Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Теоретические основы и практическая реализация координатного обеспечения спутниковой системы межевания земель

ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы и практическая реализация координатного обеспечения спутниковой системы межевания земель"

На правах рукописи

1 л

Бойков Александр Владимирович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КООРДИНАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ МЕЖЕВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ (ПРОЕКТ «МОСКВА»)

Специальность 25 00 32 — Геодезия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 фЕВ 2008

МОСКВА-2008

Работа выполнена на кафедре Астрономии и космической геодезии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Краснорылов Игорь Ильич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Татевян Сурия Керимовна

доктор технических наук, профессор Шануров Геннадий Анатольевич

Ведущая организация 29 НИИ Минобороны России

Защита диссертации состоится «^^<^^2008 г в ^ часов на заседании диссертационного совета Д212 143 03 в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу 105064, Москва, К-64, Гороховский пер, 4 (ауд ) ^с^а^ ^'и^о

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

Автореферат разослан « /Г » СЮ-ё^п^Ц и 2008 г

Ученый секретарь Ю М Климков

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации Современные тенденции развития отраслей экономики и науки предъявляют повышенные требования к картографо-геодезическому обеспечению, в том числе, к точности геодезической информации В связи с этим в настоящее время ведется активная работа по внедрению спутниковых технологий в области кадастра недвижимости, что предусмотрено Федеральной целевой программой «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учета объектов недвижимости (2002-2007гг)» В землеустройстве, впервые в Российской Федерации, внедрена Спутниковая система межевания земель (проект «Москва»), основанная на использовании сети постоянно действующих референцных станций Это качественно новый уровень развития применяющихся в последнее время спутниковых технологий, что обеспечивает еще более высокую эффективность по точности и производительности При полном развертывании системы ГЛОНАСС Спутниковая система без особых технических затруднений может быть перенастроена на использование системы ГЛОНАСС или совместное использование систем ГЛОНАСС и GPS

Точность получаемых с помощью Спутниковой системы координат зависит как от точности определения взаимного положения референцных станций Спутниковой системы, так и от точности определения положения всей сети референцных станций относительно геоцентрической системы координат Положение референцных станций вследствие природных и техногенных воздействий может изменяться, что приведёт к ошибкам в определении координат объектов Поэтому основным содержанием практической реализации координатной основы, наряду с геодезической привязкой сети референцных станций к системе координат ITRF2000, является также мониторинг созданной координатной основы, что подразумевает и наличие методов его реализации

Вместе с тем, Спутниковая система может быть использована не только для координатного обеспечения кадастра Она может быть применена в геодезии, строительстве, в других сферах научной и хозяйственной деятельности, где требуется определение координат объектов на уровне средних квадратических ошибок первых единиц сантиметров или даже миллиметров Это открывает, в частности, возможности применения Спутниковой системы для мониторинга геологической среды, в том числе определения смещений грунтов, сооружений, крупных природных образований, например, участков земной коры и разломов в ней, территорий, подверженных сильным техногенным воздействиям, таких, как территория Московского мегаполиса, или его локальных областей (типа Нагатинской поймы) и т д

Применение Спутниковой системы при решении этих задач требует разработки методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы, метода мониторинга смещений грунтов и сооружений с ее использованием, обеспечивающих необходимую точность получения координат объектов

С учетом вышеизложенного автор полагает, что тема диссертации является актуальной и имеет важное научное и практическое значение

Цель и задачи диссертации. Целью диссертации является разработка методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»), практическая реализация координатной основы Спутниковой системы, разработка, испытание и внедрение метода мониторинга смещений грунтов и соружений В соответствии с этой целью в диссертации решались следующие задачи

1 Обоснование требований к точности координатного обеспечения кадастра недвижимости и на основе этого обоснование требований к точности создания координатной основы Спутниковой системы

2 Разработка методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы

3 Практическая реализация координатной основы Спутниковой системы в виде координат референдных станций в системе координат ГГКР2000

4 Разработка, испытание и внедрение метода мониторинга смещений грунтов и сооружений с применением Спутниковой системы

Научная новизна и результаты, выносимые на защиту. Предлагаемая диссертация является первой в России работой по созданию и мониторингу координатной основы сети референцных станций, создающих поле дифференциальных поправок

Новыми и выносимыми на защиту являются следующие результаты

1 Обоснование требований к координатному обеспечению кадастра недвижимости и на этой основе обоснование требований к координатной основе Спутниковой системы.

2 Методы создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы

3 Метод мониторинга смещений грунтов и сооружений с использованием Спутниковой системы

4 Условия оптимизации определения и применения параметров перехода между плоскими системами координат

Практическая значимость результатов, выносимых на защиту, заключается в том, что созданная автором координатная основа в виде координат референцных станций обеспечивает эффективное применение Спутниковой системы при решении координатных задач широким кругом пользователей В первую очередь это относится к координатному обеспечению кадастра недвижимости на территории Москвы и Московской области Спутниковая система используется более чем 50 землеустроительными частными и государственными предприятиями для определения границ землепользований,

планово-высотной подготовки аэрофотоснимков, определения координат центров фотографирования при аэрофотосъемке, разрешения земельных споров С ее применением в качестве высокоточного измерительного средства спроектирована и создана геодезическая инфраструктура аэропорта Домодедово (НФП «Талка-ТОВ») и аэродрома ЛИИ им Громова (г Жуковский) Активно используется ГУП «Мосгоргеотрест» при геодезическом обеспечении строительства на территории г Москвы, предприятием ПК «Румб» при реконструкции Ленинградского проспекта, проектировании и строительстве 4-го транспортного кольца в г Москве, Институтом физики Земли РАН при изучении смещений грунтов и сооружений в пойме Москва-реки, Московским областным БТИ при координировании объектов недвижимости, ФГУП «НИиПИградостроительства» Московской области при планировании территорий и т д Основные результаты, полученные в диссертации, внедрены в Спутниковой системе

Апробация диссертационных исследований проведена на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК 2006 и 2007 гг, на конференции ФГУП «Госземкадастрсъемка-ВИСХАГИ» в 2007г

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в трех печатных работах в журналах, включенных в перечень ВАК, из них две подготовлены самим автором, одна в соавторстве, а также в шести научно-технических и технических отчетах, разработанных в Центре спутниковых технологий (ЦСТ) ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ с участием автора

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы (всего 88 наименований, в том числе 36 на английском языке) Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 43 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации, формулировки цели работы и ее научной новизны, основные научные результаты, полученные автором при разработке диссертации

1 Анализ требований к координатной основе создания и ведения государственного кадастра недвижимости.

В первой главе проведен анализ требований к точности определения границ земельных участков и объектов недвижимости, разработаны предложения по изменению этих требований с учетом применения новой технологии на основе сети референцных станций, разработаны требования к координатной основе Спутниковой системы (проект «Москва») Эти результаты получены лично автором Кроме того, в ней рассмотрены современные методы определения координат объектов, методы математической обработки кодовых и фазовых измерений ГНСС с учетом возмущающих факторов, системы координат и времени, применяемые в спутниковых технологиях, описаны возможности Спутниковой системы по определению координат объектов Спутниковые технологии, особенно дифференциальные спутниковые системы, обладая высокой точностью и высокой производительностью, обеспечивают решение большинства координатных задач во всех сферах хозяйственной деятельности, в том числе геодезических задач по координатному обеспечению кадастра недвижимости Учитывая высокую точность, они также могут использоваться и для решения геодинамических задач с определением координат объектов со средними квадратическими ошибками на уровне первых единиц миллиметров Предложения по изменению требований к координатному обеспечению кадастра сводятся к изменению точности определения и плотности пунктов опорной межевой сети С внедрением новой технологии опорная межевая сеть может быть представлена более редкой, чем в настоящее время, сетью, например ГГС или сетью референцных станций, со средними квадратическими ошибками

взаимного положения на уровне 1 см, что обеспечит определение координат поворотных точек границ земельных участков со средними квадратическими ошибками 3 см Взаимное положение референцных станций, участвующих в геодинамических исследованиях, мониторинге смещений грунтов и сооружений должно быть определено со средними квадратическими ошибками на уровне первых единиц миллиметров Вся сеть референцных станций должна быть привязана к координатной системе ГГШ^ООО со средними квадратическими ошибками на уровне первых единиц сантиметров

Координатная основа Спутниковой дифференциальной системы в виде координат референцных станций должна обеспечивать определение с необходимой точностью координат объектов в государственной системе координат (СК-95) или в иных системах координат, имеющих связь с государственной системой и связанных с системой координат ¡ТШ^ООО

2. Методы создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»).

Во второй главе проведен анализ современных средств и методов создания и мониторинга координатной основы спутниковых систем точного позиционирования Разработаны методы создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»), а также условия оптимизации решения в задаче определения параметров связи двух плоских систем координат, что используется при создании координатной основы государственного кадастра недвижимости

В качестве опорных станций для привязки сети референцных станций к системе координат 1ТИР2000 были выбраны ближайшие к Московскому региону станции сети Ю8, координаты и собственные движения которых определены в системе ¡ПУ^ООО Математическая обработка спутниковой информации выполнена по программе Бернского университета Определяемыми параметрами явились координаты референцных станций в системе координат ТТШ^ООО

Вычислительный процесс осуществлялся с применением метода наименьших квадратов

С учетом расположения референцных станций Спутниковой системы на территории Московской области автором предложено несколько вариантов определения координат референцных станций в системе ITRF2000

1 Привязка в едином решении всех референцных станций к опорной сети в системе координат ITRF2000 с применением программы Бернского университета

2 Привязка в едином решении к опорной сети 6 центральных референцных станций, а затем привязка к ним остальных 16 референцных станций с использованием программ Бернского университета или Ski-pro фирмы Leica Geosystems

3 Привязка к опорной сети одной референцной станции, затем привязка к ней остальных станций с использованием программ Бернского университета или Ski-pro

С теоретической точки зрения наиболее строгим (за счет использования программы Бернского университета), но и более трудоемким, является первый вариант С практической же точки зрения предпочтительны второй и третий варианты, как менее трудоемкие На экспериментальном материале показана приемлемость (с точки зрения точности определения координат) всех выше перечисленных вариантов Как менее затратные, в Спутниковой системе использованы второй и третий варианты В качестве начального пункта в третьем варианте может была принята одна из центральных, наиболее устойчивых в плане изменения координат, станция, выбранная по результатам мониторинга

При создании координатной основы для мониторинга смещений грунтов и сооружений со средними квадратическими ошибками референцных станций на уровне первых единиц миллиметров изменения координат референцных станций

описываются тригонометрическими рядами Фурье

Для равноотстоящих узлов при точечной квадратичной аппроксимации уклонения АВ,, Д£,совВ, АЯ, от среднего описываются полиномом к -го порядка

2 js

JК , a, cos—t + b, sin — t

. ' N ' N

A, =

ДВ, ALI cos В AH,

1 A jn t 1 J7t

a=— > ¿cos—t, b=— > Asm—t, 1 N U N ' N Ы ' N

где 2N - число равноотстоящих узлов, i,t = 0,1, 2N-1, 7 = 0,1, к

Гармоника с номером j, амплитудой А} и фазой Ф] описывается выражениями

A, sin — г+Ф, \ = А1 sin(/Ш+Ф ) = а cos—t + b sin — г,

7 \N ') 1 v "' N ' N

N T

Основные требования к координатной основе Спутниковой системы сводятся к необходимости привязки сети референцных станций, как единого построения, к системе ГП1Р2000 со средними квадратическими ошибками на уровне первых единиц сантиметров Взаимное положение референцных станций, участвующих в определении координат объектов, должно определяться со средними квадратическими ошибками на уровне 1 см и менее, а взаимное положение референцных станций, участвующих в мониторинге смещений грунтов и сооружений - со средними квадратическими ошибками на уровне первых единиц миллиметров Спутниковая система в ее современном составе отвечает этим требованиям Но работа с точностью на уровне миллиметров требует тщательного поддержания координатной основы Спутниковой системы Необходимо знать координаты референцных станций в произвольный момент времени и скорости изменения координат, то есть собственные движения референцных станций, которые являются следствием природных и техногенных

воздействий Эти воздействия приводят к смещениям практически любых центров на уровне миллиметров и более В связи с изложенным можно констатировать, что задача мониторинга координатной основы Спутниковой системы заключается в периодическом определении координат сети референцных станций (как единого построения) в системе 1ТКР2000 со средними квадратическими ошибками менее 5 см, во взаимном положении станций, участвующих в определении координат объектов, менее 1 см, во взаимном положении референцных станций, участвующих в мониторинге смещений грунтов и сооружений, на уровне 1-2 мм, в поддержании этой точности в течение всего срока функционирования Спутниковой системы

Для мониторинга созданной координатной основы Спутниковой системы с учетом ее специфики разработана следующая схема

1 Определение координат начального пункта (референцной станции) или 6 центральных референцных станций в системе 1ТКР2000 Смещение начального пункта или общее смещение сети из 6 станций относительно предыдущего положения не должно превышать 1 см Смещение начального пункта или сети из 6 центральных станций приведет к смещению всей сети референцных станций и, как следствие, к изменению на эту же величину параметров перехода от системы 1ТКР2000 к государственной и местным системам координат, что в свою очередь приведет к изменению координат объектов При установленной точности координат поворотных точек границ земельных участков на уровне средних квадратических ошибок 3 см смещение начального пункта или общее смещение всей сети по любой из координат на величину 1 см является допустимым При расхождениях больше 1 см требуется выяснение причин и принятие решения о целесообразности переопределения координат референцных станций.

2 Определение взаимного положения всех референцных станций в едином решении с принятием в качестве исходных начального пункта или 6 центральных

станций При расхождениях полученных координат с ранее определенными более 2-3 см также требуется выяснение причин и принятие решения о целесообразности изменения координат станций Основным критерием здесь также является величина смещения всей сети референцных станций относительно предыдущего положения Оно не должно превышать 1 см по каждой координате Отклонение координат конкретной станции на 2-3 см от предыдущего положения является допустимым, поскольку определение координат объектов по технологии Спутниковой системы осуществляется не менее чем от 3-х референцных станций, что ослабляет воздействие на результат ошибок координат одной станции

3. При вводе в строй новых референцных станций или уточнении координат отдельных станций их положение определяется, принимая в качестве исходных начальный пункт или несколько соседних станций Положение всей сети станций с уточненными координатами отдельных станций также проверяется на общее смещение сети, которое не должно превышать 1 см В противном случае требуется изучение явления и принятие решения о дальнейших шагах.

Состоятельность этой схемы мониторинга координатной основы проверена в исследованиях третьей главы

Мониторинг локальной сети референцных станций, предназначенной для мониторинга смещений объектов, осуществляется с использованием математического аппарата в виде временных рядов Фурье. В районе расположения объекта мониторинга выбираются не менее трех опорных (референцных) станций так, чтобы объект находился внутри или на границе фигуры, образованной выбранными станциями Наличие трех референцных станций необходимо для точного определения координат объекта мониторинга, контроля точности, который заключается в сравнении координат объекта, вычисленных от трех и более референцных станций, контроля измерительной информации референцных станций, контроля стабильности положения их точек

относимости Интервал измерений, на котором определяется собственное движение референцных станций, равен одному году, что позволяет выявить сезонные изменения координат Аппроксимация движений референцных станций по каждой из координат осуществляется с помощью рядов Фурье 4-го порядка

Для перехода от геоцентрической системы координат ГПЖЮОО к местным плоским системам координат необходимо точно определять параметры перехода При определении только плановых координат для вычисления параметров перехода неоходимо иметь не менее двух пунктов с известными координатами в обеих системах координат Оптимальным вариантом является наличие четырех и более пунктов, равномерно рассредоточенных в зоне, для которой вычисляются параметры перехода, при этом определяемый объект должен находиться внутри геометрической фигуры, образованной этими пунктами При перемещении объекта из центра фигуры к ее границам ошибки пересчета возрастают в 2 раза, за границами фигуры более, чем в 2 раза

3. Практическая реализация создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»).

В третьей главе приведены данные о практической реализации координатной основы Спутниковой системы и определении собственных движений трех референцных станций Для этого были проведены три вычислительных кампании в апреле и октябре 2004г, в марте 2005г Каждая кампания состояла из 5 определений (с недельным интервалом между определениями), выполненных по суточным файлам измерений Опорными станциями послужили станции сети ЮБ, в том числе станция Обнинск (Россия) Результатами вычислений являются координаты референцных станций в системе координат ГТЫ^ООО, используемые для вычисления координат объектов в режимах реального времени и постобработки. Сравнение результатов позволило на основе многократных определений оценить точность определения координат точек относимости антенн референцных станций в системе координат ГГЫ^ООО,

а также их устойчивость во времени

В таблице 1 приведены расхождения между решениями в апреле и октябре 2004 г. (апрель-октябрь)

Таблица 1

Расхождения между решениями

Название референцной станции Отклонение координат (мм) (апрель - октябрь)

ДВ ДЬсовВ ДН

Агашкино 7 03 7 13 -3 00

Ершово 3 98 7 08 -10 80

Лесной 9 01 941 -12 50

Лыткино 3 82 10 85 -9 20

Москва 8 61 6 84 -6 80

Ногинск 5 52 8 77 -11 60

Среднее 6 33 8 35 -8 98

СКО 6 65 8 48 9 55

Из полученных результатов следует главный вывод решения, полученные в октябре и апреле 2004 г, близки между собой Максимальное расхождение -12.5 мм в высоте станции Лесной, в среднем расхождения составляют менее 1 см, что в соответствии с допусками, приведенными в главе 2, является допустимым

На основе координат 6 референцных станций, определенных; в системе 1ТЯР2000, осуществлена привязка остальных 16 референцных станций Проведенные вычисления по привязке 22 референцных станций позволяют сделать следующие выводы

1 Средние квадратические ошибки привязки 6 референцных станций к сети ЮБ в системе 1ТЯР2000 по измерениям одних суток, вычисленные по уклонениям от среднего, составляют по широте 3 мм, долготе 5 мм и высоте 4 мм. Средние квадратические ошибки координат из общего решения составляют по всем координатам 1 мм

2. Средние квадратические ошибки определения координат остальных 16 станций относительно 6 центральных станций по измерениям одних суток составляют по любой из координат менее 2 мм, а из общего решения менее 1 мм

Это объясняется высокой точностью их привязки к 6 центральным станциям, удаленным от них на расстояния до 100 км, координаты которых хорошо согласованы между собой Общее заключение состоит в том, что привязка всех станций к сети Ю8 в системе 1ТКР2000 осуществлена со средними квадратическими ошибками координат менее 1 см

Очередное определение координат 22 станций выполнено в марте 2005г по той же схеме, что и в октябре 2004г Отклонения координат март 2005г - октябрь 2004 г приведены в таблице 2

Таблица 2

Отклонения решений март 2005г - октябрь 2004г

№ Референцию станция Отклонение координат (мм) № Референцная станция О коо гклонение рдинат (мм)

ДВ ДЬсовВ ДН дв ДЬсоэВ ДН

1 Агашкино 14 50 -7 55 -4 50 12 Клин -2 47 -3 21 -1 70

2 Ершово 1178 -2 99 -10 00 13 Коломна -3 42 -3 54 -4 40

3 Лесное 17 77 -3 78 -11 20 14 Кривандино 2 75 -1 02 0 60

4 Лыткино 13 51 -4 47 -10 70 15 Лотошино 0 96 -4 20 3 10

5 Москва 17 74 -4 73 -5 40 16 Орево 2 28 2 87 -2 00

6 Ногинск 14 90 -0 97 -8 50 17 Романцево 13 85 -5 75 -8 70

7 Авсюнино 1 23 1 16 2 10 18 Рошаль -1 14 -1 66 -2 20

8 Белоомут 1 02 1 88 -1 30 19 Серпухов 4 01 -1 80 -2 10

9 Бужаниново 0 40 -4 06 -9 40 20 Ступино -1 57 0 28 -0 80

10 Дубна -2 71 -5 48 -6 30 21 Веселево -1 08 0 83 2 40

11 Гора -3 39 -0 73 5 00 22 Зарайск 3 12 -0 26 -2 60

Среднее 4 73 -2 24 -3 57

СКО 8 68 3 47 5 86

Из полученных результатов следует вывод отклонения координат станций, полученных в апреле 2004 г и марте 2005 г, от опорных координат (октябрь 2004 г) составляют менее 2 см, общее же смещение сети станций составляет менее 1 см Поэтому координаты, полученные в октябре 2004 г, приняты для применения в Спутниковой системе и не подлежат изменению до следующего определения, в зависимости от результатов которого может быть принято решение об их изменении или продлении их срока действия.

Собственные движения станций Лесной, Москва и Лыткино на годовом

интервале наблюдений определены относительно станции Обнинск, модель движения которой известна. Собственные движения станций в виде изменения координат (функций /) описываются рядами Фурье 4-го порядка.

Численные значения функций f для станций Лесной, Москва, Лыткино в графической форме представлены на рис. 1 - 3.

т

А ■А 'А

О г>-

А ' -Л

Рис.3 Изменение координат станции Лыткино

——га» - — -ад)

- ПКО

Из рис. 1-3 следует, что движение всех станций в плане (по широте и долготе) происходит по периодическому закону, без вековых смещений. По высоте станция Лесной также не имеет тренда, в то время как станции Москва и Лыткино изменяют свое положение с отрицательным знаком (оседают) со скоростью 3.5 мм в год. Этот результат согласуется с результатами, полученными ранее по многочисленным геодезическим измерениям.

Средние квадратические ошибки положения любой из трех референцных станций, вычисленные с аппроксимацией текущих координат рядом Фурье 4-го порядка и составляющие по широте 1.1 мм, по долготе 1.1 мм, по высоте 1.0 мм, согласуются со средними квадратическими ошибками, вычисленными по невязкам в треугольнике Лесной-Москва-Лыткино и составляющими 1.5 мм, 1.9 мм, 1.0 мм соответственно по широте, долготе и высоте. Этого и следовало ожидать, поскольку при вычислении средних квадратических ошибок по результатам аппроксимации координат рядами Фурье 4-го порядка и невязкам в треугольнике Лесной-Москва-Лыткино собственные движения станций были исключены.

4. Исследование возможностей Спутниковой системы по мониторингу смещений грунтов и сооружений.

В четвертой главе проведено исследование возможностей Спутниковой системы (проект «Москва») по мониторингу смещений грунтов и сооружений

В качестве объекта мониторинга выбрана референцная станция Ершово, что позволило провести исследование на временном интервале в один год Другим экспериментом, выполненным на основе производственного материала и подтверждающим эффективность метода мониторинга, разработанного автором, является мониторинг смещений грунтов в пойме Москвы-реки (г Москва, Борисовские пруды)

Опорными для мониторинга станции Ершово послужили референцные станции Лесной, Москва, Лыткино Измерительная информация на объекте мониторинга и опорных станциях сформирована суточными файлами на 1, 2, 3, 4 числа каждого месяца, всего обработано таким образом 48 суточных, 12 четырехсуточных и 12 двухсуточных (на 1, 2 числа каждого месяца) файлов в период 01 02 2004 г - 04 01 2005 г

С координатами каждой из опорных станций на текущие моменты времени вычислены координаты станции Ершово по четырехсуточным интервалам наблюдений Уклонения от среднего координат станции Ершово, вычисленных в совместном решении от станций Лесной, Лыткино, Москва, составляют по абсолютной величине не более 5 мм по широте, 8 мм по долготе и 10 мм по высоте На рис 4 показано распределение уклонений по высоте

Указанные уклонения содержат собственное движение станции Ершово на годичном интервале Выполнив их аппроксимацию рядами Фурье 4-го порядка, запишем собственное движения станции Ершово в координатной в форме В-В0=/в, (L-L0)cosB = fL, H-H0 = fH

На рис 5 показаны функции / , / f

После исключения собственного движения станции остаточные уклонения по абсолютной величине составили не более по широте 1.5 мм, по долготе 1.1 мм, по высоте 0.6 мм. Средние квадратические ошибки каждой из координат станции Ершово, вычисленные по этим уклонениям, составили менее 1 мм.

Для подтверждения эффективности разработанного метода мониторинга смещений грунтов и сооружений использован производственный материал. В 2006 г. по заказу ГУП «Мосводоканал» ИФЗ РАН совместно с Центром

спутниковых технологий, по методу, разработанному автором и при его непосредственном участии, выполнен мониторинг смещений грунтов в пойме Москвы-реки в районе Борисовских прудов (г.Москва, Сабурово). Объект мониторинга имеет площадь примерно 900x500 м, перепад высот составляет примерно 16 метров. На этой площади на глубину 3.5 м заложены 8 бетонных свай, выступающих над поверхностью земли на 1 м. В их верхней части установлены устройства принудительного центрирования для антенн спутниковых приёмников. Схема взаимного расположения этих 8 точек и использованных для определения их координат референцных станций Спутниковой системы приведена на рис.6. Спутниковые измерения выполнены двухчастотными приёмниками SR530, которые прошли метрологическую поверку на полигоне ВНИИФТРИ, а после окончания работ повторно были поверены на полигоне ЦНИИГАиК в Троице-Сельцах.

Измерения на объектах мониторинга с помощью Спутниковой системы были выполнены 20 сентября и 24 октября 2006 г.

Требование Заказчика работ состояло в определении координат 8 заложенных точек, а затем и смещений грунта на этом склоне со средней квадратической ошибкой 5 мм. По измерительной информации, накопленной в течение 12 часов на 8 точках и 6 референцных станциях Спутниковой системы по

программе Ski-Pro вычислены

Разности координат, полученных 20 сентября и 24 октября, приведены в таблице 3.

МОСКВА

Рис.6

координаты 8 точек на две даты.

Таблица 3.

Разности координат_

N/N точек Разности 20.09-24.10

А х (мм) А у (мм) Д h (мм)

Т1 3 -1 -2

Т2 0 -] 2

ТЗ 2 -1 -3

Т4 -1 -2 -1

Т5 3 -4 5

Т6 -1 -3 -2

Т7 2 -1 1

Т8 2 -2 -3

среднее 1 -2 0

Из сравнения координат, полученных в сентябре и октябре, следует вывод об отсутствии заметных смещений грунта. Тогда можно сделать вывод о том, что координаты объекта мониторинга определились со средними квадратическими ошибками первых единиц миллиметров, что согласуется с результатами мониторинга референцной станции Ершово.

Заключение. Учитывая цель диссертации, заключающейся в разработке методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»), практической реализации координатной основы путём геодезической привязки сети референцных станций к системе координат 1ТКГ2000, разработке, испытании и внедрении метода мониторинга смещений грунтов и сооружений, в работе получены следующие основные результаты.

1. Обоснованы требования к координатной основе Спутниковой системы. Точность геодезической привязки сети референцных станций к системе координат 1ТЯР2000 должна характеризоваться средними квадратическими ошибками менее 5 см по каждой из координат, взаимное положение референцных станций должно быть определено со средними квадратическими ошибками 1 см по каждой координате, а взаимное положение референцных станций, участвующих в мониторинге смещений грунтов и сооружений, должно

быть определено со средними квадратическими ошибками первых единиц миллиметров Изменены требования к точности определения координат и плотности пунктов ОМС, координат поворотных точек границ земельных участков Можно отказаться от создания ОМС в традиционном виде, заменив ее сетью референцных станций и ГГС, использование которых гарантирует определение координат поворотных точек границ земельных участков со средними квадратическими ошибками 3 см

2 Разработаны методы создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы с экспериментальным подтверждением их эффективности Мониторинг координатной основы предусматривает периодическое определение координат всех референцных станций в системе координат ITRF2000, определение взаимного положения станций с точностью на уровне средних квадратических ошибок первых единиц миллиметров, что предполагает создание моделей собственных движений референцных станций, как функций времени. Определены оптимальные условия определения параметров перехода от системы координат ITRF2000 к государственной (СК-95) и местным системам координат

3 Осуществлена практическая реализация координатной основы в виде координат референцных станций в системе ITRF2000 Разработанный метод позволил осуществить привязку референцных станций к системе координат ITRF2000 со средними квадратическими ошибками менее 1 см по каждой координате, осуществить мониторинг, который подтвердил точность привязки на уровне средних квадратических ошибок менее 1 см Подтверждением высокой точности координат референцных станций стал сертификат соответствия, выданный ВНИИМС Госстандарта России № 03 009 0293 от 31 10 2005 г

4 Определены модели собственных движений ряда референцных станций, которые обеспечивают точность взаимного положения станций на уровне ошибок первых единиц миллиметров и используются при осуществлении мониторинга смещений грунтов и сооружений Доказательством состоятельности проведенных

работ по вычислению координат референцных станций, мониторингу их положения, а соответственно и разработанных методов, стало совпадение полученных автором результатов с результатами ранее проведенных исследований традиционными геодезическими методами Обеими технологиями обнаружено вековое смещение (оседание) южной части Московского мегаполиса со скоростью 3 5 мм в год

5 Разработан метод мониторинга смещений грунтов и сооружений с использованием Спутниковой системы, получено экспериментальное подтверждение его эффективности При благоприятных условиях наблюдений мониторинг может быть осуществлен на уровне средней квадратической ошибки по каждой координате 1 мм, при неблагоприятных - на уровне средней квадратической ошибки по каждой координате первых единиц миллиметров Сравнение результатов мониторинга в пойме Москва-реки, полученных спутниковой и традиционными технологиями, подтвердило приведенные точностные характеристики

Полученные автором результаты внедрены в производственную деятельность Спутниковой системы и обеспечили ее широкое применение государственными и частными предприятиями в работах по геодезическому обеспечению кадастра недвижимости, строительства, планирования территорий, мониторинга смещений грунтов и сооружений

По теме диссертации автором самостоятельно и в соавторстве опубликованы следующие работы

• Бойков ABO выводе параметров связи систем координат WGS-84 и СК-63 //Известия вузов Геодезия и аэрофотосъемка -2006 -№5

• Бойков А В О координатном обеспечении референцных станций Спутниковой системы межевания земель //Известия вузов Геодезия и аэрофотосъемка -2007 -№1

• Бойков А В , Булаева Е А , Монахова М А Возможности Спутниковой

системы по высокоточному определению координат объектов //Геодезия и картография -2006 -№8 -с 5-10

Кроме того, результаты исследований автора нашли отражение в следующих научно-технических и технических отчетах, выполненых в ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий)

• Научно-технический отчет Разработка технологии точного определения координат объектов с использованием Спутниковой системы (проект "Москва") - М ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий) 2006 -104 с

• Научно-технический отчет Мониторинг координатной основы Спутниковой системы точного позиционирования (проект "Москва") — М ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий), 2006 -49 с

• Технический отчет Определение координат референцных станций Спутниковой системы межевания земель г Москвы и Московской области в системе 1ТКР2000 на эпоху 1997 0 - М ФГУП «Госземкадастрсъемка» -ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий), апрель 2004 -10 с

• Технический отчет Определение координат референцных станций Спутниковой системы межевания земель г Москвы и Московской области в системе 1ЖР2000 на эпоху 1997 0 - М ФГУП «Госземкадастрсъемка» -ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий), Октябрь 2004 -24 с

• Технический отчет Определение координат референцных станций Спутниковой системы межевания земель г Москвы и Московской области в системе 1ТКР2000 на эпоху 2006 172 - М ФГУП «Госземкадастрсъемка» -ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий), 2006 -9 с

• Технический отчет Определение параметров перехода от системы координат \VGS-84 к государственной и местным системам координат - М ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий),

л

Подписано в печать 12 02 2008 Гарнитура Тайме Формат 60*90/16 Бумага офсетная Печать офсетная Объем 1,50 уел печ л Тираж 80 экз Заказ №44 Цена договорная Отпечатано в типографии МИИГАиК

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Бойков, Александр Владимирович

Введение

1. Анализ требований к координатной основе создания и ведения 14 государственного кадастра недвижимости

1.1 Постановка задачи

1.2 Анализ требований к точности определения границ земельных участков и объектов недвижимости 1.3 Анализ современных методов определения координат 22 объектов. Математическая обработка кодовых и фазовых измерений ГНСС, учёт возмущающих факторов

1.3.1 Псевдодальность по коду

1.3.2 Псевдо дальность по фазе несущей

1.3.3 Линейные комбинации измерений

1.3.4 Принципы разрешения неоднозначности

1.3.5 Ионосферная рефракция

1.3.6 Тропосферная рефракция

1.3.7 Многолучёвость

1.4 Системы координат и времени, применяемые в спутниковых 43 технологиях

1.5 Возможности Спутниковой системы (проект «Москва») по 50 определению координат объектов

1.6 Требования к координатной основе Спутниковой системы 56 2. Методы создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»)

2.1 Постановка задачи

2.2 Анализ современных средств и методов создания и 61 мониторинга координатной основы спутниковых систем точного позиционирования

2.3 Метод создания координатной основы Спутниковой 63 системы (проект «Москва»)

2.4 Мониторинг координатной основы Спутниковой системы

2.5 Применение координатной основы Спутниковой системы для 82 создания и ведения государственного кадастра недвижимости

3. Практическая реализация создания и мониторинга координатной 95 основы Спутниковой системы (проект «Москва»)

3.1 Постановка задачи

3.2 Выбор опорных станций

3.3 Определение координат 7 референцных станций в апреле 100 2004 года

3.4 Определение координат 22 референцных станций в октябре 105 2004 года

3.5 Определение координат 22 референцных станций в марте 2005 108 года

3.6 Определение собственных движений трёх референцных 109 станций

3.6.1 Постановка задачи

3.6.2 Привязка референцной станции Лесной к опорным 109 станциям IGS

3.6.3 Привязка референцной станции Лесной к станции 113 Обнинск

3.6.4 Определение взаимного положения трёх референцных 115 станций

3.6.5 Вывод собственных движений трёх референцных 130 станций

4. Исследование возможности использования Спутниковой системы проект «Москва») для мониторинга смещений грунтов и сооружений

4.1 Постановка задачи

4.2 Вычисление координат объекта мониторинга

4.3 Вычисление невязок в замкнутых фигурах

4.4 Вычисление собственного движения объекта мониторинга

4.5 Экспериментальное исследование смещений грунтов 161 Заключение 170 Список использованной литературы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теоретические основы и практическая реализация координатного обеспечения спутниковой системы межевания земель"

Спутниковые технологии прочно вошли в практику геодезического производства и другие сферы научной и хозяйственной деятельности человека. Их важность для геодезического производства в России подтверждена документами и решениями на государственном уровне, такими, как Федеральная целевая программа (ФЦП) «Глобальная навигационная система»[1], ФЦП «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учёта объектов недвижимости (2002-2007 гг.)»[14], Решение Межведомственного совещания 1 декабря 2004 года по вопросу «Государственная политика в области геодезии и картографии»[9]. Роль и значение спутниковых технологий в создании современной координатной основы в России отражены в «Основных положениях о государственной геодезической сети Российской Федерации»[6].

Основным техническим средством создания современной координатной

I ' основы России в соответствии с вышеназванными ФЦП [1,14] является отечественная глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) ГЛОНАСС.

Преимущество спутниковых технологий перед классическими технологиями (триангуляцией и полигонометрией на основе оптико-механических и оптико-электронных средств измерений) заключается в более высокой эффективности, основанной на более высокой точности и производительности, высокой автоматизации измерительных и вычислительных процессов, возможности оперативного получения результатов независимо от погодных условий и времени суток, условий взаимной видимости между пунктами наблюдений, и как следствие, более низких затратах на производство единицы продукции [9,11].

Актуальность темы диссертации. Активная работа по внедрению спутниковых технологий ведётся в области кадастра недвижимости, что предусмотрено соответствующей Федеральной целевой программой [14]. В 5 землеустройстве, впервые в Российской Федерации, внедрены две Спутниковые системы межевания земель (проекты «Москва» и «Санкт-Петербург»), основанные на использовании постоянно действующих сетей референцных станций. Это качественно новый уровень развития применяющихся в последнее время спутниковых технологий. Они обеспечивают ещё более высокую эффективность по точности, производительности и себестоимости продукции.

В мире все экономически развитые страны применяют новую технологию, основанную на работе постоянно действующих сетей референцных станций (SAPOS в Германии, SWEPOS в Швеции, GEONET в Японии , CORS в США и т.д.), которая обеспечивает точность в режиме постобработки на уровне средней квадратической ошибки 1 см и в режиме реального времени 2-3 см [18,24].

Спутниковая система межевания земель (проект «Москва») внедрена в 2004 г. на основе Соглашения между Правительствами Российской Федерации и Швейцарской Конфедерации от 30 марта 2001 г., одобренного постановлением Правительства Российской федерации от 9 июля 2001 г. № 525. Название Спутниковой системы межевания земель отражает ведомственную принадлежность Системы, по существу же она имеет более широкое применение, чем просто межевание земель, в связи с чем в дальнейшем будем именовать её Спутниковой системой точного позиционирования или сокращённо Спутниковой системой.

В условиях неполного развёртывания системы ГЛОНАСС и безотлагательного выполнения ФЦП [14] Спутниковая система (проект «Москва») реализована на основе системы GPS. При полном развёртывании системы ГЛОНАСС она без особых технических затруднений может быть перенастроена на использование системы ГЛОНАСС или совместное использование двух систем. Приобретённый опыт её внедрения и эксплуатации будет востребован для быстрейшего внедрения новой технологии на основе отечественной системы ГЛОНАСС.

Данная Спутниковая система состоит из 22 референцных станций, 6 расположенных на территории г. Москвы и Московской области, вычислительного центра (ВЦ) и приборного пула из 50 двухчастотных спутниковых приёмников. ВЦ связан с референцными станциями высокоскоростными каналами связи, по которым измерительная информация, полученная от спутников ГНСС, в непрерывном режиме поступает в ВЦ. ВЦ организует работу в двух режимах. В режиме постобработки по измерительной информации референцных станций и пользовательской аппаратуры вычисляются координаты объектов со средней квадратической ошибкой 1" см [24]. В режиме реального времени ВЦ вычисляет, формирует и передаёт пользователям корректирующую информацию (дифференциальные поправки к кодовым и фазовым измерениям) по каналу мобильной связи (GSM). Обрабатывая совместно корректирующую информацию и спутниковую информацию, полученную на объекте с помощью полевого приёмника, пользователь в течение 1 минуты определяет координаты объекта со средней квадратической ошибкой 2-3 см [24].

Координаты объекта в обоих режимах вычисляются в системе координат ITRF2000, в которой определены координаты референцных станций. Затем, по запросу пользователя они могут быть перевычислены в любую другую систему координат, использующуюся на территории г. Москвы и Московской области. Для этого Центром спутниковых технологий ФГУП «Госземкадастрсъёмка» -ВИСХАГИ разработана соответствующая технология и на территорию г. Москвы и Московской области получены параметры трансформирования координат объектов из системы ITRF2000 в государственные и локальные системы координат, в том числе в системы координат СК-95, СК-42, СК-63, Московскую городскую (МГТС). Высоты объектов могут быть вычислены в геодезических системах и Балтийской системе высот со средней квадратической ошибкой 6 см [43].

Спутниковая система обладает также способностью определять координаты объектов со средней квадратической ошибкой первых единиц миллиметров, что 7 открывает возможности применения Спутниковой системы для мониторинга геологической среды, в том числе определения смещений грунтов (например, оползней) и сооружений (например, зданий повышенной этажности), крупных природных образований, например, участков земной коры и разломов в ней, территорий, подверженных техногенным воздействиям, например, Московского мегаполиса или его локальных областей (типа Нагатинской поймы) и т.д.

Внедрение Спутниковой системы потребовало проведения ряда сложных мероприятий. Основными среди них явились:

• подбор мест установки референцных станций и вычислительного центра;

• монтаж и наладка оборудования и программного обеспечения;

• освоение обслуживающим персоналом аппаратно-программных средств;

• испытания отдельных компонентов и Спутниковой системы в целом;

• создание геодезической инфраструктуры;

• разработка нормативной технической и финансовой документации» по обслуживанию пользователей;

• организация эксплуатации Спутниковой системы.

Автор участвовал в реализации этих мероприятий. Но главнымvпредметом его деятельности стало создание геодезической инфраструктуры в части практической реализации координатной основы Спутниковой системы, основным содержанием которой стали геодезическая привязка сети референцных станций к системе координат ITRF2000, мониторинг созданной координатной основы, методы её применения для решения практических задач, в первую очередь, координатного обеспечения кадастра недвижимости.

Важность и актуальность решения этих задач заключается в важности и актуальности задач координатного обеспечения кадастра на основе спутниковых технологий. Для обеспечения высокой точности определения границ земельных участков, координат объектов в государственных и местных системах координат необходимо с ещё более высокой точностью определить координаты референцных станций в геоцентрической системе координат ITRF2000, а затем получить и применить локальные параметры перехода из системы ITRF2000 в государственную и местные системы координат. Опубликованные параметры перехода [29] не решают задачи с необходимой для земельного кадастра точностью, поскольку представляют эту связь глобально, на территорию всей страны или крупных регионов, в то время как геодезические сети, особенно созданные традиционными методами, в том числе ГГС, имеют различного рода локальные искажения (деформации) [11,31,40]. В такой ситуации, чтобы получать координаты объектов, согласованные с координатами пунктов геодезической сети, находящихся в районе работ (локальной^ области), необходимо в этой локальной области определять параметры трансформирования. Такой локальной областью может быть территория субъекта Российской Федерации, например, Московская, область или её отдельный район, или отдельная картографическая трапеция. Задача определения параметров трансформирования в локальной- области будет актуальной до тех пор, пока точность Государственной геодезической- сети не сравняется с точностью геодезической сети, создаваемой с помощью спутниковых технологий, то есть не достигнет средней квадратической ошибки взаимного положения пунктов на уровне 1 см или менее.

Вместе с тем Спутниковая система может быть использована не только для координатного обеспечения кадастра. Она может быть применена при решении задач геодезии, в строительстве, при мониторинге смещений грунтов и сооружений, в других сферах хозяйственной деятельности, где требуется определение координат объектов на уровне средних квадратических ошибок первых единиц миллиметров. Для этого, наряду с практической реализацией координатной основы Спутниковой системы, необходимо разработать, испытать и внедрить методическую основу, обеспечивающую эту точность.

Вышеизложенное является обоснованием актуальности темы диссертации и решаемых в ней задач.

Цель диссертации. Целью диссертации явились разработка методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»), практическая реализация координатной основы путём геодезической привязки сети референцных станций к системе координат ITRF2000, разработка, испытание и внедрение метода мониторинга смещений грунтов и соружений.

Для достижения цели диссертации решались следующие задачи:

1. обоснование требований к точности координатного обеспечения кадастра недвижимости и на основе этого обоснование требований к точности создания координатной основы Спутниковой системы.

2. разработка методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы.

3. практическая реализация координатной основы Спутниковой системы в виде координат референцных станций в системе координат ITRF2000.

4. разработка, испытание и внедрение метода мониторинга смещений грунтов и сооружений с применением Спутниковой системы:

Методы исследований. Для разработки теоретических вопросов и получения числовых результатов при решении задач, поставленных в диссертации, использованы методы космической геодезии, математической статистики, компьютерных технологий.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование требований к координатной основе Спутниковой системы.

2. Разработка методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы.

3. Практическая реализация координатной основы Спутниковой системы в виде координат референцных станций на конкретные эпохи.

4. Разработка метода мониторинга смещений грунтов и сооружений с

10 помощью Спутниковой системы. Научная новизна. Новыми научными результатами являются:

• обоснование требований к координатному обеспечения кадастра недвижимости и на этой основе обоснование требований к координатной основе Спутниковой системы.

• методы создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы.

• метод мониторинга смещений грунтов и сооружений с использованием Спутниковой системы.

• вывод условий оптимизации определения и применения параметров перехода между плоскими системами координат.

Практическая значимость. Практическая значимость результатов, выносимых на защиту, заключается в том, что созданная при участии автора координатная основа обеспечивает эффективное применение Спутниковой системы (проект «Москва») при решении координатных задач широким кругом пользователей. В первую очередь это относится к координатному обеспечению кадастра недвижимости на территории г.Москвы и Московской области- и к координатному обеспечению строительства. Спутниковая система используется более чем 50 частными и государственными землеустроительными и геодезическими предприятиями для определения границ землепользований, планово-высотной подготовки аэрофотоснимков, определения* координат центров фотографирования при аэрофотосъёмке, разрешения земельных споров. С её применением в качестве высокоточного измерительного средства спроектирована и создана геодезическая инфраструктура аэропорта Домодедово (НФП «Талка-TDB») и аэродрома ЛИИ им. Громова (г.Жуковский). Спутниковая система активно используется ГУЛ «Мосгоргеотрест» при геодезическом обеспечении строительства на территории г.Москвы, предприятием ПК «Румб» при проектировании и строительстве 4-го транспортного кольца и реконструкции Ленинградского шоссе в г.Москве,

Институтом физики Земли РАН при изучении смещений грунтов и сооружений в пойме Москва-реки, Московским областным БТИ при координировании объектов недвижимости, ФГУП «НИиПИградостроительства» Московской области при планировании территорий и т.д.

Реализация основных результатов. Основные результаты, полученные в диссертации, внедрены в Спутниковой системе (проект «Москва»), которая используется, как отмечено выше, для координатного обеспечения кадастра недвижимости, строительства, а также в других сферах деятельности на территории г.Москвы и Московской области государственными и частными предприятиями, перечисленными в предыдущем разделе.

Аппробация работы: Аппробация работы осуществлена на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных МИИГАиК 2006 и 2007гг., на конференции ФГУП «Госземкадастрсъёмка— ВИСХАГИ» в 2007г.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты исследований опубликованы в 3 научно-технических статьях [20,21,22], из которых две [21,22] подготовлены самим автором, одна [20] в соавторстве, содержатся в 2 [42,44] научно-технических отчётах и 4 технических отчётах [47,48,49,50], разработанных и утверждённых ФГУП «Госземкадастрсъёмка» -ВИСХАГИ.

Структура и объём работы. Диссертация содержит 182 страницы машинописного текста, состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы. В работе представлены 43 таблицы и 59 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Геодезия", Бойков, Александр Владимирович

выводы. Экспериментальные исследования возможностей Спутниковой системы по мониторингу смещений грунтов и сооружений выполнены в двух вариантах. Первый вариант заключался в мониторинге смещений при относительно благоприятных условиях наблюдений, когда объектом мониторинга являлась референцная станция Ершово с полностью открытой для

168 наблюдений верхней полусферой, относительно хорошо защищённая от помех, в том числе и от влияния многолучёвости, с одно и четырёхсуточными интервалами наблюдений. Это позволило построить модель собственного движения объекта мониторинга и определить координаты с точностью на уровне средних квадратических ошибок первых единиц миллиметров, выявить понижение точности определения координат в зимние месяцы по невязкам в замкнутой фигуре, применив математический аппарат в виде рядов Фурье.

Второй вариант исследований основан на производственном материале, полученном при неблагоприятных условиях спутниковых измерений. Объектом мониторинга послужил склон к Москва-реке в районе Борисовских прудов. Но и в этих условиях сходимость результатов, полученных в две даты наблюдений, оказалась на уровне первых единиц миллиметров. Превышения также получены с этой точностью. Сравнение результатов, полученных по представляемой спутниковой технологии, тахеометрией и геометрическим нивелированием, показало, что плановые координаты при 12-часовом интервале наблюдений с использованием в качестве опоры 6 референцных станций определены со средними квадратическими ошибками 2-3 мм, а превышения - со средними квадратическими ошибками 3-4 мм. Приближение условий спутниковых наблюдений к оптимальным будет повышать точность до уровня, полученного в первом варианте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены, по мнению автора, задачи по разработке методов создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы (проект «Москва»), её практической реализации, мониторинга смещений грунтов и сооружений с использованием самой Спутниковой1 системы. Непосредственно'автором при разработке диссертации получены'следующие результаты, которые выносятся на защиту:

1. Обоснованы требования к координатной основе Спутниковой-системы. Основными из них являются требования' к точности геодезической привязки сети референцных станций* к системе координат ITRF2000 со средней квадратической ошибкой» менее 5 см по каждой из координат, определение взаимного положения референцных станций со средней квадратической ошибкой 1 см. по каждой координате, а для референцных станций, участвующих в мониторинге смещений» грунтов, и сооружений, взаимное положение должно быть, определено1 со средней квадратической^ ошибкой на уровне первых единиц миллиметров. Предложения автора по координатному обеспечению кадастра сведены к изменению требований к точности координат поворотных точек границ* земельных участков, точности координат и плотности пунктов ОМС. С внедрением новой технологии на базе сети референцных станций можно отказаться от закладки пунктов ОМС, используя» вместо них пункты Г1ГС и референцные станции Спутниковой системы. Это гарантирует определение координат поворотных точек границ земельных участков со средней квадратической ошибкой 3 см.

2. Разработаны методы создания и мониторинга координатной основы Спутниковой системы с экспериментальным подтверждением их эффективности. Они предусматривают несколько вариантов привязки сети референцных станций к системе координат ITRF2000. С точки зрения временных затрат целесообразным является вариант привязки к ITRF2000

6-7 центральных референцных станций, а затем привязка к ним остальных 15-16 станций. Мониторинг координатной основы предусматривает периодическое определение координат всех референцных станций в системе координат ITRF2000, определение взаимного положения станций с точностью на уровне средней квадратической« ошибки менее одного-сантиметра и первых единиц миллиметров, что предполагает создание моделей собственных движений референцных станций, как функций времени. Для этого автором использованы» тригонометрические ряды Фурье, позволяющие наиболее просто решить задачу и выполнить анализ результатов.

Созданная и,поддерживаемая на требуемом-уровне точности координатная основа позволяет Спутниковой системе решать все координатные задачи по обеспечению создания государственного кадастра, недвижимости. Для этого с. использованием самой Спутниковой системы определяются параметры перехода от системы координат ITRF2000' к государственной (СК-95) и местным системам' координат. Переход к местным системам координат осуществляется! по 4-х-параметрическим формулам. Оптимальными условиями решения этой задачи является использование не менее 4-х пунктов с известными координатами в обеих системах и расположение координируемого объекта внутри фигуры, образованной этими пунктами.

3. Осуществлена практическая реализация координатной основы в виде координат референцных станций в системе ITRF2000; уточняемых 1—2 раза в год. Разработанный метод позволил осуществить привязку референцных станций к системе координат ITRF2000 со средней квадратической ошибкой менее 1 см по каждой координате, осуществить мониторинг, который подтвердил точность привязки на уровне средней квадратической ошибки менее 1 см. Для этого автором в системе координат ITRF2000 по 45 суточным интервалам измерений в апреле и октябре 2004 г, в марте 2005

171 г определены координаты 22 референцных станций и обоснованы их точностные характеристики. В качестве окончательного варианта приняты координаты от октября 2004г, поскольку мониторинг не выявил заметных смещений координат референцных станций. Подтверждением высокой точности координат референцных станций стал сертификат соответствия, выданный ВНИИМС Госстандарта России № 03.009.0293 от 31.10.2005 г. На основе разработанного метода определены модели собственных движений ряда референцных станций, которые обеспечивают точность взаимного положения станций на уровне ошибок первых единиц миллиметров и используются г при осуществлении мониторинга смещений, грунтов и сооружений. Доказательством состоятельности проведённых работ по вычислению координат референцных станций, мониторингу их положения, а соответственно и разработанных методов, стало совпадение полученных автором результатов с результатами) ранее проведённых исследований традиционными геодезическими * методами. Обеими технологиями обнаружено вековое смещение (оседание)' южной части Московского мегаполиса со скоростью 3 мм в год.

4. Разработан метод мониторинга смещений грунтов и сооружений с использованием Спутниковой системы, получено экспериментальное подтверждение его эффективности. Метод основан на вычислении координат объекта в следующие друг за другом моменты времени по измерительной информации, поступающей с самого объекта, и с нескольких (не менее трёх) референцных станций. Математической моделью являются временные ряды Фурье, аппроксимирующие смещения на любом по длительности интервале времени. Экспериментальное подтверждение метода осуществлено при благоприятных условиях наблюдений, когда в качестве объекта мониторинга выбрана референцная станция Ершово, и в производственных (неблагоприятных) условиях наблюдений при мониторинге смещений грунтов на склоне к Москва-реке.

172

При благоприятных условиях наблюдений мониторинг может быть осуществлён на уровне средней квадратической ошибки по каждой координате 1 мм, при неблагоприятных - на уровне средней квадратической ошибки по каждой координате первых единиц миллиметров. Сравнение результатов мониторинга в пойме Москва-реки, полученных спутниковой и традиционными1 технологиями^ (тахеометрия, нивелирование) подтвердило приведённые точностные характеристики. Перечисленные результаты внедрены* в производственную деятельность Спутниковой системы: Данная! Спутниковая система широко- используется государственными и- частными, предприятиями в работах по геодезическому обеспечению кадастра недвижимости, строительства, планирования территорий, мониторинга смещений грунтов и сооружений.

По теме диссертации, автором* самостоятельно и в соавторстве опубликованььработы:

1. Бойков А.В. О выводе параметров связи систем координат WGS-84 и.СК-63. Известия.вузов. Геодезия и картография. Москва. 2006: №5.

2. Бойков А.В". О координатном,обеспечении референцных станций Спутниковой системы межевания земель. Известия вузов. Геодезия и картография. Москва. 2007. №1.

3. Бойков , А.В., Булаева Е.А., Монахова М.А. Возможности Спутниковой системы по высокоточному определению координат объектов. Геодезия и картография. №8.2006. с.5-10.

Аппробация работы осуществлена на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных МИИГАиК 2006 и 2007 гг., на Конференции ФГУП «Госземкадастрсъёмка-ВИСХАГИ» в 2007г

Автор выражает искреннюю благодарность руководству ФГУП «Госземкадастрсъёмка»-ВИСХАГИ и коллективу Центра спутниковых технологий за помощь в работе над диссертацией.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Бойков, Александр Владимирович, Москва

1. Глобальная навигационная система (2002-2011 гг.) : Федеральная целевая программа : утв. пост. Правительства РФ 20.08.2001 № 587-ФЦП : офиц. текст. -15 с.2. ГОСТ Р 51794-2001.

2. Инструкция по межеванию земель. Росземкадастр. 1996.

3. Методические рекомендации по проведению межевания объектов землеустройства. Росземкадастр. 1998.

4. Основные положения об опорной межевой сети. Росземкадастр. 1996.

5. Основные положения о ГГС Российской Федерации ГКИНП (ГНТА)-01-006,03.

6. Постановление Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. N568 ' об установлении единых государственных систем координат. Интернет ресурс. www.gplan. ru/index.php?id=zem30.

7. Постановление Правительства Российской Федерации № 139 от 3. 03. 2007 г. «Об утверждении правил установления местных систем»

8. Решение Межведомственного совещания «Вопросы определения государственной политики в области геодезии и картографии». Геодезия и картография. №12. 2004. с. 1-3.

9. Руководящий технический материал. Спутниковые технологии геодезических работ. Термины и определения. Москва, ЦНИИГАиК, 2001г. с-28.

10. Руководство пользователя по выполнению работ в системе координат 1995 года (СК-95). Москва. ЦНИИГАиК. 2004. с-131.

11. Советский энциклопедический словарь /Гл.ред.А.М.Прохоров.// -4-е изд.-М.:Сов.энциклопедия. 1989. -1632 е., ил.

12. Справочник геодезиста (в двух книгах). Изд.2, перераб. и доп. М."Недра", 1975, 1056 с.

13. Создание автоматизированной системы ведения государственногоземельного кадастра и государственного учёта объектов недвижимости (2002-2007гг.): Федеральная целевая программа: утв. пост. Правительства РФ от 25.10.2001 Ж745-ФЦП: офиц. текст. 39 с.

14. Абалакин В.К. Геодезическая астрономия и астрометрия /Абалакин В.К., Краснорылов И.И., Плахов Ю.В.// Справочное пособие.-М.: "Картгеоцентр"-"Геодезиздат", 1996. -435 стр.:ил.

15. Антонович К.М. Спутниковый мониторинг земной поверхности /Антонович К.М.Дарпик А.П., Клепиков А.Н // Геодезия и картография. №1.2004. с.4-11.

16. Баранов В.Н. Космическая геодезия /Баранов В.Н.,Бойко Е.Г., Краснорылов И.И. и др.// Учебник для вузов-М.:Недра, 1986.-407 е., ил.

17. Бауэр М. SAPOS геодезическая служба спутникового позиционирования Германии /М.Бауэр// Геопрофи. 2004. №3. с.3-5.

18. Бовшин Н.А. Совместное уравнивание общегосударственных опорных геодезических сетей /Бовшин Н.А.,Зубинский В.И., Остач О.МУ/ Геодезия и картография.- 1995. №8. С.6-17.

19. Бойков А.В. Возможности Спутниковой системы по высокоточному определению координат объектов /Бойков А.В.,Булаева Е.А.,Монахова М.А.//Геодезия и картография. №8. 2006. с.5-10.

20. Бойков А.В. О выводе параметров связи систем координат WGS-84 и СК-63 /Бойков А.В.// Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. Москва. 2006. №5.

21. Бойков А.В. О координатном обеспечении референцных станций Спутниковой системы межевания земель /Бойков А.В.// Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. Москва. 2007. №1.

22. Бойков В.В. Опыт создания геоцентрической системы координат ПЗ-90 /Бойков В.В., Галазин В.Ф., Каплан Б.Л. и др.// Геодезия и картография. -1993. -№11.-с.17-21.

23. Бойков В.В. Опыт эксплуатации Спутниковой системы межевания земель (проект «Москва»)/Бойков В.В., Пересадько Е.С.// Научно-технический журнал по геодезии, картографии и навигации. Геопрофи. 2005г. № 6. с.58-61.

24. Большаков В.Д. Теория математической, обработки- геодезических измерений/Большаков В.Д., Гайдаев П.А.//М.,Недра. 1977. С.-368.

25. Бородко А.В. Государственные услуги в сфере геодезии, картографии и наименований географических объектов /Бородко А.В.// Геодезия и картография. №12. 2004. с.8-15.

26. Вергасов В.А. Вычислительная математика /Вергасов В.А., Журкин И.Г., Красиков М.В., Нейман Ю.М., Смирнов С.А.// М.,Недра, 1976.230 с.

27. Галазин В. Ф. // «Навигация-97» /Галазин В. Ф., Базлов Ю. А., Каплан Б. JL, Максимов В. Г.// Сб. тр. Междунар. конф. «Планир. глоб. радионавигации», Москва. 24-26'ИЮНя. 1997. Т. 2.- Mi, 1997.- С. 299-310.-Рус.

28. Генике А.А. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии /Генике А.А., Побединский Г.Г.//Изд.2-е,перераб. и доп.-М.: Картгеоцентр, 2004. -355 с.:ил.

29. Гуляев Ю.П. О деформациях топографо-геодезической основы и её эффективном использовании/ Ю.П.Гуляев, Е.А.Васильев// Геодезия и картография М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 2001- №11- С.15-19 (Б).

30. Жаров В.Е. Сферическая астрономия /Жаров В.Е.// Москва 2002. Интернет ресурс. http://www.astronet.ru/ db/msg/1190817/.

31. Журкин И.Г. Методы вычислений в геодезии /Журкин И.Г.,Нейман Ю.М// Учебное пособие .-М.:Недра, 1988.-304 с.:ил.

32. Карасик И.Б. О современных движениях земной коры в Москве /Карасик И.Б., Певнев А.К.// Геодезия и картография. №5. 1997. с.25-31.

33. Кислов B.C. Спутниковая система межевания земель Москвы и Московской области /Кислов B.C., Самратов У.Д., Мельников А.В., Бойков В.В.//Информационный бюллетень ГИС-ассоциации №1(33)-2(34), 2002.

34. Корн Г. Справочник по математике. Для научных работников и инженеров /Корн Г., Корн Т.// Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы. Москва 1973. 832 с.

35. Крамер Г. Математические методы статистики /Крамер Г// Под редакцией академика А.Н. Колмогорова. Издание второе, стереотипное. Издательство -«Мир». Москва 1975. -648 с.

36. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа /Ланцош К// Государственное издательство ^ физико-математической литературы. Москва 1961.-524 с.

37. Мазмишвили А.И. Способ наименьших квадратов /Мазмишвили А.ИII1. Недра.Москва 1968. с.440.

38. Макаренко Н.Л. Система координат СК-95 и пути дальнейшего развития ГГС /Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В.// Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, №1, 2002.

39. Мельников А.В. Техническая реализация спутниковых систем, межевания земель /Мельников А.В., Бойков В.В., Пересадько Е.С.// Научно-технический журнал по геодезии, картографии и навигации Геопрофи. 2004. № 1.

40. Научно-технический отчет. Разработка технологии точного определения координат объектов с использованием Спутниковой системы (проект "Москва"). М. : ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ (Центрспутниковых технологий). 2006.—104 с.

41. Научно-технический отчет. Мониторинг координатной; основы. Спутниковой системы точного позиционирования ^проект "Москва"). — Mi : ФГУП «Госземкадастрсъемка» В ИСХАГИ (Центр? спутниковых технологий), 2006. -49 с.

42. Плахов Ю.В. Геодезическая астрономия.Часть 1. Сферическая астрономия /Плахов Ю.В., Краснорылов И.И.// Учебник для вузов. М::Картгеоцентр-Геодезиздат, 2002. 390 с.:ил.

43. Татевян С.К. Использование спутниковых позиционных систем для геодинамических исследований /Татевян С .К., Кузин С .П1, Ораевская С.И.// Геодезия и картография. № 6. 2004; с.33-43.

44. Технический отчет. Определение координат референцных станций Спутниковой системы межевания земель г. Москвы и Московской области в системе ITRF2000 на эпоху 2006.172. М. : ФГУП

45. Госземкадастрсъемка» — ВИСХАГИ (Центр спутниковых технологий), 2006.-9 с.

46. Шебшаевич B.C.,Дмитриев П.П.,Иванцевич Н.В.и др.// Под редакцией B.C. Шебшаевича.-2-е изд., перераб.и доп.-М.:Радио и связь, 1993.-408 е.; ил.

47. Ященко В.Р. Геодезия и извечные тайны движения земной коры /Ященко В.Р., Ямбаев Х.К.// Научно-технический журнал по геодезии, картографиии навигации «Геопрофи». 2006. №4. с.61-66.

48. Altamimi Z. ITRF2000: A New Release of the International Terrestrial f Reference Frame for Earth Science Applications /Altamimi Z.,Sillard P.,and

49. Boucher CM 2002, Geophysical Research, VOL. 107,NO.B 10,2214.

50. Argus, D.F. No-Net-Rotation Model of Current Plate Velocities Incorporating Plate Motion Model Nuvel-1 /Argus, D.F. and Gordon,R.G// 1991; Geophysical Research Letters, 18, pp 2038-2042.

51. Beran T. High-Accuracy Point Positioning with Low-Cost GPS Receivers:How Good Can It GET? /Beran Т., Langley R., Bisnath S.B. and Serrano L.// ION GNSS 18th Trchnical Meeting. 2005. pp 1524-1534.

52. Bernese GPS Software.Version 4.2. Edited by U.Hugentobler, S.Schaer,i

53. P.Fridez. Astronomical Institute of Berne. February 2001. p. 537.

54. Boucher C. ITRS, PR-90 and WGS-84: current realizations and the relatedtransformation parameters /Boucher C., Altamimi Z.// Journal of Geodesy (2001) 75:pp.613-619.

55. J 58. Boucher C. GPS ITRF2000 station positions at epoch 1997.0 and velocities GPSstations /Boucher C., Altamimi Z., Sillard P., and Feissel-Vernier M.// IERSf179i