельных территориях. Для обеспечения достаточной
точности преобразования координат между системами СК-95 и СК-42
размеров фрагмента сети, для которых преобразование выполняется по
одному набору параметров, должны быть существенно ограничены.
Фактически координаты пунктов ГГС на некоторой ограниченной
территории необходимо рассматривать как некоторую частную
практическую реализацию общей системы СК-42. Соответственно для
каждого из этих участков должен быть назначен свой набор
параметров (свой Datum) в библиотеке координатных систем в
программе Pinnacle. При этом систему СК-95 удобнее в данном случае
рассматривать как единую систему с одним набором параметров
ориентирования относительно системы WGS84.
Ниже показан пример начального задания частной реализации
СК-42, которая будет в последующем использована при работе с
координатами на всей трапеции М37.
Фактически сначала для системы назначается только используемый
эллипсоид, название и, возможно, примечание. Сами значения
параметров можно определить как неспецифицированные, поставив
отметку в соответствующем переключателе. Можно оставить их
нулевыми, поскольку имеется возможность последующего изменения их
значений.
После такого начального задания необходимых систем координат
можно начинать определение связи между СК-95 и реализацией СК-42
для выбранного участка территории. Для этих целей используется
Табличный координатный калькулятор Pinnacle.
Предварительно должны быть подготовлены файлы со списками
координат одних и тех же пунктов в обеих системах координат в
текстовом формате. Рекомендуется, по крайней мере, до получения
необходимого опыта пользоваться координатами не в проекции Гаусса
- Крюгера, а геодезическими эллипсоидальными координатами. В обоих
списках пункты должны располагаться в одном и том же порядке.
Совпадение имен пунктов не обязательно. У некоторых пунктов в
каталогах могут отсутствовать значения высот. Для работы в
Табличном координатном калькуляторе это недопустимо. Отсутствующие
высоты могут быть заменены нулевыми значениями. Желательно, чтобы
высоты в обоих списках были примерно одинаковыми. Для подготовки
файлов может быть использована функция экспорта координат пунктов
из каталогов средствами программного пакета "ГЕОМАСТЕР". Имеется в
виду составление списка координат по команде "Сводка". В сводку
должны включаться только названия пунктов, их координаты и высоты.
Форматы соответствующих текстовых экспортных файлов и файлов,
импортируемых в Табличный координатный калькулятор Pinnacle,
полностью совместимы. Различие состоит лишь в том, что при
экспорте из каталогов выдается лишь список пунктов с координатами.
А для импорта в калькулятор этому списку должен предшествовать
заголовок, содержащий информацию о представленной в списке системе
координат. Название системы координат должно строго
соответствовать ее названию, заданному, как указано выше, в
библиотеке систем координат программного пакета Pinnacle. Имя
файла может быть произвольным, удобным для пользователя.
Образец текста импортируемого файла показан ниже.
Table calculator
Left pane:
|
