Определение координат объектов в системе координат 1995 г. (СК–95) по результатам измерений, с использованием глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) GPS (NAVSTAR, США) до сих пор остается некорректным и небезукоризненным. Это обусловлено многими причинами, среди которых есть основные:
- Система координат СК–95 (как и геоцентрическая система координат ПЗ–90) не имеет точно установленных параметров связи с геоцентрической системой координат WGS–84.
- Система координат СК–95 закреплена пунктами Государственной геодезической сети (ГГС), координаты которых в этой системе координат вычислены с определенной методической ошибкой.
Касаясь первой причины, следует отметить, что точность геоцентрических координат пунктов ГГС, закрепляющих систему координат СК–95, не может быть выше точности геоцентрических координат пунктов космической геодезической сети (КГС) в ПЗ–90. Средняя квадратическая ошибка отнесения системы координат ПЗ–90 к центру масс Земли составляет 1–2 м.
Согласно [1] точность геоцентрических координат пунктов КГС, закрепляющих систему координат ПЗ–90, составляет порядка 2 м. Как отмечается в [1]: "Наибольшая точность определения параметров связи между системами координат ПЗ–90 и WGS–84 может быть достигнута путем привязки опорных пунктов ПЗ–90 к пунктам сети WGS–84 (или ITRF) и, соответственно, пунктов WGS–84 к пунктам ПЗ–90". В настоящее время отсутствуют реальные исходные пункты, координаты которых определены как в системе координат WGS–84, так и в системе координат СК–95 (или в ПЗ–90), что является главной проблемой некорректности определения координат в СК–95 по данным GPS-измерений.
Относительно методической ошибки в определении координат пунктов ГГС в СК–95 лучше всего высказался профессор, доктор технических наук М.М. Машимов [2]. Он отметил, что полученные координаты пунктов астрономо-геодезичес-кой сети (АГС) в новой системе координат СК–95 "…по точности не удовлетворяют современную геодезию из-за ошибок, допущенных при уравнивании АГС единым блоком, покрывающим площадь 22 млн км2. Естественно, элементы редукции АГС в СК–42 определены с грубыми ошибками. Так, по определениям ЦНИИ-ГАиК и 29-го НИИ МО РФ линейные элементы разнятся на 12,8 м. Это грубая ошибка при засечке центра эллипсоида пучком радиус-векторов 164 тыс. пунктов. Конечно, она, главным образом, обусловлена влияниями погрешностей определения угловых элементов ориентирования". И далее: "…допущена при этом ошибка методического характера. Подлежат определению два независимых угловых параметра, а третий — коррелирован, ибо имеет место два вращения вокруг полярных осей координат двух систем отсчета, и одно вращение — вокруг одной из экваториальных осей. Специалисты ЦНИИГАиК полагают, что нет корреляции между угловыми элементами, якобы имеют место вращения вокруг каждой из трех ортогональных осей X, Y, Z. Однако главная причина — дефект уравнивания АГС одним блоком, не позволяющий точно ориентировать АГС относительно ПЗ–90".
В настоящее время в Российской Федерации существуют два руководящих документа, регламентирующих определение координат объектов в государственной системе координат СК–95 по результатам спутниковых измерений с помощью ГНСС: [3] и [4]. Рассмотрим более подробно каждый из них.
Согласно [3] преобразование координат должно выполняться в строгой последовательности: из WGS–84 в ПЗ–90 и из ПЗ–90 в СК–95. При этом указанные в [3] элементы параметров преобразования между системой координат ПЗ–90 и WGS–84 даны на порядок выше точности определения геоцентрических координат пунктов в системе координат ПЗ–90, которая составляет 2 м. В [3] применяются сокращения, не употребляемые в научно-технической литературе и геодезической практике, например, МГС вместо WGS–84, ПЗ вместо ПЗ–90, ГСП вместо GPS. Хотя на момент подготовки этого документа уже действовал руководящий документ Роскартографии [5], в котором приведены сокращения основных терминов и определений.
Второй документ [4] является обязательным для исполнения всеми субъектами геодезической деятельности. Это не только руководство пользователя, но и набор различных справочных данных. В нем приводится история создания СК–42, информация о грандиозности проделанных ранее работ, о хранении геодезических данных федерального уровня, о структуре банка геодезических данных и т. д. Нельзя не согласиться с разработчиками [4] в том, что "…система координат СК–95 и существующая сеть ГГС, созданная, главным образом, традиционными методами геодезии, не могут, в качестве исходной геодезической основы, в полной мере обеспечить возможности для реализации всего потенциала современных спутниковых методов".
Давая общие рекомендации по работе с СК–95 при выполнении спутниковых измерений, в нем ни разу не упоминается [3], который на момент подготовки [4] уже действовал. Поэтому возникают естественные вопросы: как быть с требованием [3] о последовательности координатных преобразований из WGS–84 в ПЗ–90 и только потом из ПЗ–90 в СК–95 и с приведенными в нем элементами преобразований?
Остановимся на некоторых положениях [4].
При выполнении новых геодезических работ в СК–95 в [4] предлагается следующий путь: "Задача перехода к СК–95 от результатов спутниковых определений в большинстве случаев может быть решена с использованием программно-математического обеспечения, закупаемого вместе со спутниковой аппаратурой для полевой и камеральной обработки. Применительно к полевой обработке спутниковых определений, продаваемыми коммерческими пакетами программ, процедура обеспечения требуемого автоматического преобразования координат ... называется калибровкой". Но, предлагая калибровку, фактически признаются и недостатки системы координат СК–95 и методические ошибки в координатах пунктов ГГС.
При выполнении калибровок, даже в одном и том же районе работ, разные специалисты будут использовать разные пункты ГГС, и результаты калибровок неизбежно будут иметь отличия. Да и выполнение калибровок не имеет четко изложенных методик и требований к ним. Это явно не способствует выполнению условия, записанного в [4], о том, что "система отсчета является основой для обеспечения высокой точности и единства измерений".
Более правильным способом получения координат объектов в СК–95 по результатам спутниковых определений можно считать использование в программном обеспечении параметров связи между координатами пунктов ГГС в СК–95 и координатами этих же пунктов в системе координат ITRF, которые приведены в [4]. Иными словами — использовать для обработки измерений элементы преобразований из ITRF в СК–95, условно считая систему координат ITRF, совпадающей с системой координат WGS–84. Этот способ, конечно, тоже не безупречен, хотя и более приемлем, чем выполнение калибровок.
Нельзя обойти стороной и вопрос отображения высот, изложенный в [4]. В нем записано: "Положение пунктов в принятой системе координат задается следующими координатами:
- пространственными прямоугольными координатами X, Y, Z;
- геодезическими координатами: широтой B, долготой L, высотой H;
- плоскими прямоугольными координатами x и y, вычисляемыми в проекции Гаусса — Крюгера".
Известно, что геодезическая высота пункта определяется как сумма нормальной высоты и высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом (эллипсоидом Кра-совского), непосредственно методами космической геодезии или путем привязки к пунктам с известными геоцентрическими координатами. Согласно [4] "Точность превышений высот квазигеоида астрономо-грави-метрическим методом характеризуется следующими средними квадратическими ошибками:
- 6–9 см — при расстояниях 10–20 км;
- 0,3–0,5 м — при расстоянии 1000 км".
Данные о точности определения превышений высот квазигеоида при расстояниях свыше 1000 км в [4] вообще не рассматриваются.
В [1] отмечается, что при выводе системы координат ПЗ–90 точность представления гравитационного поля Земли характеризовалась средней квадратичес-кой ошибкой высот квазигеоида над общим земным эллипсоидом в среднем 2 м. Возникает вопрос: какова действительная точность определения превышений высот квазигеоида? Аналогичные вопросы возникают при сравнении и других параметров, приведенных в [1] и [4]. Так, например, в [4] говорится: "Система координат 1995 года строго согласована с единой государственной геоцентрической системой координат ПЗ–90 (см. документ "Параметры Земли 1990 года"). Система координат ПЗ–90 закреплена пунктами космической геодезической сети. Точность отнесения системы к центру масс Земли характеризуется средней квадратической ошибкой порядка 1 м". В [1] система координат СК–95 не упоминается, а точность отнесения системы координат ПЗ–90 к центру масс Земли составляет 1–2 м.
Вызывает удивление и тот факт, что в Приложении 2 [4] повторяется (вплоть до структуры изложения) материал из [1] без ссылки на авторов книги и на книгу, а в списке литературы, использованной при подготовке [4], она тоже не приводится.
Следует признать, что [4] не содействует единству измерений и тем более реализации мощного потенциала спутниковых методов. Это пока набор справочных материалов и, к сожалению, не всегда достоверных.
Спутниковые методы определения пространственных координат стали неотъемлемой частью геодезических, землеустроительных и изыскательских работ, поэтому трудно переоценить важность и необходимость нормативных документов в этой области, учитывая и возрастающее внимание со стороны государства к ГНСС ГЛОНАСС. Недавнее Распоряжение Правительства РФ № 797-р от 20 июня 2007 г. показывает важность рассматриваемых в статье вопросов. Поэтому при подготовке новой редакции Руководства пользователя по выполнению работ в системе координат СК–95 его необходимо дополнить следующими положениями:
- описанием системы координат ITRF;
- описанием, а не установлением, системы координат WGS–84;
- параметрами связи ITRF с другими системами координат;
- более точными фундаментальными геодезическими постоянными.
Кроме того, должны быть внесены исправления в [3]:
- признать метод последовательного преобразования из системы координат WGS-84 в ПЗ-90 и только потом в СК-95 не единственно допустимым методом;
- использовать общепринятые термины и определения.
Причем положения и нового руководства и ГОСТ должны быть строго согласованы между собой.
Список литературы
- Система геодезических параметров Земли "Параметры Земли 1990 года"(ПЗ-90). Справочный документ / Под общей ред. В.В. Хвостова. — М.: КНИЦ, 1998.
- Машимов М.М. Чиновники убеждают россиян, что в своем Отечестве нет пророков. Комментарий к открытому письму ученых и специалистов Российской Федерации Исполняющему обязанности Президента РФ, Председателю Правительства РФ (февраль 2000 г.). — http://navi-gator.irk.ru/news/pismo.html#2.
- 3. ГОСТ Р 51794-2001. Аппаратура радионавигационная глобальной навигационной спутниковой системы и глобальной системы позиционирования. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. — М.:, Госстандарт России, 2001.
- Руководство пользователя по выполнению работ в системе координат 1995 года (СК–95). ГКИНП (ГНТА)-06-278-04. — М.: ЦНИИГАиК, 2004.
- Спутниковая технология геодезических работ. Термины и определения (РТМ 68-14-01). — М.: ЦНИИГАиК, 2001.
Е.В. Погореленко ("Питер Газ") "Геопрофи 3'2007"
