Разработка принципов развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, доктор технических наук Демьянов, Глеб Викторович

• Демьянов, Глеб Викторович
• доктор технических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор технических наук Демьянов, Глеб Викторович

ВВЕДЕНИЕ. т

ГЛАВА 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЕДИНОЙ ОБЩЕЗЕМНОЙ СИСТЕМЫ НОРМАЛЬНЫХ

ВЫСОТ.

1.1 Системы высот, применяемые в геодезии.

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

1.3 Система фундаментальных параметров.

1.4 опорпые высотные сети (высотная основа).30 '

1.5 Принципы установления единой общеземной системы нормальных высот.

1.6 Структура современной системы высотного обеспечения.40 *

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка принципов развития системы нормальных высот на основе современных спутниковых технологий»

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

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

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

- обеспечивать востребованность геодезической продукции на отраслевом и межотраслевом рынке;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Разработка новых принципов установления единой общеземной системы нормальных высот.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Демьянов, Глеб Викторович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

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

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

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

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

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

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

С = о 8

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

Н8- геодезическая высота по спутниковым измерениям;

Нг- нормальная высота по нивелирным данным;

С'- высота квазигеоида по гравиметрическим данным.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Демьянов, Глеб Викторович, 2004 год

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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