|
Заочная Дискуссия. Комментарии к вопросам по теме:
Проблемы единства координатного описания объектов в РФ
Комментарии к текстам Дудникова и Третьякова
Дудников
, заместителя генерального директора по производству ФГУП "Госземкадастрсъемка"-ВИСХАГИ:
Вопрос по докладу : Автор (доклада) указывает, что для построения цифровой модели квазигеоида используются или будут использоваться связи пунктов ггс новой структуры с пунктами гнс, а удовлетворяют ли по точности современным требованиям измерения на пунктах гнс?
ВЗ (Владимир Зубинский): Вопрос поставлен не совсем корректно, если учесть, что ГНС это государственные нивелирные сети и задача состоит именно в согласовании получаемых по ним нивелирных высот (например, в Балтийской системе) и нормальных высот, определяемых по GNSS-наблюдениям и по данным о высотах квазигеоида. Т. е. об адекватной замене трудоемкого геометрического нивелирования спутниковым. Более точного метода для инструментального определения нормальных высот, чем геометрическое нивелирование I-II - го классов не существует. По крайней мере, на суше. Так что на стадии построения согласующей модели квазигеоида речь идет об использовании именно этих данных и в меньшей мере нивелирования III-го класса. Что есть – то и есть, и ничего лучше. А целью является замена геометрического нивелирования III и более низких классов. Но я надеюсь, что при определенных условиях частично и нивелирования II-го класса. Чтобы понять о каких именно точностях идет речь, ниже приведены некоторые графики, полученные по результатам реальных спутниковых определений на реперах линии нивелирования между Москвой и Петербургом. Конечные точки спутникового векторного хода это пункты IGS SVET за Питером и MDVJ в Менделеево под Москвой. Использовалась для сравнения глобальная модель геоида EGM96 и детальная цифровая модель. Из приведенных на графиках оценок для согласования предварительно исключен линейный тренд. Работа 1997 года, т. е. 15-ти летней давности. Под реконструкцию ж/д. Методическое руководство и обработка - мои. Цифровая модель геоида по данным детальных гравиметрических съемок и участие в полевых наблюдениях Андрея Майорова.
И так, средние квадратические значения расхождений нормальных высот по данным спутникового и геометрического нивелирования получены равными 25 мм при использовании детальных карт квазигеоида и равными 56 мм при использовании глобальной модели EGM96. Нужно учесть, что приведенные оценки СКО – это оценки совместного влияния трех источников ошибок. Собственно геометрического нивелирования I-го класса, GPS определений приращений геодезических (эллипсоидальных) высот и собственно цифровой модели высот квазигеоида. Дальнейшие выводы читатель может сделать сам. И о возможной точности каждой из компонент, и по соотношению точностей принципиально разных по методам построения моделей высот геоида, и о расстоянии на каком спутниковое нивелирование может составить конкуренцию геометрическому нивелированию разных классов. В том числе и II-го класса. Конечно для условий данной территории. Диапазон изменения высот квазигеоида на этой трассе 2.5 метра.
На графиках отражены только основные репера нивелирования. Общее количество наблюденных пунктов (включая пункты ГГС) было примерно в два раза больше. Наблюдения выполнялись несколькими расстановками приемников. При каждой расстановке наблюдения выполнялись двумя сеансами продолжительностью около 3 часов каждый. На общих (связующих) пунктах смежных расстановок наблюдения не ограничивались двумя 3-х часовыми сеансами, а продолжались около суток, включая время наблюдений остальными приемниками при следующей очередной их расстановке. На конечных пунктах IGS наблюдения естественно были непрерывны. Таким образом обеспечивалась возможность продолжительных одновременных наблюдений между далеко разнесенными связующими пунктами. Все наблюдения были выполнены в течение одной недели. Таким образом, с указанной ниже точностью, не хуже, результаты в заданной системе и в любой точке по ж/l могут быть воспроизведены в любое время только по наблюдения от двух пунктов IGS. Такова была наша постановка задачи.
Практически такие же оценки точности определения высот при использовании числовых моделей были получены и по данным GPS сетей Москвы и Московской области (Объединенная сеть МИИГАиК и МАГП, оценки мои). Для лучшего понимания проблем формирования единой системы нормальных высот и цифровых карт высот квазигеоида могу порекомендовать диссертации Демьянов и Майорова по этой тематике.
* * *
Вопрос b:
1. Накопив измерения на определенной точке одним GNSS приемником достаточный промежуток времени, я могу вычислить с помощью ПО координаты точки с контролем минимум с двух базовых станций в какой либо геоцентрической системе координат, обозначим её буквой А.
2. Для вычисления прямоугольных координат в местной системе координат, обозначим её Б, я применяю известный алгоритм перехода из А в Б и известные параметры перехода из А в Б.
3. Вычисленные координаты в ск Б удовлетворяют точности: до 10 см относительно ближайших пунктов ггс в ск Б как в плане так и по высоте.
ВЗ: Именно так.
Вопрос c:
Не очень понятно, почему автор говорит, что невозможен переход от ск42 к ГГСК и даже на территории ограниченного размера. Если мы имеем каталожные значения пунктов в ск42 и вычисленные (тоже теперь каталожные – указывает сам автор) в ГГСК. Применив способ интерполяции можно получить параметры перехода на ограниченную территорию.
ВЗ: Это конечно не всегда, но очень часто. Проблема в том, что из-за невозможности строгой обработки в прежние времена ошибки координат пунктов в СК-42 могут быть очень большими при хаотическом характере их изменений от пункта к пункту для отдельных пунктов или их локальных групп. Хаотический в том смысле, что при этом невозможна их корректная численная аппроксимация и интерполяция в принципе. Особенно в пространстве между реальными пунктами из-за дискретности ошибок. На больших площадях интерполяция нереальна, на малых недостоверна.
Примеры и оценки такого распределения ошибок можно найти в ТЭД по построению СК-95 и в Руководстве пользователя по выполнению работ в системе координат 1995 года (СК-95). Утверждено приказом руководителя Федеральной службы геодезии и картографии России от 1 марта 2004 г. . ). К сожалению, не могу дать ссылку на электронную версию этих документов. Но я постараюсь переслать на сайт соответствующие выдержки из них. Привожу из этого руководства пример больших, но относительно регулярных (без явно видимых, но реально существующих выбросов) величин искажений координат СК-42. Читайте, пожалуйста, документы и отчеты, педназначенные для всеобщего геодезического сведения.
* * *
Третьяков
.
1. Указывается на реализацию ГГСК: 50 ФАГС, 300 ВГС, более 4000 СГС-1 и 350 тыс. пунктов триангуляции. При этом надо различать, что задают ГГСК только пункты ФАГС (см. Положение о ГГС; все создается от пунктов ФАГС). А остальные пункты, только распространяют ГГСК. При этом, если пункты ВГС и СГС-1 определялись по спутниковым измерениям, то пункты триангуляции 1-4 класса каким-то образом пере вычислялись по традиционным измерениям, произведенным в 40-80 года, с использованием аппаратуры, по точностным характеристикам того периода. О каких ошибках при этом можно говорить?
ВЗ: Характеристики внутренних деформаций триангуляции 1-4 класса в пространстве между относительно далеко разнесенными пунктами ВГС будут примерно такими же, что и в СК-95. Влияние пунктов ВГС в ограничении накопления ошибок в ГГС 1-4 классов на их взаимные положения в пространстве между смежными пунктами ВГС будет незначительно, но предсказуемо. Влияние пунктов более плотной СГС-1 должно быть более заметным. Здесь, из-за более эффективного купирования процесса накопления ошибок в ГГС, можно ожидать почти двукратное уменьшение ошибок во взаимных положениях с примерно 5 см СКО до 2-3 см. Причем это не точности взаимных положений смежных пунктов, а именно оценки величин смещений пунктов с их «истинных» положений внутри пространства между смежными пунктами соответствующих спутниковых сетей. Все это, однако, предположения. Некоторые документы, характеризующие точность СК-95, СК-42 и возможности спутникового нивелирования в виде выдержек из официальных отчетов я переслал на сайт ГИС-ассоциации. В графиках оценок ошибок СК-95 следует обратить внимание на относительно плавные их изменения при переходах между смежными пунктами ВГС. Детально знаком с этими материалами по причине собственного участия в их составлении в свое время.
Точность СК-95 характеризуется следующими средними квадратическими ошибками взаимного положения пунктов по каждой из плановых координат:
· 2 - 4 см – для смежных пунктов АГС;
· 0,3 - 0,8 м – при расстояниях от 1 до 9 тысяч км.
Точность нормальных высот, в зависимости от метода их определения, характеризуется следующими средними квадратическими ошибками:
· 6-10 см – в среднем по стране из уравнивания нивелирных сетей I и II классов;
· 0,2-0,3 м – из астрономо-геодезических определений при создании АГС.
Точность превышений высот квазигеоида астрономо-гравиметрическим методом характеризуется следующими средними квадратическими ошибками:
· 6 - 9 см – при расстояниях 10-20 км;
· 0,3 - 0,5 м – при расстоянии 1000 км.
Система координат СК-95 отличается от системы координат СК-42:
· повышением точности передачи координат на расстояния свыше 1000 км враз и точности взаимного положения смежных пунктов в государственной геодезической сети в среднем в 2 - 3 раза;
· одинаковой точностью распространения системы координат для всей территории Российской Федерации и стран, входивших в состав СССР;
· отсутствием региональных деформаций государственной геодезической сети, достигающих в системе координат 1942 года нескольких метров;
· возможностью создания высокоэффективной системы геодезического обеспечения на основе использования глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.
2. Везде указывается о точности определения координат. Но надо различать абсолютную точность и относительную точность. Все предыдущие координаты ГГС, также пунктов ВГС и СГС-1 характеризуются относительной точностью определения (распространения) координат (взаимное положение ближайших пунктов). (ВЗ: На это, да и на следующее замечание я, надеюсь, ответил в предыдущем комментарии. А какая точность взаимного положения не ближайших пунктов, а удаленных между собой на 100, 200, 300км? Спутниковые технологии позволяют определять абсолютные координаты с точность единиц сантиметров, а то и миллиметров. Приведу пример. Именно состав и точность измерений на геодезических пунктах, в конечном счете, определяют точность реализации геодезической системы координат. Где точнее можно определяются координаты, на пунктах СГС-1 или временной станции? На пунктах СГС-1 2-3 сеанса наблюдений продолжительностью 2-8 часов. На временной станции несколько суточных сеансов. Я не говорю о постоянно-действующих опорных станциях. По своему набору измерений они соответствуют ФАГСам.
ВЗ: На эти вопросы ответ в возможном объеме и детальности дан в предыдущем пункте и с дополнительной детальностью в упомянутых мною документах. Ответ конечно очевиден. Однако роль и возможности этих сетей по воспроизведению, сохранению и распространению систем координат несколько различны. И это необходимо учитывать. И относительно предполагаемого повышения точности спутниковых определений по наблюдениям в несколько суток. Наблюдения GPS несколько суток подряд практически не приводит к значимому повышению точности конечного результата. Основной источник ошибок таких наблюдений - влияние ошибок многолучевости. Эти ошибки с завидной последовательностью и согласованностью воспроизводятся от суток к суткам вследствие почти идеального воспроизведения «след в след» своих топоцентрических траекторий спутниками GPS.
Связь пунктов геодезической сети новой структуры с пунктами государственного нивелирования обеспечивает возможность построения цифровых моделей квазигеоида, согласованных с системой нормальных высот на территории Российской Федерации. Это является необходимым условием для применения ГНСС технологий в системе высотного обеспечения как альтернативы трудоёмким и дорогостоящим процессам геометрического нивелирования III, IV классов, особенно в труднодоступных районах севера и северо-востока нашей страны. При решении большинства задач геодезии необходимо знание именно нормальных высот.
Всё правильно. Но. Но зададимся вопросом: а какая точность определения высот пунктов государственного нивелирования? Причем не относительная, а абсолютная? Нет такого геодезического прибора, который определяет абсолютные высоты. При помощи нивелирования определяются превышения. Посчитайте сами, на досуге, какую точность можно получить при распространении координат на тысячу километров! Реальная длина хода порядка 2 тысяч километров. При этом вносятся поправки в высоты за счет гравиметрии. Они приближают к абсолютным высотам, но ухудшают общую оценку точности. (ВЗ: не надо заблуждаться. Без поправок за гравиметрию, вводимых в геометрическое нивелирование, его результаты вообще не имеют смысла. Без введения этих поправок полигоны нивелирования вообще не замыкаются. Все это вообще из другой области.) Для меня сомнительно определения модели геоида по этим материалам. Не лучше ли взять существующие модели геоидов (EGM2008 или ее российский аналог) – абсолютная точность по всей территории будет повыше. (ВЗ: по этим материалам определяется не модель геоида, а устраняется рассогласование между моделью геоида, результатами спутниковых определений и данными геометрического нивелирования. По существу это специфический аналог совместного их уравнивания. Могу только еще раз порекомендовать ознакомится с диссертациями Демьянова и Майорова по этой тематике.)
Выводы и предложения.
- Необходимо пересмотреть положение о ГГС с учетом современных реалий. При использовании спутниковых технологий нет необходимости иметь тысячи пунктов ГГС: достаточно десятки, может быть первые сотни пунктов ГГС. Но к ним необходимо предъявит другие требования. Практически все они должны быть постоянно действующими. Координаты пунктов ГГС должны быть только в системе ГГСК. Для остальных систем координат должны быть только параметры перехода. (ВЗ: О недопустимости такого подхода я уже писал и говорил неоднократно. Чем они Вам помешали. Варвары тоже приходили в государства средневекового возрождения и уничтожали все подряд, поскольку в их глазах все эти культурные потуги просто не имели никакой ценности.)
- Так как невозможно определить параметры перехода от ГГСК ко всем другим системам координат, то необходимо их задать. (ВЗ: Это вообще что-то странное. Вдумайтесь в то что здесь написано. Какие именно значения параметров нужно задать и где их взять? Учтите, что определенные в этих системах координаты реальных объектов уже существуют. И далее примерно на том же самом уровне понимания проблем. Может быть мне заняться подготовкой предложений по реформированию картографической отрасли) На уровне современных требований определение единых параметров перехода к ГГСК непосредственно от СК 42 не возможно, даже для территорий ограниченных размеров. По нашему мнению потребность в уточнённых значениях координат традиционной ГГС 1-4 будет сохраняться до тех пор, пока будет существовать необходимость в использовании картографических, инженерных геодезических, городских планов коммуникаций и прочих материалов, созданных ранее на основе пунктов ГГС 1-4 классов. Так как не представляется возможным исправить все ранее накопленные материалы (необходимо определить поправочные коэффициенты не только для всех пунктов ГГС, но и для всех объектов), то предлагается следующая схема, которая реализована в других развитых странах. Необходимо в переходной период работать в нескольких системах координат – в новой, и в старых. Через определенный период времени все материалы будут в новой системе координат.
