Спутниковые методы ГЛОНАСС/GPS
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.