Разработка принципов развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий

Демьянов, Глеб Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка принципов развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий
ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Разработка принципов развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий"

На правах рукописи

Демьянов Глеб Викторович

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ НОРМАЛЬНЫХ ВЫСОТ НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ СПУТНИКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 25.00.32 - Геодезия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2004

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) на кафедре «Высшая математика».

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Нейман Юрий Михайлович Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, заслуженный деятель иауки РФ Рыхлова Лидия Васильевна

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Соловьев Юрий Степанович доктор технических наук, профессор Яшкин Станислав Николаевич

Ведущая организация:

Инсппуг физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии Наук

Защита состоится 3 июня 2004 г. в 12 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д212.143.03 Московского государственного университета геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, Гороховский пер. 4, ауд. 321.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)

Автореферат разослан 26 апреля 2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Климков Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ш^ЗЗ

Актуальность работы и постановка задачи Разработка новых принципов развития системы нормальных высот является составной и неотъемлемой частью решения общей проблемы построения новой системы геодезического обеспечения на основе применения современных спутниковых методов координатных определений. Под построением системы геодезического обеспечения подразумевается создание и функционирование системы обеспечения современных требований науки и экономики к точности и оперативности определения местоположения точек физической поверхности Земли в единой системе координат и высот.

Необходимость решения поставленной задачи обусловлена следующими основными обстоятельствами. Во-первых, развитие высокоэффективных спутниковых методов координатных определений на основе применения глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS принципиальным образом изменяют технологию и точность геодезических измерений и, соответственно, требования к системам геодезических координат и к принципам построения опорных геодезических сетей, являющихся фактической реализацией систем координат, и, во-вторых, переход отечественной экономики на рыночную систему предъявляет новые требования к принципам организации и финансирования топографо-

1ЮС. НАЦИОНАЛЬНАЯ ЬИ' I TF.KA С. Петербург

гообрк

геодезического и картографического производства.

Задачей диссертационной работы является разработка новых принципов развития системы нормальных высот с применением методов СРБ/ГЛОНАСС измерений, научное обоснование этих принципов и определение путей их практической реализации.

Существующие принципы установления системы отсчета высот относительно среднего многолетнего уровня моря в одном исходном пункте создают ряд противоречий, которые не могут быть разрешены традиционными методами геодезических измерений. Эти противоречия связаны с тем, что различия средних многолетних уровней моря в разных уровнемерных постах могут достигать метра и более. Для решения большинства задач традиционной геодезии эта неопределенность не вызывала особых проблем, к тому же не существовало других методов для установления системы отсчета высот. Однако эти противоречия не могут быть игнорированы при существующей точности современных спутниковых методов и при решении фундаментальных задач современной геодезии.

ситуация возникает сейчас с использованием уровнемерных постов, задающих по существу региональные системы высот.

Основная идея новых принципов установления единой общемировой системы нормальных высот, рассматриваемых в диссертационной работе, состоит в том, что единую систему отсчета высот определяет поверхность общего земного эллипсоида и потенциал £/0 на поверхности этого эллипсоида, принимаемого за нормальный. Понятие геоида в этом случае формулируется как эквипотенциальная поверхность с потенциалом Щ> равным нормальному потенциалу Цв на поверхности общеземного эллипсоида. В этом случае не постулируется равенство нулю нормальной высоты в уровнемерных постах, принятых в качестве исходных. При этом подходе исходные нивелирные пункты вообще в принципе отсутствуют, как отсутствует исходный пункт в общемировой геоцентрической системе координат. Систему нормальных высот определяет вся совокупность геодезических пунктов, в каждом из которых с высокой точностью по спутниковым данным определена геодезическая (эллипсоидальная) высота /7° и высота квазигеоида С по гравиметрическим данным. На территории России такой совокупностью пунктов могут служить пункты ФАГС и ВГС. Дня всей поверхности Земли - сеть пунктов постоянных СР5-наблюдений для целей геодинамики (ЮБ).

Нормальная высота в этом случае будет равна нулю в той точке земной поверхности, в которой реальный потенциал

IV, равен нормальному £/0 на поверхности общего земного эллипсоида, который мы принимаем за нормальный.

Такой принцип установления системы нормальных высот оптимальным образом соответствует всей общей системе геодезического обеспечения, основанной на современных спутниковых технологиях. В результате мы будем иметь внутренне согласованную систему геодезического обеспечения по всем трем координатам, координатную основу которой будет реализовывать одна и та же совокупность пунктов ФАГС и ВГС.

В диссертационной работе решение этой проблемы осуществляется на основе применения современных методов вРЗ/ГЛОНАСС измерений и результатов построения планетарных моделей гравитационного поля Земли (ГПЗ).

В связи с этим, для решения задач на основе сформулированных выше принципов развития системы нормальных высот в диссертации выполнено теоретическое обоснование возможностей вычислений высот квазигеоида по гравиметрическим данным с требуемой точностью, а также и экспериментальное подтверждение этих возможностей.

Об актуальности и практической значимости сформулированных и разработанных в диссертации принципов свидетельствует тот факт, что они являются частью совместных исследований в международных проектах ЦНИИГАиК с Департаментом геодезии Канады и Финским геодезическим институтом.

Научная новизна работы заключается в следующих новых теоретических и практических достижениях.

Новизна решения проблемы установления единой общеземной системы нормальных высот, предлагаемой автором в диссертационной работе, состоит в том, что в этом решении не рассматривается потенциал в исходном пункте и уровнемерные данные не используются. Отсчётной поверхностью является эквипотенциальная поверхность с потенциалом равным нормальному и0, являющемуся фундаментальной постоянной. Измерительными данными, реализующими приведение высот к единой общеземной системе, являются: высоты квазигеоида, определяемые по гравиметрическим данным, нормальные высоты по нивелирным данным и значения геодезических высот по данным СР8/ГЛОНАСС измерений. В результате предлагаемого решения определяется поправка АН* к данной региональной системе нормальных высот.

Научная новизна решения задачи построения планетарной модели гравитационного поля Земли состоит в строгом согласовании детальных гравиметрических данных с планетарными параметрами ГПЗ с использованием метода коллокации. Такой подход к построению моделей ГПЗ оптимальным образом соответствует точному определению высот квазигеоида по гравиметрическим данным.

Практическая ценность работы заключается в следующем. Представляемые к защите разработанные в

диссертации принципы развития системы нормальных высот с использованием современных спутниковых технологий ориентированы на реализацию в работах Роскартографии высокоэффективной системы геодезического обеспечения. Практическая реализация разработанных в диссертации принципов развития нормальных высот обеспечивается также тем обстоятельством, что эти принципы согласованы с основными нормативными документами Роскартографии по созданию опорных геодезических сетей.

Представленные в диссертации результаты построения ФАГС и В ГС, а так же результаты экспериментальных производственных работ по спутниковому нивелированию, подтверждают высокую эффективность применения методов GPS/TJIOHACC в развитии системы нормальных высот на основе разработанных принципов.

Разработанная модель ГПЗ ГАО-98 по уровню детальности соответствует современным зарубежным моделям.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах:

1. Международная научная конференция «Интеркосмос», секция 6, Альбена, Болгария, 1980 г.

2. Международный симпозиум «Современные методы геодезии и астрономии», Ленинград, 1982 г.

3. XXI Ассамблея Международной ассоциации геодезии / Международного союза геодезии и геофизики, США, Боулдер, 1995 г.

4. Научно-техническая конференция «Современное состояние и перспективы развития геодезии, фототопографии, картографии и геоинформационных систем» посвященная 850-летию Москвы. Москва 1997 г.

5. Семинар рабочей группы Международной ассоциации геодезии «Полярный гравиметрический проект». Дания, 1998 г.

6. Второй Международный семинар Подкомиссии Международной ассоциации геодезии. Специальной комиссии 8.1. Санкт-Петербург. Россия, 1998 г.

7. Симпозиум Европейской подкомиссии Международной ассоциации геодезии, секция 1, Комиссия X. Прага, Чехия, 1999 г.

8. XXII Ассамблея Международной ассоциации геодезии / Международного союза геодезии и геофизики. Бирмингем. Великобритания, 1999 г.

9. 7м Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам.

10. 7a" Генеральная ассамблея проекта ВЕГЕНЕР. Испания, 2000 г.

11. VII отраслевой семинар по метрологии и метрологическому обеспечению топографо-геодезического производства. Нижний Новгород, Россия 2000 г.

12. Международная конференция Европейского центра геодинамики и сейсмологии. «Аналитическое представление

аномального поля потенциала для территории Европы» (AROPA). Люксембург, 2001 г.

13. 4я" конференция по проекту «Азиатская космическая геодинамика» «APSG». Шанхай, Китай, 2001 г.

14. Семинар рабочей группы «Европейская высотная референцная система» (EVRS) Европейской подкомиссии Международной ассоциации геодезии. Франкфурт, Германия, 2004 г.

Результаты работы опубликованы в 29 научных публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырёх глав, введения, заключения и списка литературы из 77 источников. Содержит S таблиц и 18 рисунков. Количество страниц текста диссертации составляет 148 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность поставленной темы, определены основные цели и общее содержание поставленных задач.

В первой главе диссертационной работы дан анализ возможностей применения в геодезии различных систем высот и существующих принципов их установления. Изложены новые, разработанные автором принципы установления единой общеземной системы нормальных высот.

Нормальные высоты, теория которых разработана М.С. Молоденским и развита в работах В.Ф. Еремеева, М.И Юркиной, определяются по результатам измерений на физической поверхности Земли без привлечения каких-либо гипотез о ее внутреннем строении. И самое главное для современной геодезии - системе нормальных высот соответствует строгий метод определения высот квазигеоида, реализуемый также только по результатам измерений на физической поверхности Земли. Поэтому существует принципиальная возможность строгого согласования высокоточных спутниковых измерений геодезической высоты со значениями нивелирных высот и высот квазигеоида, вычисленных по гравиметрическим данным. Таким образом, в качестве единого типа высот должна быть выбрана система нормальных высот.

Фактически на практике при существующих принципах распространения высот за геоид принимается уровенная поверхность, проходящая через средний многолетний уровень моря в данном уровнемерном посту, являющимся исходным пунктом. Поскольку в действительности в различных морях средний уровень может значительно (в пределах нескольких дециметров) отличаться друг от друга, то и системы высот, распространяемые от среднего уровня этих морей, будут отличаться друг от друга. Следовательно, и под геоидом будут подразумеваться различные уровенные поверхности. Только на

территории Европы около 10 различных систем высот, для каждой из них используется своя система высот, свой исходный пункт (уровнемерный пост), а, следовательно, и «свой геоид». Для решения проблемы установления единой системы высот для Стран Европы создана специальная программа UELEN и специальная рабочая группа ЕУЯЯ. Одной из задач диссертационной работы и является устранение этой неопределенности, т.е. определение новых принципов установления и распространения высот, не зависящих от отличий средних уровней морей в исходных пунктах.

В работах В.В. Бровара и М.И. Юркиной этот вопрос рассматривается с позиции определения поправок в значения геопотенциала в исходном пункте.

Развитие современных спутниковых методов определений координат и значительный прогресс в точности построения планетарных моделей ГПЗ позволяют подойти к решению этой задачи иным образом.

Фиксированный, закрепленный на местности исходный пункт, в котором нормальная высота равна нулю, отсутствует. Нормальная высота равна нулю в той точке физической поверхности Земли, в которой реальный потенциал равен нормальному 1}0 на поверхности общего земного эллипсоида. В этой же точке совпадают поверхность геоида в данном определении и поверхность квазигеоида. В принципе положение этой точки может быть и не известно.

Систему высот определяет вся совокупность геодезических пунктов. В этих пунктах обеспечивается равенство геодезической высоты Н° относительно общеземного эллипсоида, определяемой из спутниковых наблюдений, и геодезической высоты, полученной как сумма высоты квазигсоида С по гравиметрическим данным, и нормальной высоты if - по данным геометрического нивелирования. Это равенство достигается совместным уравниванием этих трех видов измерительной информации.

Уравнивание выполняется исходя из условия равенства: H^^+H^ +Аае+АЩ, (1)

где Дас - разность полуосей отсчетпого эллипсоида для GPS/ГЛОНАСС измерений и общего земного эллипсоида, относительно которого вычисляют высоты квазигеоида по гравиметрическим данным; (учёт различий больших полуосей общеземного эллипсоида и отсчётных эллипсоидов систем координат, реализуемых системами GPS и ГЛОНАСС, является элементом общей процедуры согласования гравиметрических высот квазигеоида с нивелирными и спутниковыми данными);

Atf - искомая поправка в референцную систему нормальных высот.

Поскольку в уравнении (1) аномалии силы тяжести, по которым вычисляются высоты квазигеода, зависят от высоты, это уравнение является нелинейным. Причем для каждой

региональной системы высот необходимо учитывать зависимость аномалий от региональных систем высот соседних территорий, поскольку при вычислении высот квазигеоида в принципе необходимо выполнить интегрирование по всей поверхности Земли. Поэтому для достижения высокой точности определения поправок в региональные системы необходимо включать в общее решение данные для обширных территорий, например для всей территории Европы, а в идеале для всей территории земного шара.

Как в построении геоцентрической системы геодезических координат, так и в создании высокоточной системы нормальных высот достижение высшего уровня точности возможно только в условиях интеграции в общемировые процессы развития системы геодезического обеспечения. Примером такой интеграции может быть участие России в Европейских проектах по созданию единой общеевропейской системы высот путем установления связей нивелирных высот стран Европы и России.

Первым шагом в этом направлении следует считать связь нивелирных сетей России и Финляндии, выполненную в 20022003 гг. в соответствии с международным договором между Федеральной службой геодезии и картографии России и Финским геодезическим институтом.

Система высотного обеспечения является неотъемлемой составной частью общей системы геодезического обеспечения.

Поэтому концепция ее развития должна рассматриваться в контексте современного развития всей системы геодезического обеспечения.

В этих условиях при планировании и выполнении основных геодезических работ необходимо обеспечить, с одной стороны, максимальную эффективность применения современных спутниковых методов, и в то же время сохранить и реализовать весь потенциал системы высотного обеспечения, созданной на основе традиционных методов геодезических измерений.

Для обеспечения такого комплексного подхода к планированию и выполнению основных геодезических работ по развитию государственных геодезических сетей в диссертации выполнен анализ существующих структурных связей в системе геодезического обеспечения. На основе этого анализа определены необходимые изменения существующей структуры для построения новой высокоэффективной системы геодезического обеспечения.

Во второй главе изложены принципы дальнейшего развития системы нормальных высот относительно пунктов ФАГС и ВГС, являющихся одновременно высокоточной основой единой геоцентрической системы координат и единой системы нормальных высот.

Для создания эффективной современной системы геодезического обеспечения, реализующей возможности

современных спутниковых методов GPS/ГЛОНАСС измерений, необходимо также развитие метода спутникового нивелирования как альтернативы традиционным методам геометрического нивелирования. При разработке технологии метода спутникового нивелирования ни в коей мере не ставится цель полной замены метода геометрического нивелирования в системе геодезического обеспечения. Концепция построения современной системы высотного обеспечения в условиях широкого применения высокоэффективных спутниковых методов GPS/ГЛОНАСС измерений включает в себя реализацию всего потенциала метода геометрического нивелирования, как наиболее точного метода существующих традиционных видов геодезических измерений.

В данном случае речь идет о технологии распространения системы нормальных высот спутниковыми методами с точностью государственного нивелирования III и IV и в ряде случаев постановки специальных высокоточных работ с точностью нивелирования II класса.

Одним из основных преимуществ метода спутникового нивелирования является возможность передачи значений нормальных высот на большие расстояния без закладки промежуточных реперов. Однако, при передаче значений нормальных высот на большие расстояния методами спутникового нивелирования особые требования предъявляются к точности высот квазигеоида, особенно в части согласования их

с данными высокоточного нивелирования в пунктах ФАГС и ВГС.

При вычислении высот квазигеоида по гравиметрическим данным наиболее точный результат достигается при использовании комбинированного метода вычислений. При использовании этого метода влияние аномалий в дальних зонах определяется по параметрам глобальных моделей ГПЗ, влияние центральной зоны определяется численным интегрированием по регулярной сетке значений средних аномалий, осредненных по трапециям стандартных размеров.

р п=М __Р N

С = I - F(n))Д5, + ^ 2 0п8п, (2)

4лу п=1 2/ л=о

где Я - средний радиус Земли,

Ag - средние значения аномалий силы тяжести для трапеций 5' х 7'5,

у/ - сферическое расстояние текущей точки относительно пункта вычислений,

щ - радиус центральной зоны,

Р( Щ)) - вспомогательная функция, обеспечивающая оптимизацию процесса разделения вычислений на 2 слагаемых,

Qn . коэффициенты, зависящие от принципа выбора вспомогательной функции Р{щ) и величины радиуса \у0,

g„ - сферические гармоники планетарной модели.

Выбор вспомогательной функции F(y/) и значения коэффициентов Q„ взаимосвязаны между собой и эффективность их применения главным образом зависит от характера убывания влияния ошибок гармоник g„.

На рисунке приведен график разностей высот квазигеоида, вычисленных только по параметрам планетарной модели EGM-96, и высот квазигеоида, вычисленных с использованием средних аномалий по трапециям 5' х 7'5 в центральной зоне в соответствии с формулой (2).

Профиль разностей высот квазигеоида, вычисленных по детальным гравиметрическим данным и параметрам модели ЕСМ-96 для территории России по 60 параллели

Долгота

Этот график даёт общую характеристику неучитываемой части высот квазигеоида при использовании только параметров планетарной модели, среднеквадратическая величина которой составляет 0,4 - 0,5 м.

На рисунке, приведенном ниже, дан график разностей высот квазигеоида, вычисленных по данным гравиметрических карт 1:1000 ООО (5' х 7'.5) и высот квазигеоида, вычисленных с использованием цифровых карт м-ба 1:200 000 для района реки Илим (Иркутская область). Как видно из графика, расхождения составляют в среднем 35 см.

Использование карт масштаба 1:200 000 в перспективе для построения моделей квазигеоида преследует цель не столько в повышении детальности поля аномалий силы тяжести, сколько в повышений точности самих аномалий. Детальность представления поля аномалий силы тяжести по трапециям 5'*7.5' является достаточной для вычисления высот квазигеоида в центральной зоне. Главная цель в использовании гравиметрических карт масштаба 1:200 000 является повышение

точности самих аномалий. Значения средних аномалий, вычисленные по гравиметрическим картам масштаба 1:1 ООО ООО во многих регионах содержат ошибки систематического характера. Именно эти ошибки совместно с ошибками моделей ГПЗ лимитируют точность определения высот квазигеоида.

Использование цифровых гравиметрических карт масштаба 1:200 ООО потребуется лишь для выполнения спутникового нивелирования с точностью государственного нивелирования П класса. В ЦНИИГАиК совместно с в/ч 63708 ведется постоянная работа по корректировке и обновлению детальных гравиметрических данных на территорию России.

Следует отметить тот факт, что использование гравиметрических моделей квазигеоида в методе спутникового нивелирования в той или иной мере будет сглаживать влияние случайных ошибок нивелирных и спутниковых данных. Для этого необходимо при реализации метода трансформирования в пунктах ВГС значениям высот квазигеоида, полученным по спутниковым и нивелирным данным, присваивать их реальную ошибку с учетом корреляции ошибок нивелирных данных.

В соответствии с «Основными положениями о государственной геодезической сети Российской Федерации» точность взаимного положения пунктов государственной геодезической сети 1-го класса (СГС-1) составляет 1-2 см в плане и 2 - 3 см по высоте. Таким образом, при использовании современных технологий построения моделей квазигеоида

каждый пункт СГС - 1 по точности определения нормальных высот будет в полной мере отвечать требованиям государственного нивелирования III класса. Этим еще раз подтверждается экономическая и технологическая эффективность современных спутниковых методов, т.е. одна и та же совокупность геодезических пунктов одновременно является физической реализацией системы геодезических координат и системы нормальных высот.

Новизна подхода к решению этой задачи состоит в том, что работы по выполнению государственного нивелирования спутниковыми методами выполняются относительно пунктов ФАГС и ВГС, которые в соответствии с представленной в первой главе диссертации современной структурой системы геодезического обеспечения являются одновременно и плановой и высотной геодезической основой. Таким образом осуществляется регулярный мониторинг всей геодезической основы высшего класса точности. В то время как при традиционном подходе к методу нивелирования пункты высших классов используются как опорные и в процессе уравнивания не уточняются и не контролируются.

В третьей главе для обеспечения современных требований к точности определения высот квазигеоида разработаны принципы построения планетарных моделей ГПЗ высокого уровня детальности и точности с использованием всей совокупности данных о гравитационном поле Земли.

Проблемам построения точных гравитационных моделей высокого уровня детальности во всем мире в настоящее время уделяется большое внимание. В последние годы в различных странах получен целый ряд таких моделей, по уровню детальности соответствующих разложению геопотенциала в ряд сферических функций до 360 -ой степени.

К их числу следует отнести модели: OSU-91, GFZ-1 и 2 и, наконец, модель EGM-96, созданную совместно Национальным Агентством по Аэронавтике и Космическим Исследованиям США (NASA) и Национальным Картографическим Агентством (National Imagery and Mapping Agency - NIMA) с использованием всей имеющейся в США к 1996 году гравиметрической и спутниковой альтиметрической информации.

В ЦНИИГАиК при построении моделей ГПЗ основное внимание уделялось задачам точного определения гравитационных характеристик на земной поверхности.

Представленные к защите результаты являются дальнейшим развитием работ, выполняемых автором на протяжении многих лет совместно с О.М. Остачом и В.А. Тарановым по руководством Л.П. Пеллинена в ЦНИИГАиК совместно с 29 НИИ МО.

По сравнению с ранее полученными планетарными моделями ЦНИИГАиК при построении моделей 360ой степени существенно увеличен объем исходных данных и в

значительной мере усовершенствованы методы их построения.

В модели ГАО-98 дополнительно использованы данные морской гравиметрической базы данных GEODAS (около 1200 рейсов) и апьтиметрические данные в виде аномалий силы тяжести по трапециям З'хЗ', предоставленные ЦНИИГАиК Геофизическим центром РАН

Методика совместного уравнивания орбитальных спутниковых данных и аномалий силы тяжести основана на представлении аномалий силы тяжести в виде гармонических коэффициентов в ряд по сферическим функциям.

В сферическом приближении формула для определения нормированных коэффициентов йпк, Ъпк разложения аномалий

силы тяжести в ряд по сферическим функциям в этом случае будет иметь следующий вид:

где Ag, - среднее значение аномалий для трапеций

Рпк (соэ В) - среднее значение нормированных

полиномов Лежандра для тех же трапеций, В, Ь - геодезические координаты,

И1 - отношение площади Земной сферы к площади трапеций 3" * 3" на экваторе.

П 1 /*7200 -______

-f- =77Г Z Ag, eos 5, P„*(cos£) b„k N ,=i

З'хЗ

В этом случае уравнение связи для совместного уравнивания будет иметь следующий вид:

\ 1=7200

I Ag, cos В, Pnk(cos В)

i=i

cos KL [sin KL

■ — с b

пк с

\ + Wnk=0 (3)

где Wnk - свободный член уравнения связи, равный разности спутникового и гравиметрического значения коэффициента апк, или Бпк,

W =

пк

'пк .

Для определения Аgt дискретность и неравномерность

гравиметрической информации ставит нас перед необходимостью применения тех или иных методов предсказания. Метод оптимального прогнозирования аномалий силы тяжести с использованием автокорреляции, впервые рассмотренный Н. Moritz, получил в более общем виде название метода коллокации. У нас в стране теория применения метода коллокации в геодезии позднее была развита Ю.М. Нейманом в более общем виде и для решения более широкого круга задач. Метод коллокации позволяет искомые значения средней аномалии Ag, определять как линейную функцию измеренных

аномалий Ag для изученных элементарных трапеций, расположенных в пределах зоны осреднения

где К^ - корреляция искомого значения средней

аномалии Лg с аномалиями изученных элементарных трапеций,

СД8 - матрица взаимной корреляции аномалий изученных элементарных трапеций,

Лg - вектор изученных аномалий.

Эффективность метода коллокации в этом случае в первую очередь связана с достоверностью используемой автокорреляционной функции для каждого района прогнозирования. Известно, что дисперсия аномалий силы тяжести может изменяться для различных районов больше чем на порядок, от 200 мГал2 в платформенных районах океана до 30002 мГал в аномальных районах.

Поэтому в целях большей эффективности применения метода коллокации из исходных аномалий силы тяжести исключалось влияние рельефа. В результате корреляционные функции аномалий силы тяжести приобретали более плавный характер и в статистическом смысле становились более стационарными.

Об этом свидетельствуют данные таблицы 1.

Таблица 1

¥ Сац/Лу) <Ыг)

0 1300 1.00 755 1.00

0°.5 780 0.60 650 0.86

Г.О 650 0.50 600 0.80

Г.5 550 0.42 560 0.75

2°.0 475 0.37 530 0.70

2".5 450 0.35 500 0.66

з°.о 400 0.30 480 0.64

Зи.5 400 0.30 460 0.61

СЛg (У) - автокорреляционная функция средних аномалий трапеций 30' х 30'

CAgЯ(!P) - автокорреляционная функция тех же средних аномалий после исключения влияния рельефа.

Достоинство метода коллокации состоит не только в том, что на основании статистических характеристик аномалий силы тяжести обеспечивается единый математически строгий подход к задаче прогноза, но также и в том, что этот метод позволяет нам строго и однозначно оценить ошибку прогнозируемой функции.

Дисперсия ошибки средней аномалии Д^, вычисленной по методу коллокации, будет равна

где - дисперсия средней аномалии Ag

При использовании нормированных корреляционных функций формула оценки точности средних аномалий примет вид

<=^(0.45-44^),

где /)Де - дисперсия 30' аномалий,

0.45 - отношение дисперсии средней 3° аномалии к дисперсии 30' аномалий.

Для слабоизученных районов дисперсия ЗО'-х аномалий достаточно уверенно прогнозируется по дисперсии рельефа.

Вычисленная таким образом ошибка представительства совместно с ошибками исходных аномалий определяют полную ошибку средней аномалии Agl

Применение планетарных моделей ГПЗ для решения задач геодезии в настоящее время связано в первую очередь с вычислением точных высот квазигеоида. Поэтому при выборе метода уравнивания планетарных параметров модели основное внимание уделяется процедуре согласования детальных гравиметрических данных с планетарными параметрами модели. Так как гравиметрическим и альтиметрическим измерениям свойственны систематические ошибки, небольшие по величине, но распространенные на значительные территории, такое согласование планетарных параметров позволяет в значительной

мере снизить влияние систематических ошибок на вывод параметров гравитационного поля, в первую очередь высот квазигеоида. Причина возникновения этих ошибок во многих случаях связана с использованием разных систем высот. В настоящее время это особенно актуально в связи с широким внедрением ГЛОНАССЛЗРБ измерений в геодезическое производство.

При построении модели ГАО-98 применены комбинации трех видов измерений - гравиметрических, спутниковых орбитальных и альтиметрических, перевычисленных в аномалии силы тяжести. Альтиметрические данные в виде высот геоида, а также высоты квазигеоида, полученные из комбинации спутниковых и нивелирных данных^ на суше могут быть также включены в общую схему уравнивания совместно с уравнениями (3). Уравн £ .ни^ связи для альтиметрических данных в виде высот квазигеоида имеют сходную структуру

О, (4)

где Сц - среднее значение высоты геоида для трапеции выбранных размеров,

- коэффициенты, имеющие смысл корреляции высоты геоида и аномалий,

IV/ - свободный член, равный разности измеренной

высоты геоида и вычисленной по гравиметрическим данным. В этом случае эффективно применять двухгрупповой метод уравнивания, который помимо сокращения порядка систем

нормальных уравнений позволит нам наиболее четко определить вклад каждого вида измерений в построение единой планетарной модели ГПЗ.

В рассмотренной выше схеме уравнивания двухгрупповым методом целесообразно совместно с альтиметрическими данными использовать значения высот квазигеоида, полученные как разность спутниковых измерений геодезической высоты и нормальной высоты по нивелирным данным. И в этом случае решение следует искать в виде поправок к параметрам модели, полученной на первом этапе уравнивания.

Имеет смысл рассматривать задачу построения планетарной модели как постоянную, точнее как регулярно повторяющуюся по мере получения новых измерительных данных.

В этом случае, имея параметры модели в виде средних аномалий для стандартных блоков и их корреляционную матрицу, мы сможем периодически уточнять их, используя уравнения (4).

Таким образом, отпадает необходимость повторного решения всей задачи в целом.

Четвертая глава диссертационной работы посвящена результатам практической реализации разработанных принципов в производственных работах аэрогеодезических предприятиях Роскартографии по развитию сетей ФАГС и ВГС,

а также экспериментальных работах по спутниковому нивелированию.

Современные спутниковые технологии на основе разработанных в диссертации принципов создают условия для развития современной системы высотного обеспечения в двух основных направлениях.

Первое направление связано с решением фундаментальной проблемы современной геодезии -установление единой общеземной системы нормальных высот.

Второе направление относится к вопросу выполнения массовых геодезических работ по развитию системы нормальных высот методами спутникового нивелирования как альтернативы методам традиционного нивелирования.

Основу для реализации этих двух направлений составляют пункты государственных спутниковых геодезических сетей ФАГС и ВГС, создаваемых Роскартографией на территории Российской Федерации. В настоящее время построение сетей ФАГС и ВГС практически завершается для всей территории России. Исключение составляют лишь отдельные районы крайнего Севера и Северо-востока, а также острова бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов.

На основе данных построения сети ФАГС и ВГС для Европейской части территории Российской Федерации были выполнены вычисления поправки в Кронштадтской

(Балтийской) системе высот за переход к общеземной системе высот в соответствии с формулой (1).

В результате получена поправка к Балтийской системе нормальных высот равная -21 см. Это означает, что высота среднего многолетнего уровня Балтийского моря в пункте Кронштадт на 21 см выше уровня геоида в сформулированном определении \¥0 = ио . И эту поправку мы должны также учесть при вычислении высоты квазигеоида по гравиметрическим данным. Если значение поправки в высоты гравиметрических пунктов составляет - 21 см, то соответственно мы должны ввести поправку в аномалии в свободном воздухе. Исходя из полученных результатов, сделаем вполне резонное предположение, что величина этой поправки справедлива для всей территории, где использовалась Балтийская система высот при обработке гравиметрических данных. С учетом этого фактора поправка в Балтийскую систему высот будет равна АНГ = - 16 см.

Безусловно, что более достоверное значение поправки к Балтийской системе высот будет получено после завершения обработки сети ФАГС и ВГС на всей территории России. Данный результат свидетельствует лишь о принципиальной возможности такого решения.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что решение задачи установления единой общеземной системы высот, возможно только при широком подключении данных для территорий

многих стран в рамках международных проектов и программ.

Решению проблемы установления единой общеземной системы высот посвящен также международный проект «вЕОГО» между геодезическими службами России и Канады. Совместные исследования России и Канады по этому проекту позволят решить вопрос о возможности установления единой системы высот на основе разработанных принципов для территорий стран, расположенных на разных континентах.

В Роскартографии при непосредственном участии ЦНИИГАиК были выполнены два производственных эксперимента, направленных на обработку технологии метода спутникового нивелирования. Оба эти эксперимента выполнялись на производственных участках по линиям повторного геометрического нивелирования I и II классов.

Первый эксперимент был осуществлен по линии нивелирования I класса Москва - Санкт-Петербург. Работы выполнялись Московским аэрогеодезическим предприятием при участии ЦНИИГАиК. Основное назначение работ - плановое и высотное обеспечение реконструкции Октябрьской железной дороги. В основную каркасную сеть по линии нивелирования было включено 30 реперов нивелирования I класса и два опорных пункта ФАГС, «Менделеево» (Москва) и «Светлое» (Санкт-Петербург).

Главным итогом этой экспериментальной работы следует считать величину ср. кв. ошибки определения

нормальной высоты по данным спутниковых измерений. Величина полученной ср. кв. ошибки в среднем по трассе соответствует точности геометрического нивелирования II класса m = ± 0.025 м в случае передачи высот на расстояние порядка S=300 км. В то же время ошибка передачи высот между некоторыми соседними реперами (S=30km) может составлять и 0.060 м. Величина этой ошибки соответствует предельной ошибке нивелирования III класса М=±0.01 м Vs км.

Следует учитывать, что величины расхождений высот, обусловлены не только ошибками спутниковых измерений. В этой оценке отражено также и влияние ошибок геометрического нивелирования и влияние нестабильности положения реперов во времени. Для исключения влияния этого фактора необходимо поставить экспериментальные одновременные измерения как спутниковыми методами, так и традиционным нивелированием.

Второй производственный эксперимент был реализован на территории деятельности Восточно-Сибирского АГП по линии повторного нивелирования II класса в долине реки Илим. Если в первом эксперименте задача определения нормальных высот по данным спутниковых измерений рассматривалась как попутный результат при развитии высокоточного геодезического обеспечения инженерных изысканий, то второй эксперимент был целевым и непосредственно решал задачу замены традиционного нивелирования. Следует отметить, что необходимость замены традиционного нивелирования в этом

районе диктовалась тяжелыми физико-географическими условиями для нивелирных работ. Предыдущий цикл нивелирования по данной трассе был выполнен 30 лет назад. За этот период процесс урбанизации и разорения сельских поселков привел к разрушению и занесению бывших транспортных магистралей, по которым проводили линии нивелирования. Выполнение в этих районах традиционного нивелирования было бы связано с необходимостью больших трудовых и финансовых затрат.

Наблюдения выполнялись по фундаментальным реперам через 50 км между пунктами наблюдений. На всех пунктах наблюдения велись одновременно. Продолжительность наблюдений 5 суток. Всего были выполнены измерения на 9 пунктах, два из которых являлись опорными реперами нивелирования I класса. Бригады к месту работы забрасывались вертолетом. Тем не менее стоимость работ была в 1.5 раза меньше необходимых затрат при выполнении работ традиционным нивелированием.

Следует учитывать также, что каждый пункт спутникового нивелирования в результате является одновременно и пунктом спутниковой геодезической сети 1-го класса (СГС-1). Таким образом, в результате выполненных работ была получена линия повторного нивелирования II класса протяженностью 350 км и определены 9 пунктов СГС-1. Таким образом, подтверждается основная эффективность современных

спутниковых технологий в системе геодезического обеспечения. Одна и та же совокупность геодезических пунктов реализует одновременно и плановую и высотную государственную геодезическую основу.

В целом, точность определения значений нормальных высот в среднем по объекту соответствует точности геометрического нивелирования II класса. Поскольку за период более 20 лет могли произойти изменения в высотном положении реперов, то так же как и при первом производственном эксперименте мы не можем по этим данным с полной уверенностью судить об истинной точности спутниковых определений нормальных высот.

Для разработки технологии высокоточного нивелирования II класса спутниковыми методами в четырех регионах территории России запроектированы комплексные работы по одновременному (в один полевой сезон) выполнению нивелирных работ спутниковыми и традиционными методами геодезических измерений. Во всех четырех проектах предусматриваются работы по трассам повторного нивелирования I класса. Районы выбраны в разных физико-географических условиях работ и с разным уровнем гравитационной аномальности.

Заключение

На основе изучения и анализа существующего состояния системы высотного обеспечения в России и зарубежных странах в диссертационной работе разработаны новые принципы установления и принципы отсчёта единой общеземной системы нормальных высот. В основу разработанных принципов положены современные возможности определения высот квазигеоида на основе применения теории М.С. Молоденского и методов геодезических измерений с применением глобальных спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.

При разработке принципов построения планетарных моделей в диссертации главное внимание уделяется уменьшению влияния систематических ошибок гравиметрических съемок и вопросам согласования детальных

гравиметрических съемок с планетарными параметрами модели.

Исследования и разработки по теме диссертации выполнялись в рамках Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 20.08.2001 № 587, и, в том числе, подпрограммы 4 «Использование спутниковых навигационных систем для геодезического обеспечения территории России», а также отраслевых планов НИР и ОКР Федеральной службы геодезии и картографии России.

Основные теоретические разработки и практические результаты, представленные к защите.

1. Развитие теории и принципов установления единой общеземной системы нормальных высот на основе гравиметрических, нивелирных и спутниковых данных.

2. Разработка методов построения планетарных моделей ГПЗ высокого уровня детальности, отличительной чертой которых является методы строгого согласования детальных гравиметрических данных с планетарными параметрами ГПЗ с использованием метода колокации.

3. Разработка методов распространения системы нормальных высот спутниковыми методами с точностью государственного нивелирования И-1У

классов относительно пунктов ФАГС и ВГС.

4. Определены принципы построения детальных моделей высот квазигеоида по гравиметрическим данным при условии согласования их с нивелирными и спутниковыми данными в пунктах ФАГС и ВГС.

5. На основе разработанных принципов осуществлено построение планетарной модели ГПЗ ГАО-98, по уровню детальности и точности близкой к современным зарубежным моделям.

6. Разработаны методы дальнейшего уточнения гравитационных моделей, основным назначением которых является обеспечение точных вычислений высот квазигеоида по гравиметрическим данным.

Перечень основных опубликованных работ по теме диссертации

1 Демьянов Г.В., Агаева И.Н. Методика совместного уравнивания гравиметрических и спутниковых данных. Наблюдения ИСЗ , София, 1980, №20 - с. 256-263

2 Pellinen L.P.,Demianov G.V., Ostach О.М. Use of gravity data in the planitary studies of the Earth gravitational fields. International Symposium Contemporary Methods of Geodesy and Astronomy. Leningrad 1982.

3 Bojkov V.V., Galasin V.F., Demianov G.V. et all. Comparison of gravimetric, altimetric and satellite tracking data on the Earth's global gravity feild. Bureau gravimetrique international. Toulouse. France, pp.143-150. 1990.

4 Демьянов Г.В., Крюкова A.B., Ливман М.П. Вопросы построения планетарных и детальных моделей гравитационного поля Земли / В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 1991, -с. 40-59.

5 Бойков В.В., Галазин В.Ф., Демьянов Г.В. и др. Анализ гравиметрических и спутниковых данных о гравиметрическом поле Земли // Геодезия и картография. -1992.-№4. - с. 4-7.

6 Medvedev P.P., Demianov G.V., Kaftan V.I., Kuznetsov Y.G. Application of altimetry data to the researches of the sea level of the marginal sea of Russia / Geophysics and the Environment, XXI General Assembly, Boulder, Colorado, Jule 2-14 1995, Abstracts.

7 Демьянов Г.В., Крюкова A.B. и др. Построение планетарной модели гравитационного поля Земли / В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 1996.-е. 109-129.

8 Бурша М., Демьянов Г.В., Юркина М.И. Об определении модели Земли - общего земного эллипсоида // Геодезия и картография,- 1997.-№4. - с. 9-13.

9 Жалковский Е.А., Демьянов Г.В. и др. Гравиметрия и современная спутниковая геодезия / В кн.: Материалы юбилейной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития геодезии, фотографии, картографии и геоинформационных систем», посвященной 850-летию г. Москвы (Москва, ЦНИИГАиК, сентябрь 1997г.). Часть 1.-М.:ЦНИИГАиК, - с.3-11.

10 Плешаков И.Я., Макаренко ПЛ., Демьянов Г.В. и др. Состояние и перспективы развития системы геодезического обеспечения страны в условиях перехода на спутниковые методы. В кн.: 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.-ЦНИИГАиК, 1998.-с. 21-30.

11 Bursha М., Demianov G., Yurkina М. On the determination of the Earth's model - the mean equipotencial surface. - Studia geoph. et geod., 42. Praga, 1998.

12 Demianov G.V., Tatevian S.K. Integrated Geodinamical Network in Russia (Scintific Objectives and Realisation). Phys. Chem. Earth, vol. 25, No 12, pp. 819 - 822. 2000.

13 Демьянов Г.В., Кафтан В.И. и др. Международный проект «Уровень Балтийского моря». (Участие ЦНИИГиК в третьей полевой GPS кампании) В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 1999, - с. 142-153.

14 Макаренко H.JL, Демьянов Г.В. и др. Системы координат спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Геодезия и картография, 2000, № 6, стр. 16-22.

15 Demianov G.V., Kaftan V.I., Zubinsky V.I. Participation of the General Research Institute of Geodesy, Aerial Surveying and Cartography in the third Baltic Sea Level GPS campaign/ Final results of the Baltic Sea Level 1977 GPS campaign,

Research works of the SSC 8.1 of the International Association of Geodesy // Report of Finish Geodetic Institute. - 1999. - p. 127-132.

16 Demianov G.V., Kaftan V.I., Zubinsky V.I. Russian national satellite geodetic network// I AG, Section 1 - Positioning, Comissiong X - Global and Regional Networks, Subcommission for Europe (EUREF), Publicfition No 8, Munchen 1999-p. 199-201.

17 Демьянов Г.В. К вопросу построения системы геодезического системы на основе спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС / В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 1999. - с. 3-13.

18 Демьянов Г.В., Бровар Б.В. и др. Модель гравитационного поля Земли ЦНИИГАиК, ГАО-98 / В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 1999.-c.88-l 16.

19 Demianov G., Mayorov A., Medvedev P. Comparison and evalution of the new Russion global geopotential model to degree 360. IAG Symposia, vol. 121, pp. 96-100,2000.

20 Бровар Б.В., Демьянов Г.В. О построении высокоточной геодезической системы координат на территории России / В кн.: Сборник докладов 7-го отраслевого семинара по метрологии Нижний Новгород, 2000. - с. 30-46.

21 Tatevian S.K., Demianov G.V., Kaftan V.I. A new approach to the development of the fundamental geodetic network in Russia / The Tenth General Assembly of the WEGENER Project (WEGENER 2000) // Extended abstract book, San Fernando, Spain, September 18-20, 2000.

22 Demianov G.V., Mayorov A.N. Role of Global Gravity Models in Modern Satelite Geodesy. Analitical Representation of Potential Field Anomalies for Europe. (ARORA), Luxemburg, pp. 13-16, 2001.

23 Demianov G., Tatevian S. /Integrated geodynamical network in Russia. Adv. Space Res. Vol. 30 №2, 2002.

24 Бровар Б.В., Демьянов Г.В. О построении высокоточной геодезической системы координат на территории России // В кн.: Сборник докладов 7-го отраслевого семинара по метрологии, ЦНИИГАиК, М., 2001,- с. 30-45.

25 Макаренко H.J1., Демьянов Г.В. Система координат СК-95 и пути дальнейшего развития государственной геодезической сети. ГИС ассоциация. Информационный бюллетень, №1(33)-2(34), 2002. - с. 5-8.

26 Бородко A.B., Макаренко H.J1., Демьянов Г.В. Развитие системы геодезического обеспечения в современных условиях// Геодезия и картография - 2003, - №10. - с.7-13.

27 Бровар Б.В., Демьянов Г.В., Юркина М.И. Исследования ЦНИИГАиК по геодезической гравиметрии // Геодезия и картография.-2003.-№11. - с. 15-20.

28 Демьянов Г.В. Концепция развития системы нормальных высот //Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка,-2003 .-№3.

29 Демьянов Г.В., Майоров А.Н. К вопросу об установлении единой общеземной системы нормальных высот. В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 2004.

Подписано в печать 19.04.04

Формат 60x90/16 Бумага типографская Печать офсетная Усл. печ. л. 2.75 Усл. кр. отт. 2.88 Уч. изд. л. 2.64

Тираж 100 Заказ 15-04

ЦНИИГАиК 125413, Москва, Онежская ул., 26

РНБ Русский фонд

2006-4 2421

Содержание диссертации, доктора технических наук, Демьянов, Глеб Викторович

ВВЕДЕНИЕ. т

ГЛАВА 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЕДИНОЙ ОБЩЕЗЕМНОЙ СИСТЕМЫ НОРМАЛЬНЫХ

ВЫСОТ.

1.1 Системы высот, применяемые в геодезии.

1.2. анализ структуры системы геодезического обеспечения в условиях перехода к спутниковым методам координатных определений.

1.3 Система фундаментальных параметров.

1.4 опорпые высотные сети (высотная основа).30 '

1.5 Принципы установления единой общеземной системы нормальных высот.

1.6 Структура современной системы высотного обеспечения.40 *

1.7. Роль гравиметрических данных при развитии высотного обеспечения.48.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка принципов развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий"

Разработка новых принципов развития системы нормальных высот является неотъемлемой и составной частью решения общей проблемы построения новой системы геодезического обеспечения на основе применения современных спутниковых методов координатных определений. Под построением системы геодезического обеспечения подразумевается создание и функционирование системы обеспечения современных требований науки и экономики к точности и оперативности определения местоположения точек физической поверхности Земли в единой системе координат и высот.

Необходимость решения поставленной задачи обусловлена следующими двумя основными обстоятельствами. Во-первых, переход отечественной экономики на рыночную систему предъявляет новые требования к принципам организации и финансирования топографо-геодезического и картографического производства. Во-вторых, развитие высокоэффективных спутниковых методов координатных определений на основе применения глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS принципиальным образом изменяют технологию и точность геодезических измерений и соответственно изменяются требования к системам геодезических координат и к принципам построения опорных геодезических сетей, являющихся фактической реализацией систем координат.

В соответствии с этими новыми условиями современная система геодезического обеспечения должна:

- обеспечивать востребованность геодезической продукции на отраслевом и межотраслевом рынке;

- быть ориентирована на решение не только прикладных задач в расчете на массового потребителя, но и фундаментальных ШучньГхзада'ч геодезии;

- 'создавать оптимальные условия для эффективного использования современных спутниковых методов ГЛОНАСС/GPS — измерений;

- обеспечивать реализацию уже накопленного потенциала на основе традиционных методов геодезических измерений.

Именно этими требованиями диктовалась в первую очередь необходимость введения новой государственной системы геодезических координат 1995 года (СК-95) для осуществления геодезической и картографической деятельности на территории Российской Федерации с 1 июля 2002 г. в соответствии с постановлением правительства № 568 от 28 июля 2000 г.

В отличие от системы координат 1942 года система СК-95 имеет высокую однородную точность для всей территории России, что дает возможность с использованием единой системы параметров осуществлять переход к геоцентрическим общеземным системам координат, реализуемым спутниковыми системами GPS и ГЛОНАСС. Эти качества системы координат СК-95 позволяют использовать пункты существующей государственной геодезической сети (ГГС), пункты триангуляции и полигонометрии 1-4 классов, в качестве опоры при развитии системы планового геодезического обеспечения с применением методов GPS/TJIOHACC измерений.

В то же время, система координат СК - 95 и существующая сеть ГГС, созданная традиционными методами геодезии, не могут в полной мере реализовать весь потенциал современных спутниковых методов. При использовании существующей ГГС для эффективной реализации спутниковых методов в системе геодезического обеспечения главное препятствие состоит в том, что в силу специфики построения геодезических сетей традиционными методами триангуляции и полигонометрии для обеспечения взаимной видимости, геодезические пункты чаще всего расположены в труднодоступных местах, а наличие наружного оформления является дополнительным препятствием для спутниковых наблюдений. Для создания высокоэффективной системы геодезического обеспечения высокоточной геодезической системы координат требуется построение^специальных спутниковых геодезических сетей.

В целях полноценной реализации точности и оперативности современных спутниковых технологий на основе применения методов GPS/TJIOHACC измерений Федеральная служба геодезии и картографии в соответствии с Федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система» приступила к созданию опорных геодезических сетей новой структуры и качественно нового уровня точности.

Этому этапу предшествовала разработка ряда методических и нормативных документов, основные из которых - «Концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные спутниковые методы координатных определений» и «Основные положения о государственной геодезической сети России» [55], [67].

В соответствии с «Основными положениями о Государственной геодезической сети» высшим звеном общей иерархической структуры спутниковых геодезических сетей является фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС). Пункты ФАГС, расположенные в среднем на расстоянии 800-1000 км друг от друга, реализуют общеземную геоцентрическую' систему координат на максимально достижимом уровне точности, который может быть достигнут современными средствами и методами геодезических измерений. Часть пунктов ФАГС интегрируется в общемировую сеть постоянно действующих пунктов GPS наблюдений для целей геодинамики(Ю8).

Следующим звеном является сеть пунктов высокоточной геодезической сети (ВГС), расположенных в среднем на расстоянии 300-400 км. Ср.кв.ошибка взаимного положения^ пунктов ФАГС и ВГС составляет в среднем 1-2 см в плановом положении и 2-4 см по высоте. Ср.кв.ошибка положения пунктов относительно центра масс (начала координат ) составляет 3-5 см.

Задачей данной диссертационной работы является разработка новых принципов развития системы нормальных высот с применением методов ОР8|ГЛОНАСС изхмерений, научное обоснование этих принципов и определение путей их практической реализации. Сложность решения этой - проблемы состоит в том, что по спутниковым измерениям непосредственно -определяется геодезическая (эллипсоидальная) высота, т.е. высота точки земной поверхности над отсчетным эллипсоидом. Для решения'большинства задач геодезии необходимо знание нормальной высоты.

Именно значения нормальных высот определяются по данным геометрического нивелирования, и именно значения нормальных высот используются в системе высотного обеспечения территории России.

Для обеспечения возможностей определения нормальных высот с применением спутниковых методов каждый пункт ФАГС и ВГС связан геометрическим нивелированием I класса с двумя ближайшими реперами высокоточного нивелирования I или II класса.

Решение этой проблемы, т.е. использование современных спутниковых методов в целях развития системы нормальных высот одновременно с созданием плановой основы в составе единой совокупности геодезических пунктов, является основной задачей диссертационной работы.

При традиционных методах геодезических измерений системы высотного и планового обеспечений развивались достаточно обособленно друг от друга. Эта обособленность выражалась прежде всего в том, что плановое и высотное обеспечение практически реализовывалось различной совокупностью пунктов.

Плановое обоснование создавалось путем построения геодезических сетей триангуляции и полигонометрии, а высотное обоснование с помощью сетей геометрического нивелирования.

По результатам спутниковых изхмерений одновременно определяются точные значения координат, как в плане, так и по высоте. Поэтому современные спутниковые методы координатных определений на основе применения глобальных навигационных систем GPS и ГЛОНАСС создает условия для создания плановой и высотной основы в виде единой совокупности геодезических пунктов.

При традиционных методах геодезических измерений система нормальных высот развивается от одного исходного пункта относительными методами передачи высот. За исходный пункт на территории России принят уровнемерный пост, расположенный в городе Кронштадт (Кронштадтский футшток), в котором средний многолетний уровень Балтийского моря соответствует нулю в значении нормальной высоты. При использовании уровнемерных постов в качестве исходных пунктов для определения начала счета высот подразумевается совпадение среднего уровня моря в этих пунктах с поверхностью геоида. Таким образом, вся нивелирная сеть огромной протяженности на территории России порядка 400 тысяч км нивелирования I и II классов опирается на один исходный пункт, не имеет внешнего контроля и уравнивается как свободная система.

При существующих принципах установления системы отсчета высот относительно среднего многолетнего уровня моря в одном исходном пункте создаётся ряд противоречий, которые не могут быть разрешены традиционными методами геодезических измерений. Однако, эти противоречия не могут быть игнорированы при существующей точности современных спутниковых методов и при решении фундаментальных задач современной геодезии. Эти противоречия связаны с тем, что различия средних многолетних уровней моря в разных уровнемерных постах могут достигать метра и более. Для решения большинства задач традиционной геодезии эта неопределенность не вызывала особых проблем, к тому же не существовало других методов для установления системы отсчета высот.

В диссертационной работе решение этой проблемы осуществляется на основе применения современных методов GPS/ГЛОНАСС измерений и результатах построения планетарных моделей гравитационного поля Земли (ГПЗ).

Спутниковые методы определения координат в 70-е - 80-е годы позволили отказаться от вычисления исходных геодезических дат для отдельных территорий, определяющих ориентировку отсчетных эллипсоидов при формировании референцных систем геодезических координат. Такая же ситуация возникает сейчас с использованием уровнемерных постов, задающих по существу региональные системы высот.

Основная идея новых принципов установления единой общемировой системы нормальных высот, рассматриваемых в диссертационной работе, состоит в4 том, что единую систему отсчета высот определяет поверхность общего земного эллипсоида и потенциал и0 на поверхности этого эллипсоида, принимаемый за нормальный. Понятие геоида в этом случае формулируется как эквипотенциальная поверхность с потенциалом \¥0 равным нормальному и0 на поверхности общеземного эллипсоида. В этом случае не постулируется ч * равенство нулю нормальной высоты в уровнемерных постах, принятых в качестве исходных. При этом подходе исходные нивелирные пункты вообще в принципе отсутствуют, как отсутствует исходный пункт в общемировой геоцентрической системе координат. Систему нормальных высот определяет вся совокупность геодезических пунктов, в каждом из которых с высокой точностью по спутниковым данным определена геодезическая (эллипсоидальная) высота Н и высота квазигеоида по гравиметрическим данным. На территории России такой совокупностью пунктов могут служить пункты ФАГС и ВГС. Для всей поверхности Земли - сеть пунктов постоянных вРВ-наблюдений для целей геодинамики (ЮБ).

Нормальная высота в этом случае будет равна нулю в той точке земной поверхности, в которой реальный потенциал Wi равен нормальному и0 на поверхности общего земного эллипсоида, который мы принимаем за нормальный.

В основу разрабатываемых новых принципов развития системы нормальных высот должна быть заложена необходимость соблюдения двух основных условий.

Первое условие - создание оптимальных условий для применения в системе высотного обеспечения современных высокоэффективных спутниковых методов GPS/ ГЛОНАСС измерений.

Второе условие - сохранение и реализация уже созданного научного и экономического потенциала традиционных методов геометрического нивелирования.

В новой разработанной системе высотного обеспечения ни в коей мере не уменьшается роль существующей главной высотной основы страны (ГВО), то есть высокоточного геометрического нивелирования I и II классов.

Во-первых, при установлении новой системы нормальных высот данные высокоточного нивелирования являются необходимой составной частью всего комплекса данных на пунктах ФАГС и ВГС наравне с геодезическими высотами и высотами квазигеоида. Именно для этих целей в состав каждого пункта ФАГС и ВГС входят два пункта ГВО, на которых выполнены высокоточные спутниковые определения геодезических высот.

Во-вторых, существующие нивелирные сети, как и прежде, будут являться средством распространения системы нормальных высот на территории страны, но уже не от одного исходного пункта (уровнемерного поста), а относительно всей совокупности пунктов ФАГС и ВГС.

Такой принцип установления системы нормальных высот оптимальным образом соответствует всей общей системе геодезического обеспечения, основанной на современных спутниковых технологиях. В результате мы будем иметь внутренне согласованную систему геодезического обеспечения по всем трем координатам, координатную основу, которой будет реализовывать одна и та же совокупность пунктов ФАГС и ВГС.

Необходимо отметить также, что такой принцип установления системы нормальных высот наилучшим образом соответствует задачам глобальной и региональной геодинамики, поскольку регистрация вертикальных движений земной коры будет осуществляться в единой общемировой системе высот.

В равной степени это относится и к проблеме изучения изменений уровней морей и океанов. В уровнемерных постах, которые следует рассматривать уже как рядовые пункты ГВО, привязанные высокоточным нивелированием и спутниковыми измерениями к основным носителям новой общеземной системы высот - пунктам ФАГС и ВГС, будут фиксироваться изменения уровня моря относительно единого (абсолютного) нуля для всей Земли в целом. Это особенно важно для территории России, имеющей огромной протяженности береговую линию, омываемую морями различных океанических бассейнов.

Актуальность решения данной проблемы для территорий других стран подтверждается тем, что в целях её решения в Европе создана специальная программа и специальная рабочая группа в рамках международной ассоциации геодезии. Членом этой рабочей группы является автор диссертационной работы.

Для успешного решения этой проблемы необходимым условием является возможность точного определения высот квазигеоида по гравиметрическим данным.

В ЦНИИГАиК вопросам вычислений высот квазигеоида с использованием гравиметрических данных традиционно уделяется большое внимание.

Как известно, понятие высоты квазигеоида, введенное М.С.Молоденским как вспомогательной величины, дополняющей нормальную высоту до геодезической, позволяет строго и однозначно решать главную задачу геодезии - определение положения точек физической поверхности Земли в единой системе координат и высот. При традиционных методах геодезии высоты квазигеоида, вычисленные с использованием гравиметрических данных, использовались главным образом в целях редукции геодезических измерений на поверхность отсчетного референц-эллипсоида и последующей математической обработкой их на поверхности этого эллипсоида. Определение высот квазигеоида со ср.кв.ош. 1-2 м в полной мере удовлетворяло этим целям.

При использовании спутниковых методов геодезические высоты определяются непосредственно по результатам измерений. Обработка спутниковых данных не требует редукции на поверхность эллипсоида. Геодезические высоты, определенные по спутниковым данным, в современной системе геодезического обеспечения должны служить, главным образом, для целей определения нормальных высот и согласования их с нивелирными данными. Требования к точности определения высот квазигеоида в этом случае возрастают более чем на порядок по сравнению с требованиями, необходимыми при решении задач редукции на поверхность референц-эллипсоида.

В связи с этим для решения задач на основе сформулированных выше принципов развития системы нормальных высот необходимо теоретическое обоснование возможностей вычислений высот квазигеоида по гравиметрическим данным с требуемой точностью, а также и экспериментальное подтверждение этих возможностей.

Разработка методов построения детальных цифровых карт высот квазигеоида по гравиметрическим данным, согласованных с нивелирными и спутниковыми данными, является необходимым условием успешного применения спутниковых методов определения нормальных высот как альтернативы трудоемким методам традиционного нивелирования III и IV классов, имеющих наиболее массовый характер в геодезическом производстве.

Таким образом, для решения проблемы эффективного применения современных спутниковых технологий в развитии системы нормальных высот должен быть решен следующий комплекс задач.

Разработка новых принципов установления единой общеземной системы нормальных высот.

Разработка структуры современной высокоэффективной системы геодезического обеспечения на основе применения GPS/TJIOHACC измерений.

1 - Разработка технологии применения GPS/TJIOHACC измерений для развития системы нормальных высот на территорию России как альтернативы методам традиционного нивелирования. Анализ точности определения высот квазигеоида по современным гравиметрическим данным и выявление возможностей дальнейшего повышения точности.

Разработка методов построения детальных цифровых карт высот квазигеоида, согласованных с нивелирными и спутниковыми данными.

Обоснование эффективности применения новых принципов развития системы нормальных высот на основе результатов производственных и экспериментальных работ Предприятий Роскартографии.

Предметом защиты являются следующие основные результаты научных исследований и разработок, выполненных в диссертации:

Принципы установления единой общеземной системы нормальных высот. Поверхностью отсчета этой системы высот является эквипотенциальная поверхность с потенциалом Wo равным нормальному потенциалу Uo на поверхности общего земного эллипсоида, а ее основной реализацией на территории России вся совокупность пунктов ФАГС и ВГС.

Принципы дальнейшего распространения системы нормальных высот методами GPS и ГЛОНАСС измерений относительно пунктов ФАГС и ВГС с точностью государственного нивелирования II-IV классов.

Принципы построения планетарных моделей гравитационного поля Земли, основной целью которых является обеспечение высокоточного определения высот квазигеоида, необходимых для реализации новых принципов построения и дальнейшего развития системы нормальных высот на основе GPS и ГЛОНАСС измерений.

Новизна решения данной проблемы, предлагаемой автором в диссертационной работе, состоит в том, что в этом решении уровнемерные данные вообще не используются, а измерительными данными, реализующими приведение высот к единой общеземной системе, являются высоты квазигеоида, определяемые по гравиметрическим данным.

Об актуальности и практической значимости сформулированных и разработанных в диссертации принципов свидетельствует тот факт, что они являются частью совместных исследований в международных проектах ЦНИИГАиК с Канадским департаментом геодезии и Финским геодезическим институтом.

Решение сформулированных выше задач и обоснование необходимости их реализации в системе геодезического обеспечения в диссертационной работе изложены в следующей последовательности.

В главе 1 дан анализ возможностей применения в геодезии различных систем высот и существующие принципы их установления. Изложены новые, разработанные автором принципы установления единой общеземной системы нормальных высот.

Представлены необходимые структурные изменения в общей системе геодезического обеспечения, позволяющие реализовать современные высокоэффективные спутниковые методы при установлении единой системы нормальных высот и дальнейшем ее развитии.

В главе 2 изложены принципы дальнейшего развития системы нормальных высот относительно пунктов ФАГС и ВГС, являющихся одновременно высокоточной основой единой геоцентрической системы координат и единой системы нормальных высот.

Разработаны принципы построения детальных цифровых карт высот квазигеоида по гравиметрическим данным, согласованным со спутниковыми и нивелирными данными.

В главе 3 излагаются принципы построения гравитационных моделей на основе современных данных о гравитационном поле Земли.

Основная цель этих принципов состоит в достижении высокой точности вычислений высот квазигеоида. Для достижения этой цели особое внимание уделяется процессу согласования планетарных параметров модели с детальной гравиметрической информацией, по которой ведутся вычисления влияний аномалий в центральной зоне.

В главе 4 показана возможность практической реализации разработанных в диссертации принципов на результатах экспериментально-производственных работ аэрогеодезических предприятий Роскартографии. Показано, каким образом будет происходить дальнейшее развитие системы нормальных высот с применением СРБ/ГЛОНАСС измерений в соответствии с принятой в Роскартографии концепцией развития современной системы геодезического обеспечения.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, предоставляемые к защите.

Заключение Диссертация по теме "Геодезия", Демьянов, Глеб Викторович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Новые принципы установления и дальнейшего развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий обуславливают необходимость изменения структуры современной системы геодезического обеспечения.

В соответствии с технологией современных спутниковых методов GPS/ГЛОНАСС измерений и их точностных характеристик в диссертационной работе определены основные структурные изменения в системе высотного обеспечения как составной части общей структуры современного геодезического обеспечения.

Основным отличием новой структуры системы высотного обеспечения состоит в том, что систему нормальных высот и систему пространственных координат определяет одна и та же совокупность геодезических пунктов. Высшим звеном этой совокупности геодезических пунктов на территории России являются пункты ФАГС и ВГС. Часть этих пунктов интегрируется в общемировую систему пунктов IGS, сеть постоянно действующих пунктов GPS наблюдений для целей геодинамики.

При традиционных геодезических измерениях систему высот задаёт средний многолетний уровень моря в одном уровнемерном пункте, принимаемый за исходный. Средний многолетний уровень моря в этом пункте принимается совпадающим с поверхностью геоида. Анализ современных нивелирных данных и данных спутниковых измерений показывает, что различие средних многолетних уровней моря может составить несколько дециметров и даже более метра. Следовательно, на такую же величину будут различаться системы нивелирных высот, и под геоидом будут подразумеваться разные уровенные поверхности.

Современные требования геодезии обуславливают необходимость установления иных новых принципов отсчёта высот. В диссертационной работе обосновывается принцип отсчёта высот, при котором под геоидом, уровенной поверхностью относительно которой ведется отсчёт высот, принимается уровенная поверхность с потенциалом \¥о равным потенциалу и0 на поверхности нормального эллипсоида.

Размеры этого эллипсоида подчиняются условию равенства нулю интеграла от высоты квазигеоида по всей поверхности Земли:

С = о 8

В соответствии с этими принципами систему высот устанавливает не значение потенциала в одном исходном пункте, а вся совокупность равномерно распределенных по территории геодезических пунктов, в которых определены:

Н8- геодезическая высота по спутниковым измерениям;

Нг- нормальная высота по нивелирным данным;

С'- высота квазигеоида по гравиметрическим данным.

Исходный пункт, в котором высота равна нулю, вообще не нужен. Высота равна нулю в той точке физической поверхности, в которой реальный потенциал равен Ио на поверхности нормального эллипсоида. Местоположение такого пункта может быть и неизвестно.

В соответствии с теорией М.С.Молоденского по результатам измерений на поверхности Земли определяется поверхность квазигеоида. Точность определения поверхности квазигеоида лимитируется только ошибками измерений. Сумма нормальной высоты и высоты квазигеоида строго соответствует значению геодезической высоты.

В диссертационной работе показано, что поэтому только использование нормальных высот и гравиметрических высот квазигеоида позволяет на современном этапе реализовать весь потенциал современных спутниковых методов СРБ/ГЛОНАСС измерений, как в проблеме установления единой общеземной системы высот, так и в спутниковых методах её дальнейшего распространения при массовых геодезических работах.

Исследованы также возможности определения высот квазигеоида по гравиметрическим данным при современной изученности гравитационного поля Земли. Показано, что для территории России основным источником ошибок при вычислении высот квазигеоида являются погрешности определения планетарных моделей гравитационного поля Земли. Поэтому основное внимание в диссертации уделено разработке принципов построения планетарных моделей. Причем главной целью при разработке этих принципов уделено обеспечению точных вычислений высот квазигеоида. Для территории России величина ср.кв.ош. определения высот квазигеоида по гравиметрическим данным составляет т- =20-30 см. Причем для центральных и северных регионов эта ошибка равна 10-15 см, а для некоторых южных приграничных районов эта ошибка может достигать метра.

Плавный характер изменения этих ошибок позволяет с высокой точностью согласовать гравиметрический квазигеоид с нивелирными и спутниковыми данными в пунктах ФАГС и ВГС. Эта возможность точного согласования цифровых моделей гравиметрического квазигеоида, как показали проведенные в диссертации исследования, позволяют со ср.кв.ошибкой 5 см определять относительно пунктов ФАГС и ВГС нормальные высоты для любой точки территории России.

Отличительной особенностью технологии метода спутникового нивелирования, принципы которого разработаны в диссертации, состоит в том, что развитие системы нормальных высот с точностью государственного нивелирования И-1У классов осуществляется одновременно с развитием сетей СГС-1.

Таким образом, реализуется динамическое уточнение системы координат и нормальных высот на данный момент времени на всех уровнях опорной сети.

Пункты СГС-1 определяются относительно пунктов ВГС. Следовательно, на пунктах ВГС производятся повторные измерения. Тем самым происходит уточнение их положения на момент построения фрагмента СГС-1, и одновременно происходит геодинамический мониторинг относительно системы постоянно-действующих пунктов ФАГС. Т.е. производится периодическое уточнение системы пунктов ВГС, которые являются индикатором процессов региональной геодинамики.

При построении фрагментов СГС-1 рекомендуется максимально использовать существующие репера традиционного нивелирования и пункты ГГС. В следствии этого требования к технологии развития СГС-1 происходит контроль и уточнение пунктов государственной геодезической опорной сети, созданной традиционными методами геодезических измерений.

При развитии высотной основы методами традиционного нивелирования уточнение системы высот происходит только при выполнении повторного нивелирования I и II классов (т.е. раз в 20-30 лет). При построении нивелирования низших классов не контролируется и не уточняется система нивелирования высших классов. При использовании же спутниковых технологий с развитием СГС-1 осуществляется одновременно уточнение и контроль положения пунктов опорной сети в регионе работ на всех ступенях иерархической структуры геодезической сети. В этом состоит основное преимущество разработанной структуры высотного обеспечения. Безусловно, что для обеспечения функционирования такой системы, необходимо четкое планирование работ и соблюдение всех необходимых технологических требований как в процессах измерений, так и при обработке результатов измерений.

Важным и необходимым условием успешной реализации этих принципов развития высотного обеспечения является создание детальных цифровых моделей квазигеоида. Как было показано в диссертационной работе, существующая модель поля аномалий силы тяжести для территории России в виде средних аномалий по трапециям 5' х Т 5 удовлетворяет всем необходимым требованиям для развития спутниковыми методами нивелирования III класса. Для развития высотной основы с точностью нивелирования II класса необходимы цифровые гравиметрические карты м-ба 1:200 ООО. В целях обеспечения практической реализации метода спутникового нивелирования с точностью нивелирования II класса в ЦНИИГАиК совместно с в/ч 63708 создается банк данных цифровых гравиметрических карт м-ба 1:200 ООО.

Если в существующих условиях гравиметрической изученности территории Российской федерации точность современных планетарных моделей ГПЗ обеспечивает возможность практической реализации метода спутникового нивелирования, то ошибки параметров планетарных моделей являются главным препятствием для решения проблемы установления единой общеземной системы нормальных высот.

Поэтому при разработке принципов построения планетарных моделей в диссертации главное внимание уделяется уменьшению влияния систематических ошибок гравиметрических съемок и вопросам согласования детальных гравиметрических съемок с планетарными параметрами модели.

Примером этому служит технология корректировки морских гравиметрических съемок, выполненной при построении модели ЦНИИГАиК ГАО-98.

В результате применения этой технологии для всех существующих морских гравиметрических съемок получены значения систематических и случайных ошибок рейсов и галсов. Эта корректировка выполнялась по результатам сопоставления с альтиметрическими данными в эталонных полигонах и по результатам взаимных пересечений гравиметрических рейсов. В результате около 2.5 миллионов морских гравиметрических данных получили свои оценки по уровню систематических и случайных ошибок. Это технология использования морских гравиметрических данных и их доля участия в общем процессе построения модели является одним из основных отличий модели ГАО-98 от ЕОМ-96. Другой отличительной чертой технологии построения модели ГАО-98 является применение метода коллокации как при определении средних аномалий для трапеций 3° х 3°, так и при определении средних аномалий для 30' трапеции.

Отличительной чертой технологии определения средних аномалий для трапеций 3° х 3° по методу коллокации является использование данных рельефа для трапеций ЗО'х 30'.

Средние аномалии ЗО'х 30' предварительно редуцировались к средней высоте трехградусной трапеции.

И затем при определении средней аномалии по методу среднеквадратической коллокации использовалась нормированная автокорреляционная функция аномалий, из которых исключено влияние рельефа. В этом случае автокорреляционная функция аномалий становилась более плавной и в статистическом смысле более однородной.

Достоинство метода коллокации в данной процедуре состояло не только в том, что обеспечивался единый математически строгий подход к задаче прогноза, но так же в том, что так же строго и однозначно определялась ошибка прогнозируемой функции.

И эти ошибки использовались затем при назначении весов при уравнивании гравиметрических данных со спутниковыми.

Метод коллокации использовался так же на заключительной стадии построения модели, когда определялась система ЗО'-х аномалий, согласованной с уравненными значениями трехградусных аномалий. В этом случае поправка 5ёз° к трехградусным аномалиям по результатам их уравнивания со спутниковыми значениями гармоник а<пк и Ъл служила стабилизатором решения по методу коллокации. Такой подход обеспечивал процедуру согласования детальных гравиметрических данных с планетарными параметрами. Т.е. каждое значение аномалий для ЗО'-й трапеции получило поправки 5§30' по результатам уравнивания. Именно эта отличительная особенность технологии построения модели позволяет в последствии вводить поправки в детальные гравиметрические съемки. И это особенно важно в условиях применения в различных странах и на разных континентах разных систем высот. Как показали результаты исследований в диссертационной работе, различие систем высот является на современном этапе одним из основных источников ошибок при вычислении высот квазигеоида.

Даже для такого благополучного района как территория России, в смысле гравиметрической изученности и точности нивелирной сети эта ошибка по данным, рассчитанным в диссертации, составляет 7 см и является систематической для всей территории. Поэтому, задачи построения единой общеземной системы высот и создания высокоточных планетарных моделей ГПЗ взаимосвязаны и не могут быть решены независимо друг от друга.

Представляемые к защите разработанные в диссертации принципы развития системы нормальных высот с использованием современных спутниковых технологий ориентированы на реализацию в работах Роскартографии по созданию высокоэффективной системы геодезического обеспечения. Возможность практической реализации разработанных в диссертации принципов развития нормальных высот обеспечивается также тем обстоятельством, что эти принципы согласованы с основными нормативными документами Роскартографии по созданию опорных геодезических сетей.

Представленные в диссертации результаты построения ФАГС и ВГС, а так же результаты экспериментальных производственных работ по спутниковому нивелированию, подтверждают высокую эффективность применения методов ОРБ/ГЛОНАСС в развитии системы нормальных высот на основе разработанных принципов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Демьянов, Глеб Викторович, Москва

1. Arabelos D., Tscherning С.С. Improvements in height datum transfer expected from the GOCE mission. Springer-Verlag 2001, Journal of Geodesy 75,308-312.

2. Bojkov V.V., Galasin V.F., Demianov G.V. et all. Comparison of gravimetric, altimetric and satellite tracking data on the Earth's global gravity feild. Bureau gravimetrique international. Toulouse. France. pp.143-150. 1990

3. Bursa M. Primary and derived parameters of common relevance of astronomy, geodesy, and geodynamics. Earth, Moon, and Planets 69, 51-63

4. Bursa M., Kenyon S., Kouba J., Muller A., Radej K., Vatrt V., Vojtiskova M., Vitec V.: 2001a, 'Long-term stability of geoidal geopotential from TOPEX/POSEIDON satellite altimetry 1993-1999', Earth, Moon, and Planets, 84, 163—176.

5. Bursa M., Kenyon S., Kouba J., Radej K., Simek J., Vatrt V., Vojtiskova M.:2001b, 'World height system specified by geopotential at tide gauge stations', Presented at the IAG Symposium on vertical Reference System, Feb 20-23, 2001 Cartagena, Colombia.

6. Bursa M., Kenyon S., Muller A., Radej K., Vatrt V., Vojtiskova M.; 2001c.,'Dimension of the Earth's general ellipsoid from TOPEX/POSEIDON altimetry 1993-1999', Earth, Moon, and Planets, 2002.

7. Bursa M., Kouba J., Radej K., True S.A., Vatrt V and Vojtiskova M (1999a). Determination of the Geopotential at the Tide Gauge defining the North American Vertical Datum 1988 (NAVD88), Geomatica, Vol. 53, No 3, pp. 291-296.

8. Bursha M., Demianov G., Yurkina M. On the determination of the Earth's model the mean equipotential surface. - Studia geoph et geod 42. Praga 1998

9. Demianov G., Mayorov A., Medvedev P. Comparison and evalution of the new Russion global geopotential model to degree 360. IAG Symposia, vol.121, pp. 96-100, 2000

10. Demianov G., Tatevian S. /Integrated geodynamical network in Russia. Adv.Space Res. Vol.30 №2. 2002

11. Demianov G.V., Kaftan V.l., Zubinsky V.l. Russian national satellite geodetic network// IAG, Section 1 — Positioning, Comissiong X -Global and Regional Networks, Subcommission for Europe (EUREF),

12. Publicftion No 8, München 1999-p.l99-201

13. Demianov G.V., Mayorov A.N. Role of Global Gravity Models in Modern Satelite Geodesy. Analitical Representation of Potential Field Anomalies for Europe. (ARORA), Luxemburg, pp. 13-16, 2001

14. Demianov G.V., Tatevian S.K. Integrated Geodinamical Network in Russia (Scintific Objectives and Realisation). Phys.Chem.Earth. vol. 25, No 12, pp. 819-822. 2000k

15. Dimension of earth's general ellipsoid. Earth, moon, and planets 91: 31-41,2002.

16. Gauss Carl Friedrich. Bestummung des Breitenunterschiedes zwischen den Sternwarten von Gottingen und Altona durch Beobachtungen am Ramsdenschen Zenithsector. 1828

17. Heiskanen W.A., Moritz H. Physical geodesy. San Francisco and a London.W.H.Freeman and company. 1967.XI+364 pp.

18. Helmert F.R. Die mathematischen Theorien der höheren Geodäsie. 63IS. Nachdruck Frankfurt/Main, Minerva G.M.B.H.; Leipzig.B.G. Teubner 1962.

19. Ihde J. Status and Development of European CRS, Status of EURS Paper of Workshop, Frankfurt, 2004.

20. Kostakis C., Sideris M.G. On the adjustment of combined GPS /leveling/ geoid networks. Springer-Verlag Heidelberg, vol.73 .number 8.

21. Liebsh G. Relations between sea level and vertical Reference Frame. Paper of Workshop, Frankfurt, 2004.

22. Listing J.B. Uber unsere jetzige Kenntniss der Gestalt und Grosse der Erde. 1872

23. Pan M., Sjoberg L.E. Unification of vertical datums by GPS and gravimetric geoid models with application of Fennoscandia. Journal of Geodesy, vol.72, number 2.

24. Pellinen L.P.,Demianov G.V., Ostach O.M. Use of gravity data in the planitary studies of the Earth gravitational fields. International

25. Symposium Contemporary Methods of Geodesy and Astronomy.. Leningrad 1982.

26. Rapp R. Gravity anomalies and sea surface heights derived from a combined Geos-3/Seasat altimetric data. JGR№91, 1986.

27. Rapp R: Potential coefficient determination from 5° terrestrial gravity data, Report №251, Goddard's space center, 1977.

28. Rapp R., Pavlis N. The Development and Analis of Geopotential Coefficient Models to Spherical Harmonics Degree 360. J.Geof.Res. vol.95.1990.

29. Sacher M. The European Data and Analysis Center of UELN. Paper of Workshop, Frankfurt, 2004.

30. Smith D.A., Roman D.R.(20010 GEOID 99 and G99SSS:l-arc-minute geoid models for the United States. J.Geod 75:469-490

31. The Geoid 96 high-resolution geoid hieght model for the United States. Journal of Geodesy.

32. Бойков B.B., Галазин В.Ф., Демьянов Г.В. и др. Анализ гравиметрических и спутниковых данных о гравиметрическом поле Земли // Геодезия и картография.- 1992.-№4.-с.4-7.

33. Бородко А.В.,Макаренко Н.Л.,Демьянов Г.В. Развитие системы геодезического обеспечения в современных условиях// Геодезия и картография -2003.-№10.-с.7-13.

34. Бровар Б.В., Демьянов Г.В. О построении высокоточной геодезической системы координат на территории России / В кн.: Сборник докладов 7-го отраслевого семинара по метрологии Нижний Новгород,2000.-С.30-46.

35. Бровар Б.В., Демьянов Г.В., Юркина М.И. Исследования ЦНИИГАиК по геодезической гравиметрии // Геодезия и картография.-2003.-№11.- с.15-20.

36. Бровар В.В. Вычисление гармонических коэффициентов потенциала реальной Земли. Сообщение ГАИШ. № 210.-е. 16-25

37. Бровар В.В. Оптимальные модели нормальной Земли.- Геодезия и картография .// Геодезия и картография.-1995.-№9- с.10-13.

38. Бровар В.В., Магницкий В.А., Шимбарев Б.П.Теория фигуры Земли. Геодезиздат, 1961, 254 с.

39. Бровар В.В., Потенциал начальных пунктов изолированных нивелирных сетей. 1988.- Геодезия и картография, №2.

40. Бурша М. Фундаментальные геодезические постоянные.// Геодезия и картография.- 1996.- №5.- с. 15-22.

41. Бурша М., Демьянов Г.В., Юркина М.И. Об определении моделиt

42. Земли — общего земного эллипсоида // Геодезия и картография.-1997.-№4.-с.9-13.

43. Демьянов Г.В. К вопросу построения системы геодезическогона основе спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС / В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 1999. с.3-13.

44. Демьянов Г.В. Концепция развития системы нормальных высот //Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка.-2003.-№3.-с.

45. Демьянов Г.В., Агаева И.Н. Методика совместного уравнивания гравиметрических и спутниковых данных. Наблюдения ИСЗ, София, 1980,№20- с.256-263.

46. Демьянов Г.В., Бровар Б.В. и др. Модель гравитационного поля Земли ЦНИИГАиК, ГАО-98 / В кн.: Научно-технический сборник по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии, Физическая геодезия, ЦНИИГАиК, М, 1999.-c.88-l 16.

47. Еремеев В.Ф. К вопросу об определении нормальных высот.

48. Труды ЦНИИГАиК, 1965, вып. 157, с.69-84.

49. Еремеев В.Ф. Теория ортометрических, динамических и нормальных высот. Труды ЦНИИГАиК, 1951, вып. 86,с. 11-51.

50. Еремеев В.Ф., Юркина М.И. Теория высот в гравитационном поле Земли. М.: Недра, 1972, 144 с.

51. Концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные спутниковые методы координатных определений. М. 1995 г., 18 с.

52. Копейкина З.С. Аппроксимация ряда Стокса для эллипсоидальной Земли // Труды ЦНИИГАиК. Физическая геодезия, книга 2. 1996.- с. 141-155.

53. Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В. Система координат СК-95 и пути дальнейшего развития государственной геодезической сети. ГИС ассоциация. Информационный бюллетень, №1(33)-2(34), 2002.-С.5-8.

54. Молоденский М.С. Основные вопросы геодезической гравиметрии. Труды ЦНИИГАиК, 1945, №42, 107с.

55. Молоденский М.С., Еремеев В.Ф., Юркина М.И. Методы изучения внешнего гравитационного поля и фигуры Земли. Труды ЦНИИГАиК, 1960, вып. 131, 250с.

56. Нейман Ю.М. Вариационный метод физической геодезии. М.:1. Недра, 1979.

57. Нейман Ю.М., Руденя Н.Р. Учет влияния дальней зоны при вычислении высот квазигеоида в области прямоугольной формы //Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка.-1994.- №4-5.

58. Нейман Ю.М., Руденя Н.Р. Учет влияния дальней зоны при вычислении гравиметрических уклонений отвеса в областипрямоугольной формы // Известия ВУЗов.-1994.- № 1.

59. Нивелирование 1 и 11 классов (практическое руководство).ГУГК при СМ СССР. М.: Недра, 1982,- 264 с.

60. О нивелирной сети СССР. М.: Недра, 1979.

61. Основные положения о государственной сети Российской Федерации. М., 2004 г., 28 с.V

62. Остач О.М. Астрономо-геодезическое нивелирование: перспективный взгляд// Геодезия и картография.-1994.-№3,- с.28-33.

63. Остач О.М. К методике астрономо-гравиметрического нивелирования. Реферативный сборник ЦНИИГАиК. 1970.

64. Пеллинен Л.П. Высшая геодезия (Теоретическая геодезия).- М.:§ Недра, 1978.- 264 с.

65. Пеллинен Л.П. Методика разложения гравитационного потенциала Земли по сферическим функциям. Труды ЦНИИГАиК, 1966, №171, 36-62с.

66. Пеллинен Л.П. Определение параметров Фигуры и1.гравитационного поля Земли // Геодезия картография.-1992.4.-с.29-34.

67. Юркина М.И., 1981. Потенциал в начале счета высот и контроль геометрического нивелирования. Геодезия и картография, № 10, с. 11-15.

68. Юркина М.И. Использование функции Грина для определения возмущающего потенциала с учетом земной эллипсоидальности // Труды ЦНИИГАиК. Физическая геодезия. 1996, книга 2,. с. 165179.

69. Юркина М.И. К определению общего земного эллипсоида // Труды ЦНИИГАиК. Физическая геодезия, 1999,- с.71-80

70. Юркина М.И. Об уточнении ряда Стокса с использованием сфероидальных функций // Труды ЦНИИГАиК. Физическая геодезия. 1996, книга 2. с. 180-190.

Информация о работе

Демьянов, Глеб Викторович
доктора технических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.32

Диссертация

Разработка принципов развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы