Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование национальной геодезической сети Ливана с использованием результатов спутниковых наблюдений

ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование национальной геодезической сети Ливана с использованием результатов спутниковых наблюдений"

На правах рукописи УДК 5283: (629.783]: 389.1

МУСТАФА АССАД АЛИ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НАЦИОНАЛЬНОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ ЛИВАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗУЛЬТАТОВ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Специальность 25.00.32 - геодезия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004 год

Работа выполнена на кафедре высшей геодезии Московского Государственного Университета Геодезии и Картографии (МИИГАиК). Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Шануров Г.А.

Официальные оппоненты.

1. Профессор, доктор технических наук Клюшин Е.Б.

2. Кандидат технических наук Никоноров В.Б.

Ведущая организация: ЦНИИГАиК

Защита состоится "_3_" июня 2004 года в 10_ часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.143.03 при Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии по адресу: 105064, Москва,

Гороховский переулок, дом 4, аудитория 321.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета. Автореферат разослан "_"_2004 года.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета: Климков Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Геодезическая сеть Ливана, в сравнении с геодезической сетью такой огромной страны как Россия; является очень маленькой. Но и в геодезической сети Ливана имеются проблемы. Изначально эта сеть была создана в двадцатых- тридцатых годах двадцатого века классическими методами высшей геодезии. Координаты пунктов сети триангуляции послужили основой для создания топографических карт и для кадастра Ливана. Сейчас на большом количестве пунктов геодезической сети Ливана выполнены спутниковые измерения. Сравнение координат пунктов, полученных методом триангуляции, и координат тех же пунктов, полученных GPS, показало, что координаты пунктов, полученные классическими методами, содержат систематические и, возможно, грубые ошибки. Координаты пунктов опорной геодезической сети являются основой кадастра Ливана. Поэтому возникла необходимость выявить и устранить указанные ошибки. По этой же причине решенная в диссертации проблема является актуальной.

Практическая значимость. Пункты опорной геодезической сети Ливана и координаты этих пунктов, являются основой для выполнения всех геодезических, картографических, топографических, инженерно - геодезических и кадастровых работ, выполняемых на территории этой страны. Повышение точности координат пунктов опорной геодезической сети Ливана необходимо. По этой причине решенная в диссертации проблема является практически значимой.

Научная новизна. В диссертации поставлены и решены новые научные и практические задачи, связанные с созданием и совершенствованием опорной геодезической сети Ливана. В диссертации найдены новые научные подходы

для сочетания результатов

наземными методами, и результатов измерений, выполненных с использованием спутниковых методов на территории Ливана.

Публикации. Содержание работы опубликовано в 3 статьях. Апробация. Содержание работы изложено в 1 докладе. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 38 наименований. Диссертация отпечатана на 87 страницах. Диссертации включает 24 таблиц и 16 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Ливан представляет собой узкую полоску суши, на основной части, которой расположены Ливанские горы, по имени которых и названа страна. Средняя широта Ливана составляет 34°с.ш. Средняя долгота составляет 36°в.д. Отметка наивысшей точки: 3088 метра, наименьший уровень - уровень моря. Ливан в основном покрыт горами и холмами. Равнины расположены только вдоль побережья Средиземного моря. Имеется также внутренняя долина Бекаа (Biqa (Bekaa) Valley). Вдоль этой долины проходит тектонический разлом. Базис Векаа расположен в зоне этого разлома.

Французские геодезисты впервые создали на территории Сирии, Ливана и Палестины геодезическую сеть. В качестве исполнителей в работах участвовали российские геодезисты. Создание сети триангуляции первого класса было закончено в 1921 году. Схема сети приведена на рисунке 1. Базис длиной 12,56 км измерен двумя инварными 24-метровыми лентами. Астрономические определения широты, долготы и азимута были выполнены в обсерватории Ksara. Эта обсерватория расположена в 8 километрах от базиса Векаа. В северо - северо - восточной части геодезической сети на территории Сирии (см. рисунок 1.)

тг s о

Ol

б

Исходным базисом на территории Ливана является базис Векаа, рисунок 2

Sannin

Рис.2

Был измерен еще один базис длиной 12,26 километра. Использованы другие две инварные ленты длиной 24 метра. Там же, на пункте Bab, были выполнены астрономические определения широты, долготы и азимута. На всех пунктах сети триангуляции измерена сила тяжести. Отметки некоторых пунктов геодезической сети определены высокоточным геометрическим нивелированием. Отметки большинства пунктов определены тригонометрическим нивелированием. За начало счета высот принят средний уровень Средиземного моря в пункте Бейрут (Beirut)

В результате обработки астрономических и угловых измерений в триангуляции оказалось, что невязка угловых измерений между двумя азимутами Лапласа составляет 47,5 угловых секунд. Азимутальная невязка между двумя азимутами Лапласа привела к ошибке в ориентации всей сети.

Французские инженеры игнорировали эту ошибку, поскольку у них не было достаточного времени для исследований, Последствия этой спешки при создании опорной сети Ливана геодезисты ощущают до сих пор. Угловая невязка в 47,5" недопустима для сети триангуляции первого класса. Более того, такая величина невязки недопустима и для сетей триангуляции более низких классов. Тем не менее, результаты угловых и азимутальных измерений были включены в совместную обработку. Из результатов этой обработки были вычислены координаты пунктов национальной геодезической сети Ливана. Такой подход к обработке результатов измерений в национальной опорной геодезической сети Ливана вызвал искажения этой сети. Вместе с тем, именно координаты пунктов национальной геодезической сети Ливана задают систему координат этой страны. Отсюда следует, что референцная (региональная) система координат Ливана изначально была задана некорректно. Рано или поздно эта некорректность должна была проявиться. Эта некорректность и проявилась, когда на 8 пунктах геодезической сети Ливана (см. рисунок 3) выполнили спутниковые измерения GPS.

В результате измерений GPS получены координаты пунктов сети в WGS-84. Возникла необходимость сравнить координаты пунктов, полученных методом триангуляции, и координаты тех же пунктов, полученных GPS. Возникла также необходимость определить параметры, связывающие заданную ранее национальную систему координат и систему координат, фиксированную с использованием GPS. Это сравнение и это определение были выполнены. Результат оказался неудовлетворительным. Предварительные оценки результата сравнения показывают следующее.

Измерения GPS Вдоль базисных линий подписаны юлианские дни сессий GPS - измерений в июне 2000.

шашЕ

ZEFT

ВКЕСНТШЕ

BEYROUTH

200 А

МНЛ

BAROUK

TERliE SUD

KNEY/

BOQATA

SANNINE

TEKlfE NORD

ISO в

CEDB

DJA

SAOUDA

Рис. 3

Сеть развернута на 3-4 угловых секунды. Масштаб сети искажен на величину до 105.

Измерения длины базиса выполнены в 1920 году с помощью 24-метровых инварных лент и приведены к среднему уровню моря. Поправка г за приведение длины базиса к среднему уровню моря; то есть на. поверхность геоида, вычислена по формуле:

(1)

где В - измеренное значение длины базиса; Нт - средняя высота базиса над уровнем моря; R - средний радиус кривизны нормального сечения в середине базиса Длина базиса, приведенная к среднему уровню моря, равна 12558,01592 т. Высота пунктов базиса определена относительно уровнемерной станции Бейрут.

Измерения горизонтальных углов выполнены теодолитом Wild (grandmodele) на каждом пункте сети. Использован метод круговых приемов. Углы измерялись 20 приемами. Ошибка измерения угла, оцененная по формуле Ферреро, оказалась равной 1"4. Астрономические наблюдения были выполнены под руководством капитана Derafourd. Вместе с ним работали несколько русских профессиональных помощников. Астрономические наблюдения были выполнены в обсерватории Ксара (Ksara), расположенной в 8 километрах от базиса. В 1920 году пункты Ксара и Бекаа были связаны с пунктом Бейрут нивелирным ходом. В 1926 году был проложен еще один нивелирный ход, связывающий пункт Aleppo и базис Bab с морским портом Alexendrette. В конце 1927 года капитан Bacoue связал ходом высокоточного нивелирования базис Бекаа с Aleppo В 1928 году проложением хода Horns - Tripoly - Beirut полигон был замкнут.

R 2R)

Первые измерения силы тяжести в Ливане и в Сирии были выполнены в ноябре-декабре 1923 года. Использован гравиметр Дефоржа. Первая серия регулярных измерений силы тяжести была выполнена капитаном Covin в 1936 году. После этого до 1951 года было определено много гравиметрических профилей, пересекающих Ливан с запада на восток. Один из профилей пересекает базис Бекаа. Для вычисления высот, широт и долгот пунктов сети триангуляции Ливана использован референц - эллипсоид Кларка 1880 года.

Для обработки сети триангуляции в Ливане и в Сирии в качестве геодезической проекции выбрана стереографическая проекция. Центром проекции с координатами х = 0, у = 0 выбран пункт Тадмор (Tadmor), расположенный в 50 км к юго-востоку от Пальмиры (Palmyra antic). Что же касается расположения территории Ливана в зоне проекции, то координаты этой территории находятся в западной части зоны на расстоянии 275-350 км от центра проекции, см. рис. 4.

Стереографическая проекция была выбрана потому, что именно эту проекцию использовали в соседних странах, находившихся под мандатом Франции, в том числе в Сирии. Поправки за приведение на плоскость проекции для территории Ливана и для расстоянии от центра проекции от 275 до 350 км лежат в пределах от 4,66-104 до 7,55-104.

Подготовка к полевым измерениям GPS в геодезической сети Ливана началась летом 2000 года. При рекогносцировке использовали навигационные приемники Garmin 45, дающие навигационные координаты пунктов и облегчающие поиск пунктов. Первые измерения были выполнены на базисе Бекаа. Наблюдения выполнялись в статическом режиме. В наблюдениях участвовали два приемника. Длительность сессии составила три часа. После часа наблюдений ratio становилось равным 100 и решение получалось фиксированным (fixed). Измерения GPS были выполнены за семь рабочих дней, начиная с конца июня 2000 года.

В конце каждого дня все результаты наблюдений GPS обрабатывали по программе Ashtech Global Post Processing Software (GPPS). Вычислялись трехмерные (3D) векторы баз. Затем эти векторы интегрировали в стандартную процедуру уравнивания по способу наименьших квадратов для получения разностей координат пунктов в WGS84. Все разрешения многозначности оказались фиксированными. Средняя квадратическая ошибка оказалась в пределах 0,005 метра. Координаты пунктов вычислены .относительно пункта Terme-sud. Координаты этого пункта были определены путем привязки к мировой геодезической сети GPS. Центральным пунктом выбран пункт Тепле Sud. Азимуты и длины тех же сторон, полученные из триангуляции, приведены с использованием стереографической проекции. Результаты сравнения азимутов сторон до введения поправок достигают 4,7". Разница в азимутах положительна. Только,на пункте Bkeshtine разница в азимутах отрицательна и равна 6".О. Автор считает, что этот пункт определен с грубой ошибкой. В дальнейшем этот пункт, как твердый пункт, игнорирован. Средний угол поворота равен 4,2".

После вычисления откорректированных с использованием GPS значений длин сторон и азимутов сторон, а также координат пунктов сети триангуляции, совмещенных с пунктами GPS, автор вычислил уточненные координаты всех пунктов сети триангуляции Ливана. Результаты приведены в Таблице 1.

Таблица 1.

Конечные координаты Исходные координаты Разности

X Y X Y DiffX DiffY Position

Terme Sud -300019,15 -44096,22 -300019,06 -44096,1 -0,09 -0,12 0,15000

Terme Nord -291716,54 -34672,99 ¡-291716,45 -34672,91 -0,09 -0,08 0,120416

Nniha -325115,33 -65059,35 1-325115,24 -65059,14 -0,09 -0,21 0,228473

College -337958,61 -28283,16 1-337958,49 -28283,07 -0,12 -0,09 0,15000

Boqaata -315812,88 -15134,09 -315812,77 -15134,06 -0,11 -0,03 0,114018

Insane -360089,8 -80449,38 -360089,71 -80449,09 -0,09 -0,29 0,303645

Saouda -279339,58 15382,43 -279339,46 15382,32 -0,12 0,11 0,162788

Bkechtme -338538,55 -53080,69 -338538,45 -53080,33 -0,1 -0,36 0,373631

Видно, что местоположения пунктов Bkechtin, Insane and Niha содержат большие ошибки.

Задача трансформирования возникает тогда, когда на одной и той же территории имеются системы координат, отнесенные к разным эллипсоидам. Именно такая ситуация имеет место на территории Ливана.

На территории Ливана в двадцатые - тридцатые годы прошлого века задана референцная (локальная, региональная) система координат. Эту систему координат фиксируют координаты пунктов сети триангуляции. В последние годы в геодезической сети Ливана выполнены наблюдения GPS. Таким образом, координаты тех же геодезических пунктов определены в WGS84. В связи с этим и возникает задача трансформирования. Необходимо связать эти две системы. координат для того, чтобы иметь возможность перевычислять координаты любого пункта из одной системы координат в другую, в частности, в целях кадастра.

Пусть на данной территории используют две прямоугольные системы, координат. В референцной системе координат вектор координат пункта геодезической сети обозначим В WGS84 вектор координат этого же пункта обозначим Rwcs- Эти два вектора связаны формулой Гельмерта:

_Ritf = (1 +H)*R"'Rwcs + AR • (2)

В этой формуле р. - малая величина порядка 10"6 - 10"8. Эта величина представляет собой отклонение масштаба геодезической сети от единицы -параметр масштаба пространственной сети. AR - вектор сдвига, то есть координаты начала референцией системы в WGS84: AR = (5Х 8Y 6Z)T. Матрица R - это матрица вращения вокруг осей координат X,Y и Z системы WGS84 для компенсации непараллельности осей координат этой системы и референцной системы координат. При малых углах вращения эта матрица имеет вид:

1 и>2

~w7 1

vwy 1 J

где wxxz - малые углы вращения вокруг соответствующих осей координат.

Таким образом, чтобы выполнить трехмерное трансформирование, необходимо знать с достаточной точностью семь параметров преобразования: три параметра сдвига, при параметра поворота и один параметр масштаба. Для этого необходимо выполнить наблюдения спутниковыми приемниками на пунктах существующей опорной геодезической сети Ливана. Часть пунктов опорной геодезической сети Ливана необходимо связать наблюдениями GPS с пунктами глобальной геодезической сети. Все эти наблюдения уже выполнены. Автор диссертации в полной мере участвовал в этих наблюдениях. Для согласования существующей системы координат и системы координат GPS автор использовал программу трехмерного трансформирования, включенную в программный продукт Leica software. Результаты трансформирования можно оценить по остаточным поправкам. Оказалось, что смещения по осям X и Y невелики. Смещение же по оси Z недопустимо велико. Причиной этого являются ошибки в высотах пунктов триангуляции. Масштабный коэффициент оказался равным 1.000002.

При выполнении трехмерного трансформирования предполагают, что все три координаты вектора пункта геодезической сети определены с равной точностью. На самом деле это не соответствует действительности. Плановые координаты пунктов триангуляции и высоты этих же пунктов определяют разными методами. Поэтому плановые координаты и высоты пунктов геодезической сети Ливана, созданной наземными методами, имеют разные ошибки. Плановые координаты и высоты пунктов, полученные GPS, также имеют разную точность. Производственный опыт показывает, что ошибка

определения высотного положения пункта с использованием GPS в полтора -два раза превышает ошибку определения планового положения этого же пункта.

Из сказанного следует, что по сравнению с трехмерным трансформированием двухмерное трансформирование для небольшой территории является предпочтительным. Это утверждение справедливо для такой малой геодезической сети, как геодезическая сеть Ливана. Кроме того, высоты пунктов геодезической сети и плановые координаты этих пунктов по-разному участвуют в двухмерном трансформировании. Высоты пунктов используют только для вычисления координат х, у, пунктов на плоскости геодезической проекции. Далее в процедуре трансформирования высоты пунктов не участвуют. В процедуре трансформирования участвуют только плановые координаты пунктов геодезической сети. Перед выполнением двухмерного трансформирования необходимо редуцировать координаты пунктов на плоскость геодезической проекции. Автор диссертации считает целесообразным редуцировать координаты пунктов геодезической сети Ливана на плоскость проекции Гаусса - Крюгера. Долгота осевого меридиана зоны должна быть примерно равна средней долготе пунктов геодезической сети Ливана. В этом случае поправки в координаты пунктов будут минимальными.

Автор вычислил координаты пунктов геодезической сети Ливана на проекции Гаусса - Крюгера. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Исходные координаты Гаусс-Крюгер '

X Y X Y

Term Sud -300019.06 -44096.10 3977982.906 202707.342

Term Nord -291716.45 -34672.91 3986285 516 ■ 212130 532

Niha -325115.24 -65059.14 3952886 726 181744 302

Colleg -337958 49 -28283.07 3940043 476 218520.372

Saouda -279339.46 15382.32 3998662.506 262185.762

После редуцирования на плоскость геодезической проекции получают координаты пунктов, выраженные в виде двухмерных векторов. Компоненты

вектора rref - это координаты пункта существующей сети триангуляции Ливана на- плоскости геодезической проекции. Компоненты вектора WGS - это координаты того же пункта, полученные GPS и редуцированные на плоскость той же геодезической проекции. Двухмерный вектор координат пункта, полученный в референцией системе координат, и двухмерный вектор координат того же пункта, полученный в WGS84, связаны формулой:

В этой формуле J1 - параметр масштаба плановой геодезической сети. Вектор Аг - это вектор сдвига: Дг = (5х 5у)т. Матрица г - это матрица вращения на малый угол WH вокруг вертикальной оси Н:

Использовав (4) и (5), можно получить выражения для

трансформированных координат в виде:

x,rf=(1+H)*(XWGSC0SWH - ywcssinwH) + 8х,

y«f = (l+p)*(ywGSCOSWH + XwGSSinWH) + бу . (6)

Таким, образом видно, что для выполнения двухмерного трансформирования необходимо знать с достаточной точностью четыре параметра преобразования: два параметра сдвига, один параметр поворота и один параметр масштаба. Для определения этих четырех неизвестных параметров преобразования достаточно выполнить спутниковые наблюдения на двух пунктах, координаты которых известны в референцией системе координат. В геодезической сети Ливана таких пунктов больше, чем два. Поэтому параметры преобразования необходимо определять из уравнивания по способу наименьших квадратов/

Как сказано ранее, величина ц мала. Угол Wh также мал. Поэтому выражения (5) и (6) с достаточной степенью точности можно представить в виде:

где угол выражен в радианах.

В матричном виде выражение (8) с учетом выражения (7) имеет вид: Л^^сб + Ц^Г^ + АГ. (9)

Это выражение надо использовать для вычисления уточненных координат каждого пункта геодезической сети Ливана в референцной системе координат. Такое вычисление можно выполнить после того, как будут определены параметры двухмерного трансформирования. Автор выполнил все эти процедуры.

Чтобы определить параметры двухмерного трансформирования, необходимо прежде всего преобразовать выражение (9) в параметрическое уравнение. Неизвестными в этом уравнении являются именно эти параметры трансформирования: параметр масштаба, параметр вращения и два параметра сдвига. Параметрическое уравнение имеет вид:

(10)

или:

А.ОС-Ь^У,

(11)

Здесь буквой i обозначен номер пункта геодезической сети; А - матрица-коэффициентов при неизвестных; X - вектор неизвестных; 1 - вектор свободных членов; - вектор остаточных поправок, получаемых из уравнивания.

Для п пунктов геодезической сети система параметрических уравнений имеет вид:

и

(Л) го ГИЛ

¿2 X- и =

4 &

Чтобы определить неизвестные параметры и оценить их точность, необходимо систему параметрических уравнений (12) преобразовать в систему нормальных уравнений и далее выполнить все операции, предусмотренные способом наименьших квадратов Для этого существуют соответствующие программы. Геодезическую сеть обрабатывают и уравнивают на плоскости. Существует много геодезических проекций. Нужно выбрать такую геодезическую проекцию, которая бы наилучшим образом подходила для территории Ливана. Первое требование к геодезической проекции состоит в том, что геодезическая проекция должна быть конформной. Второе требование состоит в том, что поправки, позволяющие перейти к геодезической проекции, должны быть малыми. На территории Ливана использована стереографическая проекция. Начало координат выбрано на территории Сирии. Территория Ливана находится вблизи границы зоны проекции, смотри рис. 5. Поэтому поправки, позволяющие перейти к стереографической проекции, велики. Геодезическая сеть Ливана расположена преимущественно вдоль меридиана. Автор диссертации считает, что для геодезической сети Ливана целесообразно использовать проекцию Гаусса - Крюгера. Осевой меридиан зоны этой проекции должен иметь долготу в 36 градусов восточной долготы. Автор вычислил координаты пунктов геодезической сети Ливана в проекции Гаусса-Крюгера Результаты приведены в таблице 2.

В течение тех нескольких лет, что автор работал над диссертацией, одновременно он участвовал и в практической деятельности над совершенствованием геодезической сети Ливана. В результате выполнен большой объем полевых и камеральных работ по совершенствованию

геодезической»сети Ливана.на основе измерений, выполненных GPS. Автор представляет результаты, полученные в последние два года, а также свои последние научные разработки. Сеть триангуляции Ливана содержит пункты 1, 2 и 3 классов. Сеть триангуляции 1 класса. содержит 30 пунктов. Сеть триангуляции 2 класса содержит 200 пунктов. Сеть триангуляции 3 класса содержит 2500 пунктов. В течение 2002 года и в течение 2003 года специалисты Ливана выполнили наблюдения GPS на большей части пунктов геодезической сети Ливана. Были выполнены наблюдения на 25 пунктах. 1 класса, на 100 пунктах 2 класса и на 1800 пунктах 3 класса. Автор диссертации пришел к выводу о том, что наиболее целесообразным подходом к решению проблем геодезии и проблем кадастра, имеющих место на территории Ливана, является подход, который можно' условно назвать "интерполяция поправок в координаты". Предложенный и реализованный автором метод состоит из двух этапов. На первом этапе на территории Ливана создают некоторую регулярную сетку. В узлах этой сетки определяют путем интерполяции разности координат в "старой" системе координат, фиксированной методом триангуляции, и в "новой" системе координат, фиксированной с использованием GPS. Исходными данными для создания такой регулярной сетки являются координаты пунктов государственной геодезической сети Ливана и разности координат, полученных методом триангуляции и спутниковым методом. На втором этапе вычисляют поправки в координаты любого геодезического пункта, расположенного в конкретной ячейки сетки.

Автор предложил разделить территорию Ливана на квадраты размером 10 на 10 километров. Схема разделения приведена на рисунке 6 Такой подход позволяет решить не только проблемы геодезии. Такой подход позволяет эффективно решить проблемы собственности и проблемы экономики.

Для интерполяции поправок координат узлов сетки и пунктов низших классов автор разработал и использовал два метода: аналитический метод и

графический > метод. Линейное интерполирование автор применил для узла, расположенного внутри треугольника, образованного пунктами первоклассной сети Baysour, Saofar и Souq-El-Gharb. Этот узел дан для примера. Таким образом, автор диссертации создал регулярную сетку на территорию Ливана.

В этом смысле практический вклад автора диссертации состоит в том, что геодезисты Ливана уже сейчас используют эту регулярную сетку при обработке полученных ими результатов для окончательного представления данных геодезических, топографических и кадастровых работ. После того, как получены поправки в координаты узлов регулярной сетки, возникает необходимость вычислять поправки в координаты любого из тысяч пунктов низших классов, в том числе поправки в координаты пунктов кадастровой сети. Исполнитель имеет возможность использовать аналитический метод интерполяции и графический метод интерполяции.

Принцип графического метода состоит в том, чтобы составить на территорию Ливана две карты изолиний: для поправок dx и для поправок dy. Каждая изолиния представляет собой линию постоянных значений поправки в координаты. Автор диссертации составил карты изолиний для dx и для dy на территорию Ливана. Автор использовал технологию сглаживания изолиний. Карта изолиний для dx приведена на рисунке 6. На рисунке 7 приведена карта изолиний для dy.

Рис.5

24 »13 3 7 5

В настоящее время геодезисты Ливана, выполняющие измерения с помощью приемников GPS для решения задач геодезии, топографии и кадастра,

используют карты изолиний, составленные автором диссертации. В,этом в значительной мере состоит научная и практическая значимость работы.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ОБЛАДАЮЩИЕ НАУЧНОЙ НОВИЗНОЙ.

1. Методика оценки точности геодезической сети, созданной методом триангуляции, с использованием спутниковых измерений.

2. Результаты использования разработанной методики по пункту 1. Эта методика позволила выявить и раздельно оценить ошибки угловых и линейных измерений в сети триангуляции Ливана.

3. Результаты трансформирования геодезической сети Ливана

4. Результаты нового уравнивания опорной геодезической сети Ливана.

5. Способ интерполирования поправок координат пунктов геодезической сети Ливана.

ПУБЛИКАЦИИ ПОТЕМЕДИССЕРТАЦИИ

1. Шакуров Г.А., Мустафа Ассад Али. Современное состояние государственной геодезической сети Ливана. Геодезия и аэрофотосъемка. N 3, Москва 2002, с. 60-65.

эд Али.£Отчет

Компания MAnd геосистем, Баальбек, Ливан, 1997, 65 с. (англ.). / \

3. Мустафа Ассад'Али. Отчет о выполнении наземных GPS измерений.

( г

2. Мустафа Ассад Али. £ Отчет о выполнении наземных GPS измерений.

U I \ >

ПС геосистем, Юнин,и

Компания МАПС геосистем, Юнин,'Ливан,Л998, 60 с. (англ.).

/ ч /

4. Мустафа Ассад Али. Традиционная и современная геодезическая технология. Журнал Ассоциация Инженеров, Бейрут, Ливан, 1997, 50 с. (англ.).

МГУГиК

105064, Москва К-64, Гороховский пер., 4

Подп. к печати 31.03.2004 Формат 60x90 Бумага офсетная Печ. л. 1,5 Уч.-изд. л. 1,5 Тираж 80 экз. Заказ № 69 Цена договорная

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мустафа Ассад Али

Введение

1. Географическое описание Ливана, история геодезических работ в Ливане

2. Национальная геодезическая сеть Ливана, созданная методом триангуляции, национальная система координат

2.1. Общее описание геодезической сети Ливана, состав измерений

2.2. Базисные; угловые и астрономические измерения

2.3. Нивелирование и измерения силы тяжести

2.4. Точность сети триангуляции

2.5. Существующая система координат

2.5.1. Геоид

2.5.2. Референц-эллипсоид

2.5.3. Используемая геодезическая проекция

3. Спутниковые геодезические измерения

3.1. Структура GPS NAVSTAR

3.2. Структура ГЛОНАСС

3.3. Измерения GPS в геодезической сети Ливана

4. Уточнение сети триангуляции с использованием GPS

4.1. Выявление ошибок угловых и линейных измерений

4.2. Повторное уравнивание сети триангуляции

5. Методы трансформирования координат

5.1. Трехмерное (3-D) трансформирование

5.1.1. Выполнение трехмерного (3-D) трансформирования

5.1.2. Анализ результатов трехмерного (З-О)трансформирования

5.2. Двухмерное (2-D) трансформирование

5.2.1. Определение параметров двухмерного трансформирования

5.2.2. Геодезические проекции

5.2.3. Проекция Гаусса - Крюгера

5.2.4. Вычисление координат пунктов геодезической сети Ливана в геодезической проекции Гаусса - Крюгера

5.2.5. Выполнение двухмерного (2-0) трансформирования

6. Вновь полученные данные измерений и результаты их обработки 66 6.1. Интерполирование поправок в координаты пунктов сети триангуляции

6.1.1. Аналитический метод интерполирования

6.1.2. Графический метод интерполирования

7. Анализ результатов' 81 Заключение 84 . Список литературы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование национальной геодезической сети Ливана с использованием результатов спутниковых наблюдений"

Национальная геодезическая сеть Ливана создана в виде сплошной сети триангуляции. Сеть вытянута с сёверо - северо - востока на юго - юго -запад. Размеры сети с севера на юг примерно 200 километров и с запада на восток - примерно 40 километров. Средняя широта Ливана - примерно 34 градуса северной широты. Средцшя долгота Ливана - примерно 36 градусов восточной долготы. Полевые измерения в национальной геодезической сети Ливана выполнены русскими геодезистами. Общее руководство проектом осуществляли французские геодезисты. Французские же геодезисты выполнили общее уравнивание сети, составили каталог координат пунктов и сдали результаты работы правительству Ливана.

Масштаб и ориентировка геодезической сети Ливана в основном заданы одним базисом, расположенным примерно в центре сети. На концах базиса определены пункты Лапласа. Длина базиса измерена инварными лентами.

На пунктах геодезической сети выполнены измерения силы тяжести. Высоты некоторых пунктов определены точным геометрическим нивелированием. За начало отсчета высот принят средний уровень Средиземного моря в пункте Бейрут.

Опорная геодезическая сеть Ливана создана в соответствии с существовавшей в начале двадцатого века традиционной технологией. Эту традиционную технологию геодезисты успешно использовали во многих странах. В том числе и в СССР. Однакс геодезическую сеть Ливана нельзя признать созданной успешно. Причина такого утверждения заключается в следующем.

Опорная геодезическая сеть Ливана и часть опорной геодезической сети Сирии, вытянутая вдоль западного берега Средиземного моря, составляют единое целое. В северо - северо - восточной части этой вытянутой геодезической сети также измерен базис. На концах этого базиса определены пункты Лапласа. Оказалось, что невязка угловых измерений между двумя I азимутами Лапласа составляет 47,5 угловых секунд. Такая величина угловой невязки недопустима для сети триангуляции первого класса. Тем не менее, результаты угловых и азимутальных измерений были включены в совместную обработку.

Такой подход к обработке результатов измерений в национальной опорной геодезической сети Ливана вызвал искажения этой сети. Вместе с тем, именно координаты пунктов национальной геодезической сети Ливана задают систему координат этой страны. Отсюда следует, что система координат Ливана изначально была задана некорректно. Рано или поздно эта некорректность должна была проявиться. Это и случилось, когда на пунктах геодезической сети Ливана начали выполнять спутниковые измерения GPS.

В результате измерений GPS получены координаты пунктов геодезической сети Ливана в WGS-84. Возникла необходимость сравнить координаты пунктов, полученные методом триангуляции, и координаты тех же пунктов, полученные GPS. Возникла также необходимость определить параметры, связывающие заданную ранее национальную систему координат и систему координат, фиксированную с использованием GPS. Это сравнение и это определение были выполнены. Результат оказался неудовлетворительным. Оказалось, что система координат Ливана имеет разворот на 3-4 угловые секунды относительно WGS-84. Кроме того, масштаб геодезической сети Ливана искажен. Искажения по отдельным линиям доходят до 10'5.

Автору диссертации известно, что проблема совершенствования национальной геодезической сети существует практически во всех странах. Эта проблема существует и в таких сравнительно небольших странах, например, как Катар или Вьетнам. По этой -проблеме имеется много публикаций. Автор изучил эти публикации и учел в содержание этих публикаций в своей диссертации. Однако, в сравнении с геодезическими сетями других стран, геодезическая сеть Ливана, созданная методом триангуляции, имеет особенности. Прежде всего такая особенность состоит в том, что национальная геодезическая сеть Ливана содержит систематический разворот. Именно эту проблему автор в первую очередь и должен разрешить.

Цель диссертации состоит в том, чтобы уточнить существующую геодезическую сеть Ливана и определить параметры трансформирования, связывающие, национальную систему координат и WGS-84. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи.

Дать краткое географическое описание Ливана. Описать национальную геодезическую сеть Ливана, созданную методом триангуляции.

Описать спутниковые измерения, выполненные и выполняемые в геодезической сети Ливана.

Использовать результаты измерений GPS для того, чтобы выявить ошибки измерений в сети триангуляции; выполнить повторное уравнивание сети триангуляции.

Описать методы трехмерного и двухмерного трансформирования.

Выбрать метод трансформирования для геодезической сети Ливана.

Выполнить трансформирование.

Усовершенствовать национальную опорную геодезическую сеть Ливана.

Тема диссертации является актуальной. Опорная геодезическая сеть любой страны, в том числе геодезическая сеть Ливана, требует постоянного совершенствования. Применение спутниковых методов дает такую возможность. Однако это не означает, что имеется простая возможность заменить координаты пунктов триангуляции на координаты тех же пунктов, полученные с помощью GPS. Координаты пунктов триангуляции являются основой кадастра Ливана. Поэтому необходимо получить научно обоснованное решение, которое позволило бы корректно сочетать "старую" систему координат, фиксированную координатами пунктов сети триангуляции, и "новую" систему координат, фиксированную координатами тех де пунктов, полученных с использованием GPS.

Научные решения, полученные в диссертации, обладают новизной. Впервые для территории Ливана разработана и применена методика оценки точности геодезической сети, созданной методом триангуляции, с использованием спутниковых измерений. Выявлено влияние ошибок угловых и линейных измерений. Влияние ошибок угловых и линейных измерений на точность сети оценено раздельно. Выбран рациональный метод трансформирования координат. Выполнено новое уравнивание опорной геодезической сети Ливана. В результате получены уточненные координаты пунктов геодезической сети. Предложено использовать новую для Ливана геодезическую проекцию Гаусса - Крюгера.

Практическая значимость диссертации определяется тем, что выполненные разработки позволяют повысить точность опорной геодезической сети Ливана. В свою очередь это повысит точность и достоверность всех геодезических,w, картографических и кадастровых материалов страны.

Личный вклад автора состоит в том, что он самостоятельно решил все сформулированные ранее задачи. Кроме того,- автор принимал личное участие в качестве инженера исполнителя в выполнении спутниковых наблюдений на пунктах геодезической сети Ливана.

Апробация результатов выполнена в виде одного доклада.

Заключение Диссертация по теме "Геодезия", Мустафа Ассад Али

Заключение

Данная диссертация представляет собой научную квалификационную работу, в которой предложены научно обоснованные технические разработки, обеспечивающие решение важной прикладной задачи по совершенствованию геодезической сети Ливана. Автором решены все задачи, сформулированные во введении. В ходе решения разработаны следующие новые научные положения, выносимые на защиту.

1. Методика оценки точности геодезической сети, созданной методом триангуляции, с использованием спутниковых измерений.

2. Результаты использования разработанной методики по пункту 1. Эта методика позволила выявить и раздельно оценить ошибки угловых и линейных измерений в сети триангуляции Ливана.

3. Результаты трансформирования геодезической сети Ливана.

4. Результаты нового уравнивания опорной геодезической сети Ливана.

5. Способ интерполирования поправок координат пунктов геодезической сети Ливана.

Содержание разделов 1 и 2 опубликовано в работах [18, 28, 29]. Содержание раздела 5 опубликовано в работах [28, 29]. Содержание раздела 6 опубликовано в работе [30].

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мустафа Ассад Али, Москва

1. Багратуни Г.В. Курс сфероидической геодезии. Москва, Геодезиздат, 1962. 247 с.

2. Баранов В.Н., Бойко Е.Г. Космическая геодезия. Москва. Недра. 1986. 407 с.

3. Большаков В.Д., Деймлих Ф., Голубев А.Н., Васильев В.П. Радиогеодезические и электрооптические измерения. Москва. Недра. 1985. 303 с.

4. Галазин и др. Параметры Земли 1990. Координационный и научно-информационный центр. Москва. 1998. 40 с.

5. Гельмерт Ф.Р. Математические теории высшей геодезии. Москва. Геодезиздат, 1962. 403 с.

6. Глумов В.П. Основы морской геодезии. Москва. Недра. 1983. 184 с.

7. Закатов П.С. Курс высшей геодезии. Изд. 2. Москва, Геодезиздат, 1962. 498 с.

8. Красовский Ф.Н. Руководство по высшей геодезии. Ч П. Москва, Геодезиздат, 1942, 550 с.

9. Маркузе Ю.И., Бойко Е.Г., Голубев В.В. Геодезия. Вычисление и уравнивание геодезических построений. Москва. Картгеоцентр и Геодезиздат. 1984.305 с.

10. Морозов В.П. Курс сфероидической геодезии. Москва, "Недра", 1969. 304 с.

11. Пеллинен Л.П. Высшая геодезия. Теоретическая геодезия. Москва. Недра. 1975. 263 с.

12. Практикум по высшей геодезии. Под редакцией проф. Яковлева Н.В. Москва. Недра. 1982. 368 с.

13. Серапинас Б.Б. Основы спутникового позиционирования. Москваг Издательство Московского Университета. 1998. 82 с.

14. Урмаев H.A. Сфероидическая геодезия. Москва, РИО ВТС, 1955. 188 с.

15. Урмаев М.С. Орбитальные методы космической геодезии. Москва. Недра. 1981.256 с.

16. Харисов В.Н. и др. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. Москва. ИПРЖ. 1999. 283.С.

17. Шануров Г.А., Мельников С.Р. Геотроника. Москва. МИИГАиК. 2001. 136.

18. Шануров Г.А., Мустафа Ассад Али. Современное состояние государственной геодезической сети Ливана. Геодезия и аэрофотосъемка. N 3, Москва. 2002, с. 60-65.

19. Gervaise J,Mayoud М,. National and engineering survey 337 pp .

20. Hofmann-Wellenhof, H.Lichtenegger and J.Collins Global positioning system (1992-1993) 325 pp.

21. Hapgood, M. A., Space physics coordinate transformations: A user guide, Planet. Space Sci., 40 (5), pp. 711-717, 1992.

22. Hapgood, M. A., Space physics coordinate transformations: the role of precession, Ann. Geophysicae, 13, pp. 713-716, 1995.

23. Hapgood, M. A., Corrigendum, Planet. Space Sci., 45 (8), pp. 1047, 1997. •'24. Memorial, Description Geometrique des Etats du Levant.Paris, 1932, 161pp. ' Tome VI.

24. Memorial, Description Geometrique des Etats du Levant. Paris, 1932, 44 -91pp.

25. Mémoires de L'observatoire de Ksara, Liban, 1953, 9pp, lOpp, 22pp, 23pp.

26. Mission Geodesique en Syrie, Colonel Perrier, Paris. 1931. 20pp.

27. Mustafa. A.A. Ground Survey Report. MAPS geosystem, Baalbek, Lebanon.1997. 65 pp.

28. Mustafa.A.A. Ground Survey Report. MAPS geosystem, Younine, Lebanon.1998. 60 pp.

29. Mustafa.A.A. Surveying and technology. Ordre des Ingénieurs, magazine, • Beirut. 1997. 55 pp.

30. Russell, C. T., Geophysical Coordinate Transformations, Cosmic

31. Electrodynamics, 2 , pp. 184-196, 1971.

32. Repport de L'union geodesique,Stockholm, 11-23 Août 1930,17pp.59pp.

33. Surveying. Barry E .Kavanagh and S.J.Glenn Bird

34. Strange W.E. Three-dimentional differential positioning using GPS. 1985. 543 548pp.

35. Remondi B.W. GPS phase, modeling, processing, center of space research. 1984.361-377pp.

36. Remondi BW, Hofmann-Wellenhof B Accuracy of GPS broadcast orbits for Relative surveys.Technical report NOS 132, NGS45. 1989.

37. Landau H GPS processing techniques in geodetic networks. 1990. 373- 386pp.

38. Richardus P. Map projections for geodesists, cartographers and geographers. 1972. vol. 1:87-96.