- e2 (N2 sin i?2 - N, sin Bx) sin Bx ].

Для значений азимута Л21 и зенитного расстояния z21 в пункте 2 в

формулах (3.23) следует поменять индексы 1 и 2.

Связь азимута и зенитного расстояния хорды с экваториальными топоцентрическими координатами может быть представлена следующими выражениями [31]:

- для прямоугольных координат

J.2.J. Переход к общеземной системе координат

Построение космических геодезических сетей позволяет установить и контролировать единую общеземную систему координат, начало которой определяется центром масс Земли, а ориентация осей - принятыми системами единого времени и полюса. Масштаб единой сети задается принятым значением скорости света с посредством ли-

129

нейных измерений. Следует отметить, что последнее определение значения скорости света в вакууме выполнено с относительной ошибкой 10'9, реальная скорость электромагнитных волн с учетом факторов, влияющих на скорость распространения сигнала может быть определена с относительной ошибкой Ю-7. Вопрос о приведении всех геодезических систем в единую общеземную с началом координат в центре масс Земли до недавнего времени рассматривался более в теоретической, чем в практической постановке. Это объясняется трудностями выполнения на земной поверхности (особенно поверхности океана) необходимых достаточно точных и обширных гравиметрических и геодезических измерений. Геодезическое использование спутников в сочетании с методами гравиметрии позволяет уже в настоящее время определить общую земную систему координат. Все системы координат Хп в которых построены региональные геодезические сети, могут быть переведены в единую геодезическую систему координат А" путем переноса начала региональной системы координат на вектор:

-СОу СОу 1

Малые углы сох, coY, cozсвязаны с углами Эйлера а, /?, /соотноше-

Масштабное преобразование представляет собой линейное изменение региональной сети по отношению к общеземной системе на некоторый коэффициенту. Таким образом, общее преобразование координат пунктов из региональных геодезических систем в общеземную определяется выражением:

130

Если для каждой геодезической системы установлено преобразование такого рода, то по разностям параметров преобразований можно определить взаимное смещение их начал и тем самым полностью решить задачу о связи геодезических систем координат. Координаты центров основных референц-эллипсоидов приведены в табл. 3.4 [48]:

Таблица 3.4

Внекоторых случаях, учитывая малость возможных углов разворотов геодезических систем, ими можно пренебрегать, за исключением отдельных специально оговоренных случаев.

Вработе [1] приведены параметры связи общеземной системы и референцной, полученные из уравнивания государственной геодезической сети ГГС, включающего совместное уравнивание пунктов ас-

трономо-геодезической сети 1 и 2 классов (АТС), космической (КГС) и доплеровской (ДГС) геодезических сетей, и предложены параметры новой референцной системы, отвечающей условиям параллельности осей и равенства расстояний в референцной системе относительно общеземной, а также условию неизменности координат начального пункта Пулково. Указанные параметры приведены в табл. 3.5

131

3.2.4. Геоцентрическая координатная система ПЗ-90

Постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля за № 568 «Об установлении единых государственных систем координат» установлены следующие единые государственные системы координат:

система геодезических координат 1995 года (СК-95) для использования при осуществлении геодезических и картографических работ с 1 июля 2002 года;

геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90) - для использования в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач.

Система координат 1942 года (СК-42)

Система координат 1942 года была создана в Советском Союзе с участием известных ученых Ф. Н. Красовского, М. С. Молоденского, А. А. Изотова. СК-42 была введена постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. № 760 и применялась на территории страны почти 60 лет. Она опиралась на астрономо-геодезическую, гравиметрическую и нивелирную сети страны. С использованием их получены параметры референц-эллипсоида Красовского, высоты геоида над ним. Средние квадратические ошибки положения любого пункта относительно начального — Пулково (В = +59°46'18,5"; L = =+30°19'38,6") характеризуются величинами от единиц метров на западе страны до 15 м на востоке.

СК-42 на момент ее введения в качестве государственной в 1946 г. была реализована на территории страны системой уравненных 87 полигонов триангуляции 1 класса. Эти 87 полигонов покрывали территорию европейской части страны и далее на восток распространялись в виде узкой цепочки полигонов по территории Средней Азии и юга Сибири.

В дальнейшем, по мере развития сетей триангуляции и полигонометрии Государственная геодезическая сеть (ГГС) уравнивалась отдельными блоками. На границе блоков результаты предыдущего уравнивания принимались за абсолютно точные. По этой же схеме уравнивались участки сплошной сети триангуляции 2 класса, которые вставлялись в «жесткий каркас» полигонов 1 класса. Таким образом, система координат 1942 года от первоначальной ее реализации 87-ю полигонами на территории нашей страны распространялась в виде системы нанизанных друг на друга отдельно уравненных блоков. Такой путь развития системы координат СК-42 был экономически оправдан и технически единственно возможным в то время.

132

Система координат 1995 года (СК-95)

Только к началу 80-х годов, к моменту завершения работ по развитию геодезической сети на всей территории страны, стало возможным решение задачи уравнивания всей ГГС как единого геодезического построения. Следует отметить, что только к этому времени Геодезическая служба страны имела на вооружении вычислительную технику, с помощью которой это стало возможным. Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР (ныне Роскартография) совместно с Военно-топографическим управлением Генерального штаба (ВТУ) в 1981 г. приступили к подготовке уравнивания ГГС. Задача уравнивания всей ГГС как единого геодезического построения была решена в 1991 г. общим уравниванием Астрономо-геодезической сети (АГС) в количестве более 164 тыс. пунктов [36]. Результаты этого уравнивания подтвердили наличие значительных деформаций ГГС в системе координат 1942 года. Общие региональные деформации на севере и востоке страны достигали 20-30 м. Локальные же деформации на границе блоков, а так же рядов 1 класса и сплошных сетей 2 класса по исследованиям ЦНИИГАиКа в отдельных случаях достигали 10 и более метров.

Поэтому для повышения достоверности результатов общего уравнивания АГС 1991 г. и повышения точности взаимного положения пунктов ГГС на больших расстояниях было принято решение об уравнивании АГС совместно с имеющимися на тот момент высокоточными спутниковыми данными. Такими данными в то время на территории бывшего СССР были 26 пунктов Космической геодезической сети (КГС) ВТУ (являющихся основой геоцентрической системы координат ПЗ-90) и 134 пункта специально созданной Роскартографией к 1995 г. для этой цели Доплеровской геодезической сети (ДГС). Именно результаты этого уравнивания 1995 г. легли в основу системы геодезических координат 1995 года (СК-95) [18, 72].

Координаты пунктов ГГС в системе координат СК-95 имеют одинаковую точность для всей сети. Точность взаимного положения смежных пунктов АГС составляет 3-5 см, средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов АГС, удаленных на 200-300 км, составляет 20-30 см, а для 500 км и более - 0,5-0,8 м.

По результатам совместного уравнивания 1995 г. и заключительного уравнивания 1996 г. система координат СК-95 была реализована координатами 164 тыс. пунктов. В 2001-2002 гг. в аэрогеодезических предприятиях Роскартографии выполнены работы по переводу в систему координат СК-95 порядка 150 тыс. пунктов ГГС 3 и 4 классов и формированию каталогов координат пунктов ГГС.

133

Таким образом, с 1 июля 2002 г. электронные каталоги координат в системе СК-95 содержат порядка 300 тыс. пунктов ГГС при среднем расстоянии между пунктами 3-5 км.

Система координат ПЗ-90

По определению система координат ПЗ-90 является геоцентрической прямоугольной пространственной системой с началом в центре масс Земли. Ось Zнаправлена к условному земному полюсу, как определено рекомендациями Международной службы вращения Земли (IERS), а ось X — в точку пересечения плоскости экватора и нулевого меридиана, установленного Международным бюро времени (Bureau International l'Heure), ось Удополняет систему до правой. Реализация системы координат ПЗ-90 осуществляется через координаты пунктов Космической геодезической сети (КГС). Пункты наземного комплекса управления (НКУ) навигационной системой ГЛОНАСС совмещены с пунктами КГС.

Как и аналогичные системы США, мировая геодезическая система (реализованная в виде параметров ПЗ-90 и КГС) и навигационная система ГЛОНАСС начали создаваться Министерством обороны РФ по Государственному оборонному заказу в 70-х годах и были засекречены. В 1995 г. Российская Федерация объявила о предоставлении системы ГЛОНАСС для гражданского использования, а геодезическая система ПЗ-90 была объявлена как геодезическая основа системы ГЛОНАСС. В 1998 г. Министерством обороны РФ (Военно-космичес- кими силами и Военно-топографическим управлением) был опубликован сборник параметров Земли ПЗ-90 [72], содержащий схему Космической геодезической сети (26 пунктов на территории стран СНГ и 7 пунктов в Антарктиде). Указанные 26 пунктов КГС в 1996 г. были включены Роскартографией в совместное уравнивание пунктов астро- номо-геодезической сети (АГС) и Доплеровской геодезической сети (ДГС) Российской Федерации и составили основу новой системы координат СК-95. В начале 1999 г. в Российской Федерации были приняты государственные решения об обязательном использовании системы ГЛОНАСС на территории Российской Федерации и о придании системе ГЛОНАСС статуса системы двойного назначения [19, 72].

Принятие вышеуказанных государственных решений направлено прежде всего на обеспечение сохранения системы ГЛОНАСС, орбитальная группировка которой из-за отсутствия необходимого финансирования в последние годы находится в неполном составе.

С помощью отечественных геодезических спутников Гео-ИК последовательно в 1977,1985,1990 годах [4, 18,49] определялись геодезические параметры Земли (ПЗ), которые включают:

— основные астрономические и геодезические постоянные;

134

— характеристики координатной основы для земной системы координат, в том числе параметры земного эллипсоида, координаты пунктов космической геодезической сети (КГС), закрепляющие земную систему координат, элементы связи референцных систем с общеземной системой координат;

- планетарные модели нормальных и аномальных гравитационных полей Земли, локальные характеристики гравитационного поля (высоты геоида и аномалии силы тяжести).

Параметры Земли 1990 г. (ПЗ-90) получены с помощью спутника Гео-ИК, оснащенного радиовысотомером с ошибкой определения высоты над морской поверхностью менее 1 м, доплеровским передатчиком, обеспечивающим измерение на пунктах радиальной скорости с ошибкой 1 см/с, уголковыми отражателями, запросной радиодальномерной системой с ошибкой измерения расстояний от пункта до спутника 1-2 м, системой импульсной световой сигнализации, обеспечивающей измерение направления с пункта на спутник с ошибкой 1" [18,44].

При выводе ПЗ-90 использовались следующие фундаментальные постоянные:

с = 299 792 458 м/с — скорость света;

f M = 39 860 044-109 м3/с2 — геоцентрическая гравитационная постоянная;

со = 7 292 115-Ю"11 рад/с — угловая скорость вращения Земли. Геоцентрическая система координат ПЗ-90 создана без интегра-

ции с зарубежными геодезическими сетями. Она закреплена координатами 33 опорных пунктов на территории стран СНГ и Антарктиды, полученными динамическим методом спутниковой геодезии. Координаты опорных пунктов (широта, долгота, высота) получены непосредственно по наблюдениям спутника Гео-ИК с точностью 1-2 м.

Основные параметры общеземного эллипсоида, полученные по 30 млн спутниковых измерений на суше и в мировом океане имеют следующие значения:

а— 6 378 136 м — большая полуось земного эллипсоида;

/= 298,257 839 303 - знаменатель сжатия земного эллипсоида; t/0=62 636 861,074 м2/с2 - нормальный потенциал Земли;

С20=-484 164,953-Ю-9 - второй гармонический коэффициент. Нужно отметить, что референц-эллипсоид Красовского и сис-

тема координат 1942 года устанавливались в основном по наземной измерительной информации, собранной на территории СССР. Для того времени точность приближения к общеземной системе координат можно признать хорошей. Это подтверждают и полученные связи двух систем координат: системы 1942 года и системы координат ПЗ-90. Они выражаются в координатах центра референц-эллипсои-

135

да Красовского относительно общеземного эллипсоида (АХ = 25 м, АУ= -141 м, AZ = -80 м), развороте осей одного эллипсоида относительно другого ( (х>х= 0"; соY = 0,35"; coz= 0,66") и изменении масштаба (Am = 0).

Перспективы развития систем координат

Учитывая постоянно возрастающие требования к точности и оперативности методов координатных определений, в Роскартографии разработаны Концепция и Программа перевода системы геодезического обеспечения на современные спутниковые технологии на основе rJIOHACC/GPS-измерений. Эта Программа вошла в качестве подпрограммы в Федеральную целевую программу «Глобальная навигационная система", утвержденную постановлением Правительства Российской Федерации в 2001 году, в которой наряду с Росавиакосмосом, Минобороны России, Минтрансом России и РАСУ государственным заказчиком является Роскартография. Основываясь на принципах, принятых в Программе и проекте Основных положений о ГГС, разработанных в Роскартографии при участии специалистов ВТУ, МИИГАиКа и Российской Академии наук, Роскартография приступила к созданию геодезической сети нового поколения и качественно нового уровня точности. К настоящему времени такая сеть уже создана на территории европейской части России и идут работы по ее дальнейшему развитию для территории Дальнего Востока и юга Сибири. Схема созданной сети приведена в разделе 7. Следует отметить, что в процессе создания такой же сети для своей территории одновременно принимали участие и белорусские геодезисты.

Всего на территории европейской части России построена сеть в количестве 72 пунктов Фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС) и Высокоточной геодезической сети (ВГС). Каждый пункт ФАГС и ВГС представляет собой систему из пяти пунктов: 2 пункта существующей сети АТС, 2 пункта Главной высотной основы (ГВО), т.е. пункты нивелирования I или II класса, и рабочий центр для rJIOHACC/GPS-наблюдений, снабженный устройством принудительного ц е н т р о в а н и я . Связь с пунктами мировой сети для целей геодинамики обеспечивает надежную связь системы координат СК95 с общемировой геоцентрической системой координат и дает возможность дальнейшей модернизации системы координат СК-95. Связь спутниковой сети с Главной высотной основой обеспечивает в перспективе эффективное применение оперативных спутниковых методов в развитии системы высотного обеспечения и дальнейшем уточнении системы нормальных высот. Создание специальных рабочих центров, располагаемых в легкодоступных для автомобильного

136