Общеземные системы координат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В процессе работы с пространственными данными необходимо грамотно задать систему координат. Указание системы координат способствует определению местоположения объектов на поверхности Земли, спроектировать карты, с большой точностью передающие свойства данной поверхности на плоскости. В связи с этим очень важно изучать общеземные системы координат.

К сожалению, в настоящее время геодезическое обеспечение отраслей производства, обороны и различных задач науки по точности, оперативности, экономической эффективности не соответствует возможностям, предоставляемым современной спутниковой технологией. Также не способствует переходу к системам координат, при использовании которых задействованы современные спутниковые навигационные системы (GNSS), в том числе ГЛОНАСС.

В целях реализации данного направления темы является актуальной.

Объектом данного исследования являются общеземные системы координат. Предметом исследования спутниковые навигационные системы.

Целью курсовой работы является изучение вопросов по применению общеземных систем координат.

Поставленная цель обуславливает решение следующих задач:

а) изучение основных понятий общеземных систем координат;

б) изучение процесса создания единой системы координат,

в) изучение спутниковых методов координатных определений;

г) изучение процесса получения координат объектов и других данных потребителями.

Цель и задачи исследования определили структуру курсовой работы и использование следующих теоретических положений и методов:

метод научного анализа;

обобщение литературного материала;

синтез литературного материала.

Теоретическая база исследования представлена:

научно-учебной литературой;

руководством пользователя по выполнению работ в системе координат;

научными статьями по применению системы координат;

ресурсами сети Интернет.

Практическое значение работы состоит в освоении знаний о способах применения общеземных систем координат и спутниковых методов координатных определений.



1.Понятие о земном эллипсоиде

В процессе принятия решения многих научных и прикладных задач с дальнейшим картографированием земной поверхности существует ряд геодезических систем координат, в том числе общеземных планетарных.

Данная общеземная координатная система необходима при решении следующих картографических масштабных задач:

исследование фигуры Земли;

анализ внешнего гравитационного поля;

движение полюсов Земли во времени;

причины неравномерности вращения Земли;

координация полетов космических и других летательных устройств.

Для реализации данных задач создают модель планеты Земля в виде трехслойного эллипсоида вращения. Он включает следующие параметры: массу, угловую скорость, параметры, которые очень реалистичны. Они носят название фундаментальные. При этом они включают скорость проникновения электромагнитных волн в вакууме.

Путь прохождения определяют в процессе умножения скорости (V) световых или радиоволн на то время, за которое они обходят данное расстояние.

Для всех геометрических построений расположенных на Земле определяют одинаковый линейный масштаб скорости распространения электромагнитных волн. Такой эллипсоид определяют по пространственным прямоугольным координатам трех степеней свободы: Х, У, Z.

При этом они имеют начало расположенное в центре эллипсоида, то есть «0»-нуль пункт. Указанные оси совместно формируют правую систему координат, которая имеет отличия от Декартовой системы, которая употребляется в математике поворотом осей на 900 [8].



Рисунок 1. Система географических координат на эллипсоиде вращения [8]

В процессе ориентирования рассматриваемой системы координат в теле Земли ее начало располагают в центр масс Земли. При этом первичный меридиан расположен совмещенным с меридианом Гринвича. Ось вращения располагают в среднем положении, имеющий направление в сторону северного условного полюса.

Установленный земной полюс является международным условным началом и сокращенно называется МУН. Так формируется геоцентрическая гринвичская координатная система ГГКС.

Для установления на земной поверхности ГГКС формируются геодезические пункты, расположение которых находят по оценке измерений в единой системе координат. Объединенность геодезических пунктов на планете образует геодезическую сеть.

Современные геодезические сети создаются методами космической геодезии.

В современное время во всем мире широко применяется американская спутниковая система позиционирования 1984 года WGS-84 (World Geodetic Sistem, 1984 года), являющаяся Мировой геодезической системой 1984 года. Ее геодезические параметры почти аналогичны с постоянными эллипсоида GRS-80 [8].

С 1993 года в мире действует сеть станций Международной геодезической службы IGS (International Geodynamics GPS Service), сближающих координатные системы WGS-84 и ITRS.

Референцные системы координат проектируют в отдельных регионах и государствах при помощи референц-эллипсоидов, которые лучше соответствуют им. Референц-эллипсоид располагают в теле Земли с помощью исходных геодезических дат, то есть параметров, которые устанавливают значения широт, долгот и их взаимосвязь с астрономогеодезическими координатами в некотором пункте (или их совокупности). Таким образом, установлен референц-эллипсоид Красовского и введена система координат 1942 года (СК 42). Референц-эллипсоиды позволяют вводить лишь координаты, определяющие положения пунктов на эллипсоиде широты и долготы либо соответствующие им плоские прямоугольные координаты (Х и У). Система высот вводится отдельност началом вне котором пункте, фиксирующем местный средний уровень моря. В этой связи различия в началах счета высот разных систем могут достигать нескольких метров.

В настоящее время геодезисты мира предпринимают усилия, чтобы привести начала счета всех высот к единому нулевому уровню (геоиду).

Таким образом, в России, независимо от других стран мира, спроектирована общеземная система координат ПЗ-90(параметры Земли 1990 года), закрепленная пунктами космической геодезии, часть которых имеет место в Антарктиде. Постановление Правительства России 2000годао введении системы ПЗ-90 в качестве единой государственной системы координат в целях обеспечения навигации космических аппаратов и их полетов имеет чрезвычайно позитивное значение. Тем же постановлением в России введена референцная система координат1995года СК-95 с целью обеспечения геодезических и картографических работ.



2.Системы координат, используемые в геодезии

2.1 Географические, полярные, прямоугольные и зональные системы координат

Координатами называются показатели, которые указывают местоположение точки на плоскости или в пространстве.

В геодезии широкой популярностью пользуются следующие системы координат:

географическая;

полярная;

плоская прямоугольная;

зональная.

К географическим координатам относятся угловые величины, в том числе широта и долгота. С помощью них определяют положение точки на земном шаре.

Плоскость перпендикулярная оси вращения и находящаяся на одинаковых расстояниях от полюсов, называется плоскостью экватора. След сечения поверхности Земли данной плоскости называется экватором.

Линии, которые формируются в процессе пересечения земного шараплоскостями, параллельными плоскости экватора, называются параллелями

Линии пересечения поверхности Земли плоскостями, проходящими через ось вращения, называются меридианами.

При этом через любую точку земной поверхности проводят единый меридиан и единую параллель.

Положение любой точки в географической системе характеризуется координатами:

долготой;

широтой[7].

При этом они определяются относительно плоскости экватора, оси вращения и начального меридиана, за который принимают меридиан, идущий через шпиль куполообразной крыши Гринвичской обсерватории близ города Лондона.

Долгота точки выражена двугранным угол. При этом он распложен между плоскостями начального меридиана и меридиана, проходящего через данную точку земной поверхности.

Счет долгот ведется от начального меридиана к востоку и западу на 180°,так что, указывая долготу, надо также отметить, является ли она восточной(положительной) или западной (отрицательной).

Широтой точки называется угол, составленный отвесной линией, проходящей через эту точку, и плоскостью экватора. Счет широт ведется от плоскости экватора как к северу, так и к югу до90°. Следовательно, при величине широты всегда указывается северная (положительная) или южная (отрицательная).

При составлении планов и карт небольших участков могут быть применены полярные координаты.

Рисунок 2. Полярные координаты [7]

Положение точки в этой системе определяется относительно некоторой исходной точки О, называемой полюсом, и полярной оси ОХ.

Соединив точку N с полюсом О, получим расстояние р, которое называется радиусом-вектором, и угол, называемый углом положения [7].

Радиус-вектор и угол положения являются полярными координатами точки данных двух величин вполне достаточно для определения положения точки. Измеряются радиусы-векторы в метрах, а углы положения, отсчитываемые по ходу часовой стрелки, в градусах от 0 до 360°.

Плоские прямоугольные координаты включают линейные величины:

абсцисса;

ордината.

Данные координаты определяют положение точки на плоскости.

Систему данных координат представляют две взаимно перпендикулярные линии.

Рисунок 3. Прямоугольные координаты [7]

Точка их пересечения О называется началом координат, а сами прямые называются осями координат.

Прямая XX, совпадающая с направлением меридиана, называется осью иксов или осью абсцисс, а прямая YY, перпендикулярная к оси абсцисс, осью игреков или осью ординат.

В системе прямоугольных координат положение любой точки на плоскости относительно начала координат О определяется кратчайшими расстояниями до нее от осей координат. Так, положение точки М определяется длиной перпендикуляров Me и Мк, опущенных из этой точки на оси координат, или равными им отрезками осей координат Ок и Ое. Отрезок Ок называется абсциссой, а отрезок Ое ординатой точки М; обозначаются они соответственно х и у и выражаются в линейной мере, как правило в метрах [7].

Оси координат разделяют плоскость чертежа на четыре части, называемые четвертями. Нумерация четвертей I, II, III, IV, и направление отсчета углов в этой системе ведется по ходу часовой стрелки, то есть вправо.

Положение любых точек местности, например М, при помощи этой системы определяют их координатами ( + Хm, +Уm).

В таблице 1 приведены знаки абсцисси ординат для точек, находящихся в различных четвертях, и даны их названия.

Абсциссы точек, расположенных вверх от оси ординат, считаются положительными, а вниз от нее отрицательными; ординаты точек, расположенных вправо от оси абсцисс, считаются положительными, а влево от нее отрицательными.

Таблица 1. Знаки абсцисс и ординат [7]

Четверти	Координаты
	X	У
I северо-восточная (СБ)	+	+
II юго-восточная (ЮВ)		+
III юго-западная (ЮЗ)
IV северо-западная (СЗ)	+

Зональная система координат. Из описанных систем координат только географическая может быть распространена на всю земную поверхность. Однако использование ее весьма затруднено ввиду сложности решения ряда технических задач на сфере, так как географические координаты выражаются в градусной мере, тогда как все расстояния на земной поверхности определяются метрах. Значительно проще решаются эти задачи в удобной системе плоских прямоугольных координат [7].

Для установления связи между географическими координатами любой точки на шаре или сфероиде и прямоугольными координатами этой же точки на плоскости применяют зональную систему координат.

В этой системе поверхность земного шара, или сфероида, разбивают на зоны, ограниченные с двух сторон меридианами с разностью долгот 6° (ширина такой зоны по экватору равна примерно 670 км).

Рисунок 4. Зональная система координат [7]

Разбивку зон и их нумерацию начинают от нулевого, Гринвичского меридиана и продолжают на восток от 1 до60 (360°: 6°). Для практического использования зону по определенным законам проектируют на боковую поверхность цилиндра, а затем развертывают в плоскость.

Рисунок 5 Изображение боковой поверхности цилиндра на плоскости [7]

Искажения линий, возникающие при этом, будут незначительны и их считают допустимыми при проведении обычных геодезических работ.

В каждой развернутой на плоскость зоне средний (осевой)меридиан и экватор изобразятся взаимно перпендикулярными линиями. Их и принимают за оси прямоугольных координат данной зоны:

осевой меридиан, занявший вертикальное положение, за ось XX;

экватор за ось УУ.

Точка пересечения этих линии является началом координат. Знаки координат х и у будут такими же, как и в прямоугольной системе:

абсциссы будут положительными к северу от экватора;

отрицательными к югу;

ординаты, отсчитываемые на восток от осевого меридиана, будут иметь положительные значения;

на запад отрицательные.

Положение любой точки в этой системе координат определяется:

1) длиной перпендикуляра, опущенного из данной точки на осевой меридиан зоны, в которой расположена точка (это будет у);

2) расстоянием от экватора по осевому меридиану до основания этого перпендикуляра (это будет х).

Рисунок 6 Определение зональных прямоугольных координат точки [7]

Так, отрезок МК является ординатой точки М, а отрезок ОК абсциссой [7].

Каждая зона имеет свои собственные оси и начало координат, то есть свою систему координат. Оси и начала координат имеют свое определенное географическое положение, что позволяет легко установить связь как с географической системой координат, таки между системами прямоугольных координат отдельных зон (для однозначного определения положения точки на земной поверхности перед каждой ординатой ставится номер зоны).

Другими словами, по географическим координатам любой точки земного шара, или сфероида, можно определить ее прямоугольные координаты и наоборот по плоским прямоугольным координатам в зональной системе вычислить соответствующие им географические координаты. Это важное достоинство зональной системы сделало ее международной. В России она введена в 1932 г. и является обязательной при проведении геодезических работ на больших площадях.

Для территории России, расположенной в Северном полушарии, все абсциссы положительны. Ординаты же бывают как положительные, так и отрицательные. Чтобы исключить необходимость иметь дело с различными знаками, что осложнило бы работу, на практике ординату точек среднего меридиана принимают не за нуль, а за 500 км, то есть условно переносят начало зональных координат на 500 км к западу от действительного положения осевого меридиана. В результате этого все ординаты в пределах одной зоны будут иметь положительные значения, возрастающие с запада на восток, при этом к востоку от осевого меридиана они будут больше 500 км, а к западу меньше.

Описанные выше системы координат, в том числе географическая, полярная, прямоугольная и зональная превращаются в пространственные системы, если в каждой из них к двум координатам, определяющим положение точки на шаре или плоскости, прибавить третью координату отметку, линейную величину, характеризующую положение точки в третьем измерении (по высоте) [10].

Именно пространственные координаты чаще всего применяются в геодезии. Таким образом, в системе координат преобладают показатели, которые необходимы для определения местоположение точки на плоскости или в пространстве Координатами называются показатели, которые указывают местоположение точки на плоскости или в пространстве. При этом они имеют характерные только им координаты.



2.2 Абсолютные и относительные высоты точек земной поверхности

Для полного определения положения точки на физической поверхности Земли необходимо кроме координат указать высоту точки или расстояние от нее до уровенной поверхности по отвесной линии. Численное значение высоты называется отметкой. Высоты бывают абсолютные и относительные, или условные. Счет абсолютных высот ведется от среднего уровня океана (или моря).

Рисунок 7 Абсолютные и относительные высоты точек земной поверхности [7]

Наблюдение за средним уровнем океана ведется при помощи футштока на водомерном посту.

В России счет абсолютных высот ведется от нуля Кронштадтского футштока (Балтийская система высот).

Высота одной точки относительно уровенной поверхности другой точки называется относительной отметкой или превышением h этих точек, то есть превышение равно разности высот двух точек.

Началом счета высот может являться любая условно принятая уроненная поверхность, например отрезок Нв, называемый относительной высотой [9].

2.3 Общеземная система координат

Как и всякая другая геодезическая система, общеземная система координат определяется параметрами земного эллипсоида, гравитационным полем Земли и координатами пунктов на физической поверхности Земли. Начало системы координат располагается в центремасс Земли. Направления ее осей были зафиксированы на XIV Генеральной ассамблее Международной ассоциации геодезии (МАГ) в 1967 г. Малая ось общего земного эллипсоида совмещена со средней осью вращения Земли. Пространственное направление средней оси вращения Земли закреплено относительно звезд координатами среднего полюса на среднюю эпоху 1900 1905 гг. Международное условное начало (МУН) Convensional International Origin (СЮ).

После введения поправок за нутацию эта точка в соответствии с рекомендациями Международной службы вращения Земли IERS(International Earth Rotation Service) известна как условный земной полюс СТР (Conventional TerrestrialPole). Его перемещение относительно мгновенного полюса вначале определялось Международной службой полюса по наблюдениям на шести широтных станциях, располженных на разных долготах примерно на параллели 39° северной широты. Координаты широтных станций приведены в таблице 2.

Таблица 2. Координаты широтных станций [5]

Страна	Название станции	Широта	Долгота
Сардиния	Карлсфорте	+39°08'08,9"	+08°18'43,5"
Узбекистан	Китаб	+39°08'01,7"	+66°52'55,5"
Япония	Мудзусава	+39°08'03,4"	+ 141°07'51,9"
США	Юкайа	+39°08'12,0"	-123°12'34,5"
США	Цинциннати	+39°08'19,8"	-84°25'21,0"
США	Гейтерсберг	+39°08'13,2	-77°1Г57,0"

В настоящее время положение полюса относительно МУН (координаты хр, ур) определяют с ошибкой в несколько сантиметров из регулярных наблюдений выполняемых методом радио интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) Very Long Baseline Interferometry(VLBI).

Плоскость начального меридиана устанавливается определением начала отсчета долгот как результат обработки долготных наблюдений национальных служб времени, сотрудничающих в рамках Международного бюро времени (МБВ) Bureau International de ГН иге (BIH).

Начало отсчета долгот задается принятыми долготами национальных служб после учета поправок за движение полюса и соответствует точке на среднем экваторе в период 1900-1905 гг. вблизи Гринвичского меридиана [9].

По форме общеземная система координат может быть эллиптической и пространственной прямоугольной. Переход между ними осуществляется по формулам. В космической геодезии более удобно использовать пространственную прямоугольную систему.

Составной частью общеземной системы координат являются координаты пунктов, закрепленных на физической поверхности Земли и объединенных в геодезические сети. Различия общеземных координатных систем связаны с особенностями построения и обработки геодезических сетей.

Наиболее известной из современных является общеземная геоцентрическая координатная система ITRS (IERS Terrestrial Reference System), которая поддерживается Международной службой вращения Земли IERS. Ежегодно, начиная с 1989 г., новейшими методами космической геодезии и измерениями с использованием спутниковых приемников формируется сеть пунктов ITRF (IERS Terrestrial Reference Frame). Сеть ITRF с высокой точностью закрепляет начало координат в центре масс Земли и ориентирует координатные оси. Точность положения пунктов оценивается погрешностью до 10 см. Со временем геоцентрические координаты пунктов сети ITRF вследствие непрерывного совершенствования сети и геодинамических процессов изменяются. Поэтому каталоги координат обновляют и указывают их эпоху, например, ITRF-89, ITRF-94 и т.д. Сеть 1994 г. содержала около 150 пунктов, расположенных на всех материках и на островах всех океанов. Таким образом, координаты, описывая пространственное положение точек в числовом виде, необходимы для обеспечения работы автоматизированных систем управления и современных информационных технологий. Система координат представляет собой совокупность специально назначенных отсчетных точек, линий и поверхностей, относительно которых фиксируется положение каждой точки. Систем координат может быть множество. Но в работу принимаются лишь те системы координат, которые:

обеспечивают единство представления данных;

удобны в решении практических задач;

приемлемы для пользователей [5].

Государственные системы координат ПЗ-90.11 и ГСК-2011 отвечают перечисленным принципам. Координаты в этих системах однозначно описывают положение любой точки и распространяются на все околоземное пространство. Системы удобны для реализации современных вычислительных методов баллистики, глобальной навигации, глобальной геодезии, обеспечивают строгое решение задач обработки наблюдений, доступность и приемлемость для разных категорий потребителей координат. ПЗ-90.11 и ГСК-2011 являются геоцентрическими экваториальными пространственными прямоугольными системами координат. Они определяют положение точки относительно центра масс, главной отсчетной плоскостью является плоскость экватора, счет координат выполняется в правосторонней пространственной декартовой системе координат [5].



3.Спутниковые системы

3.1 Роль и значение координатно-временного обеспечения для спутниковых методов

Выполнение высокоточных измерений с помощью спутниковых систем (GPS, ГЛОНАСС и др.) тесно связано со строгими определениями координатных систем, относительно которых выполняются измерения. Измеряемые навигационные параметры спутников глобальной системы позиционирования и определяемые координаты спутниковых приемников отсчитываются в различных системах координат. В частности, для описания движения спутников используются звездная (инерциальная) референцная система (CJS), фиксируемая по положению специально выбираемых для этих целей звезд или галактических радиоисточников (квазаров), а для определения положения пунктов, находящихся на земной поверхности, общеземная референцная система (CTS), реализуемая через набор фундаментальных пунктов, входящих в состав глобальной геодезической сети. Проведенные в этой области исследования свидетельствуют о том, что взаимное положение этих двух координатных систем не остается постоянным с течением времени, а поэтому их взаимосвязь приходится учитывать в каждом сеансе спутниковых измерений с достаточно высокой точностью.

3.2 Краткие сведения о системах отсчета времени, используемых в GPS и ГЛОНАСС

Для перехода от звездной системы координат к системе координат, жестко связанной с Землей, необходимо знание точного времени измерений. В связи с этим приведем краткую характеристику систем измерения времени, употребляемых как в астрономии, так и в космической и спутниковой геодезии. При спутниковых измерениях используются три различных системы времени: звездное время, динамическое время и атомное время.[5]

Динамическое время это универсальный масштаб времени, в соответствии с которым происходит движение тел в гравитационном поле, то есть это независимый аргумент в уравнениях движения тела, которые базируются на некоторой гравитационной теории (такой например, как ньютоновская механика или общая теория относительности). Динамическое время используется при определении эфемерид спутников.

Согласно рекомендациям Международного астрономического союза в настоящее время вместо ранее употреблявшегося «эфемеридного времени» ЕТ в качестве аргумента геоцентрических эфемерид используется «земное динамическое время» TDT. Шкала «эфемеридное время», имевшая смысл шкалы равномерного времени ньютоновой динамики и определявшая аргумент дифференциальных уравнений всех гравитационных теорий движения тел Солнечной системы в ньютоновом приближении, заменена теперь шкалой «барицентрическое динамическое время» TDB.

Атомное время это время, которое поддерживается с помощью атомных часов. Оно является основой единообразного масштаба времени на Земле. Масштаб времени задается через период (или обратную ему величину частоту) основных колебаний элемента, задающего частоту, которая измеряется и является первоисточником масштаба времени, который согласуется в соответствии с международными конвенциями.

Звездное время определяется через период вращения Земли вокруг своей оси. Несмотря на то, что звездное время использовалось для измерения времени на основе астрономических наблюдений, оно является весьма нерегулярным в сравнении с современными стандартами, а поэтому его нельзя рассматривать в общем случае как измерительное время. Оно скорее является мерой измерения углового положения того или иного пункта на земной поверхности относительно пространственной (звездной) отсчетной системы [5].

В качестве эталонов для измерения времени используют периодические процессы, период которых с большой точностью постоянен. В течение многих столетий таким эталоном было вращение Земли с соответствующими единицами измерения сутками и 1/86 400 частью суток кундой. Однако в последние десятилетия был выявлен целый ряд сезонных, вековых и нерегулярных неравномерностей в движении нашей планеты, поэтому сейчас в Международной системе СИ принята единица измерения времени, основанная на резонансной частоте квантовых переходов атомов цезия. Определенная таким образом секунда очень близка к1/86 400 части суток и называется «атомной секундой», а определяемая этой единицей шкала времени называется «атомным временем» (AT).

В настоящее время различают следующие системы всемирного времени UT(Universal Time):

UT всемирное время, непосредственно получаемое из астрономических наблюдений суточных движений звезд, то есть время на мгновенном гринвичском меридиане, положение которого определено мгновенными положениями полюсов Земли;

UT1- всемирное время среднего гринвичского меридиана, определяемого средними положениями полюсов Земли, оно получается исправлением значений UT0при помощи поправки за движение полюсов Земли;

UT2 всемирное время среднего гринвичского меридиана, освобожденное от влияния части сезонных периодических вариаций угловой скорости вращения Земли прибавлением к значения UT1соответствующей поправки [5].

3.3 Пути развития спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS

географический координата атомный

Решая разнообразные задачи экономики и обороны страны, имеющиеся наземные геодезические методы по точности, оперативности, экономической эффективности, к сожалению, не обладают необходимыми свойствами, которые бы соответствовали современным потребностям науки и практики. Например, в процессе крупномасштабных съемках городов и поселков, при геодезическом обеспечении обороны страны, при строительных решениях, задач морской и авиационной навигации и изучении природной среды. Данные задачи могут быть решены при помощи спутниковых методов. В центре геодезических спутниковых методов стоят технологии оперативных координатных определений. В их основе лежит применение глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

Для поддержания и воспроизведения системы координат в работоспособном состоянии, которое способствует решению масштабных перспективных задач в таких отраслях, как геодезия, геофизика, геодинамика и космонавтика, формирует потребность создания геодезической сети на более высоком и качественном уровне точности.

Имеющаяся сеть ГГС и система координат СК-95, к сожалению, не обеспечивают в полном объеме перспективы для раскрытия всего потенциала современных спутниковых методов. В том числе не обеспечивают идентичной точности пунктов ГГС в СК-95, и не обеспечивают хороших условий необходимых для спутниковых наблюдений. Современные спутниковые ГЛОНАСС/GPS технологии обеспечивают хорошую передачу координат на огромные расстояния с незначительными ошибками, по сравнению с ГГС. Современные спутниковые технологи и нуждаются в развитии высокоточной и легко доступной исходной геодезической основы.

Построение опорных сетей основано на использовании технологий космической геодезии и применение глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

Применение технологий космической геодезии нахождения координат глобально видоизменяет решение задач всей системы геодезического обеспечения.

ГЛОНАСС/GPS-технологии имеют следующие характерные достоинства:

осуществляют передачу координат с оперативностью и точностью на разные метражи. К сожалению, такие передачи недоступны традиционным наземным методом;

уменьшают значительно затраты;

снижают риск при исполнении работ. Например, в природно-климатических сложных и труднодоступных районах;

позволяют без применения геодезических знаков размещать пункты в лучших местах;

позволяют на 2 порядка сократить количество геодезических станций;

удобны в формировании и выполнении работ. Например, в труднодоступных и природно-климатических сложных районах;

обладают высоким уровнем автоматизации на всех стадиях проведения работ, отсутствием технической зависимости от времени суток, года, погодных условий;

обладают большим уровнем культуры труда при выполнении геодезических работ;

объединяют высокой плановой и геодезической основы, которая базируется на основе единой технологии, объединения пунктов носителей координат и высот, а также взаимосвязи имеющихся плановых и высотных сетей.

В процессе применения ГЛОНАСС/GPS-технологий, а также цифровых наземных, воздушных и космических оптико-электронных, радиолокационных съемочных систем цифрового картографирования раскрываются масштабные перспективы для воспроизведения автоматизированных систем оперативных съемок. Такие технологии эффективны в процессе проведения городских съемок с многочисленными назначениями с дальнейшей выборочной целевой обработкой. Также при создании съемок в чрезвычайных ситуациях в режиме, который приближен к режиму реального времени.

Главным из приоритетных направлений оперативного навигационного и геодезического обеспечения потребителя считается формирование сетей активных пунктов спутниковых систем координатных определений реального времени.

Характерной чертой геодезических спутниковых методик является способность единовременного определения с сопоставимыми точностями, как плановых координат, так и геодезических высот.

Возникает очевидная возможность реализации метода спутникового нивелирования. Она является реальной заменой геометрического нивелирования, при этом обходится значительно дешевле. При этом для использования данного метода нужно составлять по гравиметрическим и спутниковым данным точных детальных карт высот квазигеоида на соответствующих территориях, то есть нового точного вида исходного геодезического обеспечения.

При традиционных видах геодезических измерений система высотного обеспечения развивалась обособленно от системы планового обеспечения. При этом высотное и плановое обеспечение происходило путем развития двух разных видов геодезических сетей. Плановое обоснование формировалось на базе плановых геодезических сетей триангуляции и полигонометрии, а высотное - на базе сетей геометрического нивелирования.

В современное время система нормальных высот на территории России сформирована сетью высокоточного геометрического нивелирования I и II классов. Она является главной высотной основой страны. При общей протяженности в 400 тысяч км сеть геометрического нивелирования I и II классов имеет один исходный пункт Кронштадт. В нем значение нормальной высоты считается равным нулю.

Сеть нивелирования представляет собой около тысячи замкнутых полигонов. По ним происходит уравнивание сети как свободной с опорой на один исходный пункт. В связи с этим система нормальных высот на всей протяженности нивелирной сети не имеет внешнего контроля. При этом территория РФ включает береговую линию протяженностью около 12 000 км, которая омывается морями трех океанов, в которых находятся по несколько уровне мерных постов, обладающих высокоточной связью с главной высотной основой. В связи с тем, что отличия уровня одного моря от другого может достигать метра и более, то уровне мерные данные не могут служить контролем точности нивелирования.

Применение ГЛОНАСС/GPS технологий способствует развитию планового и высотного обоснования при помощи совокупности геодезических сетей. Для согласования нормальных и геодезических высот, получаемых соответственно по данным нивелирования и данным ГЛОНАСС/GPS измерений, необходимо точное знание высот квазигеоида.

Новая структура системы геодезического обеспечения представлена на рисунке 8.

Внедрение современных спутниковых технологий способствует развитию системы геодезического обеспечения, созданию условий для реализации потенциала плановых и высотных опорных сетей, создаваемых на базе традиционных методов геодезических измерений.

Самым наивысшим звеном в структуре опорных геодезических сетей в системе геодезического обеспечения считается совокупность геодезических пунктов спутниковых геодезических сетей ФАГС, ВГС и СГС-1. Они считаются физической реализацией одновременно высокоточной системы координат и системы нормальных высот [5].



Рисунок 8. Иерархическая структура системы геодезического обеспечения [9]

Созданная Роскартографией структура и технология построения спутниковых геодезических сетей, формирует единую систему геодезических координат и поддерживает ее на уровне современных требований науки, экономики и обеспечения безопасности. Также она способствует решению задач по ведению Службы деформации земной коры, входящей в состав Федеральной системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений.

Геодезическая основа, сформированная на основе традиционных методов геодезических измерений не готова к прогрессивному применению современных высокоэффективных спутниковых технологий по следующим основным причинам:

точность имеющихся геодезических сетей не отвечает современным требованиям экономики и обороны страны;

станции опорных геодезических сетей находятся в труднодоступных местах, неблагоприятных для их последующего использования в системе геодезического обеспечения с аппаратурой ГЛОНАСС/GPS;

наличие огромного числа геодезических станций, существующих опорных геодезических сетей, и места их расположения делают задачу их поддержания в рабочем состоянии практически трудно выполнимой в современных условиях.

Таким образом, создание высокоэффективной системы геодезического обеспечения на территории Российской Федерации нуждается в расширении средств и технологий, одной из которых является применении глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS. При этом они должны выполняться:

1. Высокоточные геодезические измерения с наземной спутниковой аппаратурой на станциях фундаментальной астрономо-геодезической сети, высокоточной геодезической сети и спутниковой геодезической сети 1 класса;

2. Абсолютные измерения значений ускорения силы тяжести с помощью высокоточной гравиметрической аппаратуры;

3. Работы по построению высокоточных карт гравиметрическим методом;

4. Работы на уровне точности геоцентрической системы координат, зафиксированной относительно системы направлений на 212 квазаров, принимаемых за неподвижные в пространстве и распределенных по всему небу со средней плотностью 1 квазар на 194.6 квадратных градуса.



Заключение

географический координата атомный

В процессе изучение ряда вопросов по применению общеземных систем координат в курсовой работе рассматривались географические, полярные, прямоугольные и зональные системы координат, абсолютные и относительные высоты точек земной поверхности, общеземная система координат.

В процессе курсовой работы установлено, что координаты, необходимы для расположения той или иной точки в пространстве, что необходимо знать при определении определенных объектов. Также они имеют характерные только им координаты.

Также было выявлено, чтовведенная система координат (СК 42).позволяет вводить лишь координаты, определяющие положения пунктов на эллипсоиде широты и долготы либо соответствующие им плоские прямоугольные координаты.

Было выявлено, что в России, независимо от других стран мира, спроектирована общеземная система координат ПЗ-90 (параметры Земли 1990 года), которая закреплена пунктами космической геодезии, часть которых имеет место в Антарктиде. Данная системе координат необходима для обеспечения навигации космических аппаратов и их полетов, что имеет чрезвычайно позитивное значение в современное время.

Также установлено, что использование ГЛОНАСС/GPS технологий способствует развитию планового и высотного обоснования при помощи совокупности геодезических сетей.

Были изучены пути развития спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS, которые нуждаются в постоянной совершенствовании.

В целом цель, поставленная в курсовой работе, достигнута. Все поставленные задачи решены.



Список использованных источников

1. Берлянт А.М. Картография : учебник для вузов / А. М. Берлянт. М.: Аспект Пресс, 2002. 336 с.

2. Варламов, А.А. Землеустройство : учебник / А. А. Варламов, С. Н. Захарова. - М.: Колос, 2001. Том 6. 324 с.

3. Волков, С.Н. Землеустройство : учебное пособие / С. Н. Волков - М. Колос, 2005. 256 с.

4. Волков, С.Н. Землеустройство и земельный кадастр / С. Н. Волков, А. А. Варламов. М. : Гос. ун-т по землеустройству, 2004. 142 с.

5. Генике А.А. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии / А. А. Генике, Г. Г.Побединский. М.: Картгеоцентр, 2004. 355 с.

6. Земельный кадастр. Теория, методика, практика : учебное пособие. - М.: ГУЗ, 2000. 535с.

7. Левицкий И.Ю. Геодезия с основами землеустройства : учебное пособие / И. Ю.Левицкий, Е. М Крохмаль, А.А. Реминский. М., «Недра», 1977. 256 с.

8. Попов В.Н. Геодезия : учебник / В. Н. Попов, С. И. Чекалин. - М.: «Горная книга», 2007. 519 с.

9. Руководство пользователя по выполнению работ в системе координат 1995 года (СК-95) ГКИНП (ГНТА) 06-278-04. Москва :ЦНИИГАиК, 2004. 89 с.

10. Южанинов В.С. Картография с основами топографии : учебное пособие / В. С. Южанинов. М.: Высшая школа, 2001. 300 с.

Размещено на Allbest.ru

...