Фундаментальная и геодинамическая GPS сети Украины

 

Загальні положення

1. Основні положення створення Державної геодезичної мережі України (далі - Основні положення) встановлюють загальні вимоги до принципів побудови і модернізації Державної геодезичної мережі України (далі - ДГМ), обстеження та оновлення її пунктів і математичної обробки результатів вимірювань.

Основні положення передбачають виконання робіт з використанням  сучасних супутникових радіонавігаційних  систем (GPS), комп'ютерних технологій, а також допускають використання традиційних геодезичних методів.

Вимоги Основних положень є  обов'язковими для виконання всіма державними органами та суб'єктами підприємницької діяльності незалежно від форм власності і підпорядкування.

2. ДГМ - це сукупність її  пунктів, рівномірно розміщених на території країни і закріплених на місцевості спеціальними центрами, які забезпечують їх збереження та стійкість у плані і за висотою протягом тривалого часу.

ДГМ є носієм геодезичної системи координат і висот України.

Складовими частинами ДГМ  є планова і висотна геодезичні мережі, пункти яких повинні бути суміщені або мати між собою надійний геодезичний зв'язок.

Планова геодезична мережа складається  з:

астрономо-геодезичної мережі 1 класу;

геодезичної мережі 2 класу;

геодезичної мережі згущення 3 класу.

Висотна геодезична мережа складається  з:

нівелірної мережі I та II класів;

нівелірної мережі III та IV класів.

ДГМ створюється для вирішення  в інтересах господарської діяльності, науки та оборони країни таких  основних завдань:

встановлення єдиної геодезичної  системи координат та висот на території країни;

геодезичне забезпечення картографування  території країни, акваторій морів та внутрішніх водойм;

геодезичне забезпечення вивчення природних ресурсів та ведення державних  кадастрів;

забезпечення вихідними  геодезичними даними засобів наземної, морської і аерокосмічної навігації, аерокосмічного моніторингу навколишнього  середовища;

вивчення фігури і гравітаційного поля Землі та їх змін у часі;

вивчення геодинамічних  явищ та сучасних вертикальних рухів земної поверхні;

вивчення зон деформацій земної поверхні для уточнення карт загального сейсмічного районування;

вивчення рухів полюсів  та нерівномірності обертання Землі;

метрологічне забезпечення високоточних технічних засобів  визначення місцеположення і орієнтування.

Разом з ДГМ створюється  державна гравіметрична мережа, а  також геодезичні мережі спеціального призначення, які будуються за спеціальними програмами.

ДГМ та державна гравіметрична  мережа є надбанням України. Для  підтримання їх на сучасному рівні здійснюється комплекс науково-виробничих, матеріально-технічних та фінансових заходів.

Системи відліку координат  і часу

3. ДГМ задає на всій території країни референцну систему координат і поширює з необхідною точністю і щільністю пунктів ДГМ загальноземну систему координат.

Положення пунктів ДГМ визначається в двох системах координат - загальноземній та референцній. Між обома системами встановлюється однозначний зв'язок, який визначається параметрами взаємного переходу (елементами орієнтування).

За загальноземну систему  координат приймається геодезична референцна система 1980 року (ITRS) з параметрами еліпсоїда:

велика піввісь еліпсоїда а = 6 378 137 м;

стиснення еліпсоїда f = 1 : 298,257;

геоцентрична гравітаційна стала

GM = 3986 005 х 10 в ступ. 8 м куб.  с в ступ. -2;

зональний гармонічний коефіцієнт

геопотенціалу другого порядку J2 = 108 263 х 10 в ступ. -8;

кутова швидкість обертання  Землі

w = 7292 115 х 10 в ступ. -11 рад  с в ступ. -1.

(абзац третій пункту 3 із змінами, внесеними згідно з 
 постановою Кабінету Міністрів України від 22.09.2004 р. N 1259)

На перехідний період (до введення референцної системи координат  України) для обчислення координат  пунктів ДГМ залишається референцна система координат 1942 року (СК-42) з вихідними даними:

референц-еліпсоїд Красовського - велика піввісь 6 378 245 м,

стиснення 1 : 298,3;

висота геоїда в Пулково  над референц-еліпсоїдом дорівнює нулю;

геодезичні координати Пулковської  обсерваторії (центр сигналу А):

широта - 59 град. 46' 15,359";

довгота від Гринвіча - 30 град. 19' 28,318";

геодезичний азимут з Пулково  на пункт Бугри - 121 град. 06' 42,305".

Загальноземна та референцна система  координат України, елементи орієнтування референцної системи координат  відносно загальноземної системи координат  вводяться в дію відповідним  рішенням Кабінету Міністрів України.

Положення пунктів ДГМ у  прийнятих відлікових системах задаються:

просторовими прямокутними координатами X, Y, Z. Вісь X лежить у площині нульового меридіана, вісь Y - в площині екватора і спрямована праворуч від площини нульового меридіана, а напрямок осі Z збігається з віссю обертання відлікового еліпсоїда. Початком координат є центр відлікового еліпсоїда;

геодезичними еліпсоїдальними  координатами В, L, Н;

плоскими прямокутними координатами x та y.

Плоскі прямокутні координати обчислюються на площині в конформній проекції Гаусса-Крюгера в шестиградусних зонах. Осьовими меридіанами шестиградусних зон є меридіани з довготами 21 град., 27 град., 33 град., 39 град.

Початком координат у  кожній зоні є точка перетину осьового меридіана з екватором; значення ординати на осьовому меридіані приймається  рівним 500 км.

У районах топографічної та кадастрової зйомки в масштабах 1:5000 і більше, крім прямокутних координат у шестиградусних зонах, обчислюються прямокутні координати в триградусних зонах. Осьовими меридіанами триградусних зон є меридіани з довготами 21 град., 24 град., ... 39 град.

Геодезичні мережі спеціального призначення можуть обчислюватись  у місцевих системах координат, надійно зв'язаних з референцною системою координат 1942 року. Порядок введення місцевих систем координат встановлюється Держземагентством.

Геодезичні висоти пунктів  ДГМ визначаються безпосередньо  або обчислюються як сума нормальної висоти і висоти квазігеоїда над відліковим еліпсоїдом.

Нормальні висоти пунктів ДГМ  визначаються в Балтійській системі  висот, вихідним пунктом якої є нуль Кронштадтського футштока.

Астрономічні широти і довготи, які визначаються на пунктах астрономо-геодезичної  мережі 1 класу, обчислюються в екваторіальній астрономічній системі координат, що відповідає фундаментальному зоряному каталогу на епоху загального врівноваження  ДГМ, і приводяться до Міжнародного умовного початку і системи астрономічних  довгот Міжнародного Бюро Часу. До цих  самих систем координат приводяться  спостереження штучних супутників Землі та інших космічних об'єктів.

Для побудови ДГМ використовується атомний час, який задається шкалою державного еталону часу і частоти (з урахуванням поправок за перехід до системи міжнародного координованого часу).

Масштаб ДГМ задається Державним  еталоном довжини - метром, за довжину  якого приймається відстань, яку  проходить світло у вакуумі за 1:299 792 458 долю секунди.

Метрологічне забезпечення геодезичних робіт здійснюється з використанням метрологічної  бази Держстандарту шляхом створення  мережі відомчих взірцевих базисів, основних довготних пунктів і  еталонних азимутів.

Структура і точність ДГМ станом на 1997 рік

4. ДГМ станом на 1997 рік побудована відповідно до вимог Основних положень про державну геодезичну мережу СРСР 1954 - 1961 рр. та Основних положень про державну нівелірну мережу СРСР 1961 р. і включає до себе:

ряди тріангуляції 1 класу;

заповнюючі мережі тріангуляції і полігонометрії 1 та 2 класів;

геодезичні мережі згущення 3 і 4 класів;

нівелірні мережі I, II, III, IV класів.

ДГМ складається з 19538 пунктів, з яких 519 пунктів - 1 класу, 5386 пунктів - 2 класу і 13633 пункти - 3 і 4 класів, а  також містить 90 геодезичних азимутів, визначених з астрономічних спостережень, 49 базисів та базисних сторін (10 сторін - 1 класу, 39 - 2 класу).

Точність астрономічних  визначень характеризується такими середньоквадратичними помилками:

астрономічної широти - 0.19",

астрономічної довготи - 0.025 в ступ. s,

астрономічного азимута - 0.33".

Точність вимірювань базисних сторін характеризується відносними середньоквадратичними  помилками:

для 1 класу - 1:540 000 - 1:1 710 000,

для 2 класу - 1:203 000 - 1:13 400 000.

Точність вимірювань горизонтальних кутів в мережах 1, 2, 3 та 4 класів, обчислена за нев'язками трикутників, характеризується середньоквадратичними помилками 0.64", 0.83", 1.19" і 1.54" відповідно, а точність кутових вимірювань, обчислена за нев'язками замкнутих фігур у полігонометрії, дорівнює 1.4" і 1.7" відповідно для пунктів 3 і 4 класу.

Точність лінійних вимірювань в геодезичній мережі згущення 3 і 4 класів характеризується такими відносними середньоквадратичними помилками:

для пунктів 3 класу - 1:46 000 - 1:158 000,

для пунктів 4 класу - 1:46 000 - 1:130 000.

Точність визначення взаємного  положення пунктів ДГМ характеризується середньоквадратичною помилкою 0.196 метра.

Нормальні висоти верхніх марок  центрів пунктів ДГМ визначено  з геометричного або тригонометричного  нівелювання.

Щільність пунктів ДГМ складає в середньому 1 пункт на 30 кв. кілометрів.

Висотна геодезична нівелірна  мережа поділяється на:

нівелірні мережі I, II класів;

нівелірні мережі III і IV класів.

Лінії нівелювання I та II класів є головною висотною основою України. Їх прокладено переважно вздовж автомобільних  доріг або залізниць та закріплено на місцевості віковими, фундаментальними, грунтовими, скельними та стінними реперами приблизно через кожні 5 км уздовж траси.

Характеристика головної висотної основи України наведена в таблицях 1 і 2.

Кількість ліній і їх довжина:

		Таблиця 1

 

******************************************************************

* Клас  *  Кількість  *            Довжина ліній, км             *

*       *    ліній    ********************************************

*       *             *   загальна   *   найбільша  *  найменша  *

******************************************************************

*   I   *      29     *    11975.0   *     1301.9   *    70.7    *

******************************************************************

*  II   *      62     *    11179.5   *     383.9    *    37.5    *

******************************************************************

Розподіл нев'язок у полігонах:

		Таблиця 2

 

******************************************************************

*Клас*Кількість* Периметри полігонів,*    Нев'язки у полігонах,  *

*    *полігонів*          км         * у відсотках до допустимих *

*    *         ***************************************************

*    *         *найбільший *найменший*  до 50  * від  50  * понад *

*    *         *           *         *         * до 100  *  100  *

******************************************************************

*  I *    18   *  2234.9   *  135.5  *   15    *    3    *   -   *

******************************************************************

* II *    72   *    883    *  218.0  *   51    *   20    *   1   *

******************************************************************

На території геодинамічних  полігонів (Кримський, Карпатський, Бориславський), а також техногенних полігонів  у районах атомних електростанцій і площадок родовищ корисних копалин  створені нівелірні мережі у вигляді  ліній нівелювання I і II класів, які  є частиною комплексу наукових геофізичних  досліджень. Вони служать для вивчення геодинамічних явищ та сучасних вертикальних рухів земної поверхні. Вимірювання на цих полігонах проводилися декількома послідовними циклами через відповідні проміжки часу.

Нівелірні мережі III і IV класів заповнюють нівелірні полігони I і II класів і служать для забезпечення топографічної зйомки всіх масштабів та вирішення інженерних завдань.

Вся висотна геодезична мережа України урівноважена за методом  найменших квадратів за принципом від загального до окремого. Вихідними при цьому були лінії нівелювання I і II класів загальної мережі СРСР, урівноважені у 70 роки Московським аерогеодезичним підприємством (перша черга).

Прокладені після 1977 року лінії нівелювання I і II класів урівноважені вставками між вихідними знаками, що одержали висоти при урівноважуванні ліній першої черги.

На всю територію України  складені каталоги висот пунктів  нівелювання I - IV класів, які систематизовані за листами карт масштабу 1:200 000. У каталогах уміщені висоти в Балтійській системі висот 1977 року.

Побудова планової геодезичної  мережі 
Астрономо-геодезична мережа 1 класу

5. Астрономо-геодезична мережа 1 класу (АГМ-1) будується у вигляді  однорідної за точністю просторової  геодезичної мережі, яка складається  з системи рівномірно розміщених геодезичних пунктів, віддалених один від одного на 50 - 150 кілометрів.

АГМ-1 є геодезичною основою  для побудови нових геодезичних  мереж і забезпечення подальшого підвищення точності існуючої ДГМ з використанням методів супутникової геодезії.

Частина пунктів АГМ-1 являє  собою постійно діючі станції GPS - спостережень та астрономо-геодезичні обсерваторії, на яких виконується  комплекс супутникових астрономо-геодезичних, гравіметричних та геофізичних спостережень, що забезпечують безперервне відтворення  загальноземної геодезичної системи  координат та редукування результатів  спостережень і координатних визначень  на єдину епоху з урахуванням  релятивістських ефектів, припливних та інших рухів земної кори.

Решта пунктів АГМ-1 - це фундаментально закріплені на місцевості пункти, положення яких періодично визначається в рамках довгострокової програми функціонування ДГМ.

Система координат, яка задається  пунктами АГМ-1, узгоджується на адекватному  рівні точності з фундаментальними астрономічними (небесними) системами координат і надійно зв'язана з аналогічними пунктами різних держав у рамках узгоджених наукових проектів міжнародного співробітництва.

Просторове положення пунктів  АГМ-1 визначається методами супутникової геодезії в загальноземній системі  координат з відносною помилкою дельта р/р = 1:10 в ступ. 8 (де дельта р - середньоквадратична помилка визначення геоцентричного радіуса р пункту).

Кожний пункт АГМ-1 повинен бути зв'язаний GРS-вимірюваннями не менш як з трьома суміжними пунктами мережі.

Пункти АГМ-1 повинні бути вставлені в мережу високоточного нівелювання, що дозволяє визначати перевищення нормальних висот між суміжними пунктами АГМ-1 з середньоквадратичними помилками не більше 0.05 метра.