Сергей Штейн

ООО "НПП "ГЕОМАТИК"

Воспроизведение без разрешения автора и ЗАО «ПРИН» запрещается

 

Основная концепция сети референцных станций, создаваемой на территорию Санкт-Петербурга и Ленинградской области, заключается в предоставлении всем пользователям данной сети услуги доступа как готового продукта. Схема сети показана на рисунке 1.

Сеть Ленинградской области по состоянию на апрель 2015 г.

Рисунок 1. Покрытие сети референцных станций Ленинградской области по состоянию на 14 мая 2015 г.

Хотим сразу оговориться, что все, что пойдет далее по тексту, относится по большей части к Ленинградской области и, возможно, к другим регионам, где существует похожая ситуация. В самом Санкт-Петербурге существующие проблемы в ближайшее время должны быть разрешены в результате выполненных работ по реконструкции городской геодезической сети с введением новой местной системой координат 78 региона, хотя даже на сегодняшний день все остается довольно туманно и процесс может растянуться на годы.

Ни для кого не секрет, что основной проблемой, с которой сталкивается конечный пользователь сетей референцных станций или одиночных базовых станций, это получение координат и высот в требуемых системах координат и высот. Как правило, работы выполняются в местных системах координат региона (МСК, СК63 и прочие) и в Балтийской системе высот 1977 г., а спутниковое оборудование работает в общеземной системе координат WGS84. Для того чтобы получать координаты и высоты в нужных системах необходимо знать параметры связи перехода от общеземной системы координат к местным системам координат и высот. В «классическом» методе, следуя инструкциям, требуется установить один приёмник на пункт ГГС с известными координатами и высотой, наиболее близко (обычно это 3-5 км) расположенный к месту выполнения работ (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Классический метод работы с использованием пунктов ГГС

При этом параметры перехода  достаточно знать приближенно. На практике бывает достаточно параметров, взятых из ГОСТ (см., например, ГОСТ Р 51794-2008 «Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек) и модели гравитационного поля Земли EGM-2008. Погрешности за линейное смещение в плане и по высоте после перехода от одной системы координат к другой устраняются за счет введения некорректных координат и высоты на «своей» базовой станции. Погрешность за счет разворота (обычно это около 2-5") не оказывает существенного влияния на получаемый результат. Масштабный коэффициент при таких расстояниях можно считать пренебрежимо малой величиной. 

Рисунок 3. Параметры перехода от системы координат WGS84 к местной системе координат

Для нашего конкретного примера такая погрешность может варьироваться в пределах от 5 до 15 см и зависит, в основном, от удаления от одиночной базовой станции. Чем ближе будет установлена базовая станция, тем, соответственно, будет меньше погрешность. Недостатки данного метода заключаются в том, что необходимо устанавливать и охранять дополнительный приёмник на пункте ГГС, до данного пункта нужно добраться, и, самое основное, все погрешности координат и высот пункта, а также некорректной установки приёмника (например, неверно измерена высота антенны) полностью войдут в погрешность определения координат точек. С точки зрения оптимизации затрат такой способ экономически не оправдан, даже при использовании дешевой рабочей силы.

При работе от сети постоянно-действующих референцных станций (см. Рисунок 1) ситуация кардинально меняется, тут уже ровер  может находиться на значительном удалении от базовой станции сети (рисунок 4). 

Рисунок 4. Одна из референцных станций сети Ленинградской области

 На практике проверено, что двухсистемный двухчастотный приёмник может уверенно получать фиксированное решение на удалении до 75 км от базовой станции, при этом получать результат по внешней сходимости не хуже 2-3 см в плане и 2-5 см по высоте в режиме реального времени в общеземной системе координат. Но вот незадача. Если использовать приближенные параметры в этой ситуации, как обычно делается в классическом методе при работе со «своей» базовой станцией, погрешности увеличиваются и могут достигать от 0,5 до 3 м в плане. Такая точность для большинства геодезических работ неприемлема. Хотя многие «специалисты» так и делают. Стоит, например, почитать всем известный геодезический форум. С высотами дело обстоит немного лучше, но и тут бывают большие погрешности. Так, например, нормальные высоты Курортного района Санкт-Петербурга, полученные геометрическим нивелированием, не сходятся с вычисленными высотами (при использовании модели EGM-2008) на уровне порядка 20 см. Такая погрешность не удовлетворяет даже требований технического нивелирования. Как быть в данной ситуации? Казалось бы, выход прост. Надо уточнить параметры перехода от общеземной к местной системе координат и высот.

На практике же это сделать не представляется возможным из-за того, что все местные системы координат имеют в своей основе систему координат 1963 года, а она же в свою очередь опирается на систему координат 1942 года, при создании которой применялись астрономические наблюдения на пунктах Лапласа (точность таких измерений соответствовала реалиям прошлых лет и составляет порядка 0,1 угловой секунды, что соответствует порядка 3 метрам в плане). Во вторых, имеются погрешности, связанные с разворачиванием системы координат СК42 на всю территорию России (расстояние, вычисленное из ОГЗ с использованием координат пунктов ГГС, и расстояние, определенное из спутниковых наблюдений, порой расходятся между собой до 0,5 метров и более). Поэтому система координат 1942 года сильно «деформирована». Погрешности, присущие данной системе координат, не позволяют вычислить один набор параметров для отдельной области или даже района (см. рисунок 5). 

Рисунок 5. Проблемы при работе со спутниковым оборудованием при использовании пунктов ГГС

Также для выполнения такой задачи требуется выполнить колоссальный объём геодезических работ, который (по нескольким причинам) не в состоянии выполнить небольшая компания, а тем более отдельно взятый геодезист. В итоге, определение параметров перехода от общеземной к местной системе координат ложится на плечи отдельно взятого геодезиста, который работает на конкретном объекте. Данная задача, как правило, решается локально. Каждый геодезист самостоятельно определяет (не будем сейчас заострять внимание на качестве таких определений) параметры на локальный район (он не должен превосходить размеров 15х15 км) по небольшому количеству ближайших пунктов ГГС (хорошо если взял, согласно инструкции не менее 5-ти пунктов, а то и ведь можно и одним обойтись, и не важно, что пункт может иметь координаты, сильно отличающиеся от действительной) средствами полевого программного обеспечения или другими методами и далее уже их использует в своей работе (так называемая «калибровка» или «локализация» см. рисунок 6, рисунок 7).

Рисунок 6. Параметры калибровки (локализации) в плане Рисунок 7. Параметры калибровки (локализации) по высоте


В силу того, что при определении таких параметров используется небольшой набор пунктов, качество определения таких параметров оставляет желать лучшего и использовать их за пределами периметра, ограниченного самими этими пунктами, чревато получением непредсказуемых результатов. Усугубляет ситуацию тот факт, что в Ленинградской области пункты ГГС находятся в труднодоступных местах: лесах, болотах, отсутствие проезжих дорог к ним  требует наличия внедорожного транспорта или приходится несколько километров до пункта идти пешком, неся на себе весь инструментарий. Отсутствие мобильной связи в местах расположения этих пунктов препятствует определению параметров связи систем координат в режиме реального времени. Только постобработка. Зачастую объём работ по определению параметров перехода от общеземной к местной системе координат может намного превышать оплаченный объём работ. В итоге всего этого имеем, что сотни (а скорее тысячи) геодезистов ходят по одним и тем же пунктам ГГС по нескольку раз и переопределяют каждый раз заново для себя эти «параметры». После этого, что еще хуже, может происходить обмен полученными данными без вникания в суть процесса и информации для какого места эта «калибровка» подходит. Как результат имеем: или необходимость выполнения колоссального объёма работ по определению параметров перехода, или получение непредсказуемых результатов, если вопрос недостаточно проработан/изучен или взята «калибровка» не для нужного района.

Подобная организация производства геодезических работ, на наш взгляд, крайне неэффективна и потенциально содержит в себе массу нюансов, которые неопытный геодезист может не учесть. Гораздо эффективнее было бы определить существующие искажения в сети пунктов ГГС и реальные расхождения высот относительно установленной системы координат, лишенной этих искажений, и учитывать их при производстве геодезических работ. Теоретически этим вопросом должно озадачится то ведомство, в чьей компетенции находятся эти вопросы (на сегодняшний момент – Федеральная служба регистрации, кадастра и картографии), но, как показывает практика, специалистов, разбирающихся в сути вопроса в данной организации не осталось, и поэтому в ближайшее время чуда не свершится. И долго геодезистам жить с искаженной системой координат 1942 года, не соответствующей реалиям сегодняшнего мира, когда каждый квадратный сантиметр стоит денег, и всеми производными от данной системы координат.

На данный момент нами разработано и успешно эксплуатируется программное обеспечение, которое позволяет систематизировать и в автоматическом режиме анализировать громадные объёмы ранее выполненных спутниковых наблюдений на пунктах ГГС. По этим данным создается реальная модель искажений координат и высот (см. рисунок 8). 

Рисунок 8. Пример модели искажений координат в плане

Модель может с успехом применяться в работе сети референцных станций. В программном обеспечении, управляющем сетью станций, реализована возможность передавать модель искажений координат и высот в режиме реального времени конечным пользователям. В протоколе RTCM версии 3.x для этого предусмотрены специальные сообщения с номерами 1021- 1027 (такая возможность, предусмотрена, например, в программном обеспечении CRNet, рисунок 9). 

Рисунок 9. Интерфейс ПО CRNet

Принимая эти данные, полевое программное обеспечение учитывает их при вычислении координат и высот. В итоге у конечного пользователя отпадает необходимость выполнения процедуры «калибровки». Процесс получения координат и высот становится тривиальным. Просто включил приёмник и сразу получил координаты и высоты с минимальными возможными погрешностями (рисунок 10)! 

Рисунок 10. Работа в сети проста и удобна

Тем более все пользователи сети используют единую модель, таким образом, при качественном выполнении измерений получая одинаковые результаты. Услуга под ключ!

Первыми в опытную эксплуатацию запущены Тосненский и Гатчинский районы, как наиболее подготовленные на данный момент в техническом и геодезическом плане. В ближайшие время будут запущены Выборгский, Приозерский, Кировский и Всеволожский районы Ленинградской области. В дальнейшем, по мере подготовки новых моделей искажений координат и высот на административные районы Ленинградской области, будет постепенно устанавливаться необходимое количество станций для обеспечения комфортной работы пользователей сети. Потребителями являются все заинтересованные и благоразумные пользователи, которые захотят повысить эффективность и качество выполнения геодезических работ в первую очередь на территории Ленинградской области.

 


Дата: 01.11.2014

Назад к списку новостей