Правила установления местных систем координат

Местная система координат и соответственно ключи перехода в государственную систему на текущий момент существует. В сведения, относящиеся к системе, включены следующие параметры:

1. Территория, наименование системы.

2. Ширина зоны, номера зон.

3. Долгота осевого меридиана, проходящего через начало местной системы координат.

4. Координаты начала местной системы координат в местной системе.

5. Координаты начала местной системы координат в государственной системе.

6. Координаты точки и величина разворота местной системы относительно государственной.

7. Высота поверхности относимости.

8. Система высот.

9. Сведения (формулы) по определению осевых меридианов зон.

10. Последовательность и формулы пересчета координат из местной системы в государственную и обратно.

11. Формулы пересчета содержат так же цифровые значения сдвига по оси У, а координаты начала системы в местной и государственной системе величину сдвига по оси Х.

Таким образом, справка о ключах Местной системы содержит все сведения и является исчерпывающим документом, который обеспечивает полноценную работу по преобразованию координат.

Общие сведения о единой координатной основы России

Государственные геодезические сети являются главной составляющей координатной основы страны. Координатная основа служит фундаментом для всей картографической продукции. Создание карт, топографических и кадастровых планов и любой другой продукции, так или иначе связанной с изображением местности, может быть выполнено в любой произвольной системе координат, удобной для конкретного потребителя. Однако всегда необходимо иметь ту же продукцию и в единой для страны системе координат.

Государственная геодезическая сеть, созданная на территории бывшего СССР, является национальным достоянием и предметом гордости. В нее входит 26 астрономо-геодезических пунктов КГС, 131 пункт ДГС, 164306 пунктов АГС и порядка 300 тысяч пунктов геодезической сети 3 и 4 классов. Все 3 сети надежно связаны между собой. Точность взаимного положения пунктов КГС составляет 0.2-0.3 м на 1-1.5 тыс. км. В ДГС эта точность 0.4-0.6 м на 500-700 км. В АГС она составляет 0.03-0.05 м на 10-12 км. Наша АГС отличается удивительной однородностью по точности и геометрии на всей ее протяженности. Этот феномен обеспечен высококачественной технологией наблюдений и профессионализмом исполнителей. Более чем за полувековой период построения ГГС наблюдатели и инструменты выдавали однородную продукцию.

Развитие координатной основы России и ее современное состояние

Существует множество различных систем координат: астрономическая, геодезическая, географическая, геоцентрическая, земная квазигеоцентрическая, топоцентрическая, орбитальная, полярная, плоская прямоугольная и другие. В геодезической практике чаще всего используется 4 системы: геоцентрическая с началом координат в центре масс Земли; астрономическая с компонентами, определяемыми положением отвесной линии в текущей точке; географическая с компонентами, определяемыми положением нормали к поверхности земного эллипсоида; и прямоугольная система координат на плоскости, на которой отображена по определенному математическому закону поверхность земного эллипсоида. Будем считать геодезической любую из перечисленных систем, если ее компоненты получены из обработки результатов геодезических измерений на заданную эпоху. Таким образом, главное отличие геодезических систем координат от математических состоит в добавлении к геодезическим еще одной размерности – эпохи измерений. Необходимо подчеркнуть, что как только очередная обработка геодезической сети будет завершена (в одной из вышеуказанных координатных систем), задача преобразования полученных координат в любую другую систему имеет строгое математическое решение, уже не зависящее от точности измерений. Несмотря на очевидность этих понятий, на практике достаточно часто приходится сталкиваться с заблуждениями в вопросах оценки координатной основы и перехода из одной системы координат в другую. Если речь идет о преобразовании географических координат в прямоугольные на плоскости проекции, то это чисто математическая задача. Естественно, параметры эллипсоида для всех точек используются одни и те же. Если же требуется преобразовать координаты из системы координат 1942 года (СК-42) в систему координат 1995 года (СК-95) или из системы координат 1932 года (СК-32) в СК-42, то это уже не только математическая, но и технологическая задача. Она не имеет однозначного решения. А вот преобразование координат из СК-42 в систему координат 1963 года (СК-63) – чисто математическая задача, имеющая однозначное решение, поскольку эти системы отличаются только математически. СК-63 появилась не в результате уравнивания ГГС, а в результате математических преобразований СК-42.

Система координат 1932 года (СК-32) охватывала очень незначительную территорию России и базировалась всего на 8 первоклассных полигонах АГС. Методику обработки предложил Ф.Н.Красовский, использовав в ней принцип развертывания на эллипсоиде Бесселя.

Начиная с 1939 года в течение 7-ми лет проводи­лись подготовительные работы ко 2-ому уравниванию АГС. В 1946 году завершено уравнивание 87 полигонов 1 класса и Постановлением Правительства СССР № 760 от 7 апреля 1946 года была введена в действие система координат 1942 года (СК-42). В обработку было включено 4733 пункта, решено 174 уравнения широт и долгот и 310 азиму­тальных. При этом был применён принцип проектирования измеренных элементов на поверхность референц-эллипсоида. Эта сеть обеспечила координатами около трети территории страны. В последующем к ней было присое­динено еще 3 блока с общим числом пунктов 10527 (Двинский объект в 1958 году, блок «Север» в 1969 году и блок «Дальний Восток» в 1972 году). В общей слож­ности при уравнивании сети было использовано 535 базисов, 1232 азимута и 1481 астропункт. Таким образом, к 1972 году система координат 1942 года была распространена фактически на всю страну. Далее распространение системы координат проводилось посредством заполнения полигонов 1 класса сплошными сетями 2 класса. В качестве исходных принимались длины и азимуты выходных сторон базисных сетей 1 и 2 класса, координаты пунктов триангуляции 1 класса. В результате уравнивания измеренные элементы сплошных сетей получали поправки, значительно превышающие ошибки измерений. Деформации возникали за счет влияния ошибок исходных данных. Необходимость скорейшего распространения координатной системы на всю страну заставляла мириться с плохой геометрией полиго­нального построения и "нанизыванием" новых полигональных систем на 87 полигонов. Точность взаимного положения смежных пунктов АГС в среднем составляла от 10 до 30 см. Ошибка передачи координат от Пулково на восточную границу страны достигала 30 метров.

В основу системы координат 1995 года (введена с 01.07.2002 г. постановлением Правительства № 568 от 28.07.2000) положено совместное уравнивание АГС, КГС и ДГС. Полученная референцная система координат отвечает теоретическому положению о параллельности осей отсчетных эллипсоидов космической и наземной сетей. Это позволяет осуществлять взаимный переход из одной системы координат в другую с использованием только трех параметров связи систем. При этом система осталась по прежнему «Пулковской». Завершенность построения ГГС позволила составить каталоги геодезических пунктов 1-4 класса по листам карты масштаба 1:200000 практически на всю территорию страны всего за один 2002 год. Принятый порядок и технология уравнивания позволили избежать каких бы то ни было деформаций координатной системы.

Для решения задач государственного картографирования построена государственная геодезическая сеть 1-4 класса (ГГС) с плотностью в среднем 1 пункт на 38 кв.км (в малообжитых и труднодоступных районах – 1 пункт на 75-90 кв.км). Пункты этой сети обеспечивают нужды мелкомасштабного картографирования вплоть до масштаба 1:10000. Для топографических съемок более крупного масштаба развиваются сети сгущения 1 и 2 разряда. В городах – сети 1-4 класса строятся с более короткими, чем в ГГС, сторонами. Развитие ГГС проводится силами подразделений Роскартографии и ВТС. Геодезические сети сгущения (ГСС) создаются в основном различными ведомственными организациями. Учитывая, что в зонах застроенной территории и активной народно-хозяйственной деятельности плотность геодезического обоснования должна составлять 3-4 пункта на 1 кв.км., количество пунктов ГСС в населенных пунктах исчисляется тысячами, а в больших городах десятками тысяч. Координаты этих пунктов определяются как в государственной, так и местных системах (МСК). Практически все локальные геодезические сети, развитые в МСК, за небольшим исключением, в обязательном порядке привязываются к ГГС. Таким образом, так или иначе все геодезические работы в конечном счете выполняются в единой государственной системе координат. И только этот непреложный порядок позволяет избежать неразберихи и неопределенности на стыках локальных геодезических сетей (ЛГС).

Плотность сетки пунктов ГГС и изменения координат и положения пунктов в СК-95 по отношению к СК-42 показаны на рисунках.

Системы измерения времени, используемые в КГ

Звездное время

Среднее солнечное время

Эфемеридное время

Переход от одной системы измерения времени к другой

Связь средних солнечных и звездных единиц

В космической геодезии за исходную принята система всемирного времени UТ ( Universal Time), т.е. система среднего солнечного времени на гринвичском меридиане.

Чтобы перейти к системе UT поступают следующим образом: из наблюдений звезд в пункте с известной астрономической долготой λ определяют местное звездное время s, т.е. часовой угол точки весеннего равноденствия (γ) относительно местного астрономического меридиана в момент наблюдений.

Гринвичское звездное время в этот момент равно:

S= s- α, а всемирное: UT= (S-S₀)- (S-S₀)υ , где S₀- звездное время в гринвичскую полночь( по среднему солнечному времени)

υ= 1/366,2422- коэффициент перехода от звездного времени к среднему

Всемирное время, отнесенное к положению мгновенного полюса, мгновенного экватора и мгновенного положения точки весеннего равноденствия, обозначается UT-0.

Всемирное время в системе UT-0 является неравномерным из-за неравномерностей, вызываемых движением полюсов, сезонными изменениями угловой скорости вращения Земли под действием геодезических и метеорологических факторов, вековым замедлением вращения Земли из-за приливного трения в системе Земля-Луна, непериодическими изменениями угловой скорости вращения Земли, в основном из-за влияния Солнечной активности.

В настоящее время созданы службы времени, а так же Международная служба движения полюсов, которые позволяют определять поправку ∆λ к системе UT-0, учитывающую движение мгновенного полюса относительно среднего. При помощи этой поправки образуется система времени UT-1.

UT-1= UT-0+∆λ (1)

Служба времени определяет так же поправку ∆ UT за сезонные вариации угловой скорости вращения Земли. При помощи этой поправки образуется система квазиравномерного времени UT-2:

UT-2= UT-1+∆ UT= UT-0+∆λ +∆ UT (2)

Международное бюро времени регулярно публикует поправки ∆λ и ∆ UT , для того чтобы редуцировать моменты подачи радиосигналов точного времени к системе UT-2. В связи с этим выпускают издания, которые называются: « Циркуляр Бюро времени» и «Бюллетень времени».

Для промежутка времени не больше одного года при решении различных практических задач достаточно пользоваться системой времени UT-2. При больших промежутках времени (больше года) целесообразно пользоваться системой эфемеридного времени ET. Эфемеридное время- равномерно текущее ( теоретическое) время небесной механики.

Переход от всемирного к эфемеридному времени осуществляется по формуле:

ET=UT+∆T, где поправка ∆T определяется из наблюдений Луны путем сравнения ее наблюденных координат с эфемеридными, вычисленными согласно исправленной гравитационной теории движения Луны, разработанной Брауном.

Точность определения поправки ∆T из наблюдений Луны пока невелика- ошибка несколько меньше одной секунды времени.

В настоящее время во многих странах осуществлен переход на систему атомного времени АТ, которая основана на применении высокостабильных атомных и молекулярных эталонов частоты.

Стабильность атомных эталонов такова, что точность определения одной атомной секунды составляет 1^s ±10^-11 секунд. Для образования системы атомного времени задействовано 10 атомных часов, связанных с Международным Бюро времени. Эти часы находятся в США, Канаде, Японии, ЮАР, Франции, Англии и Швеции.

В настоящее время применяется новая шкала атомного времени АЗ, которая введена с 1 января 1966года и вычисляется как средневзвешенная шкала показаний всех атомных часов, связных с Международным Бюро времени.

В нашей стране принята шкала атомного времени АТ-1, основанная на 2х кварцевых часах, которые регулируются цезиевым эталоном частоты.

Было принято, что в момент 1964г, 1 января 12^h :

UT-2=AT-1

Разности Фе-1 и UT-2 публикуются в бюллетени «Эталонное время». В СНГ применяется так же шкала UTC- шкала всемирного согласованного или координированного времени. Ее используют для согласования между собой шкал атомного и всемирного времени ФЕ-1 и UT-2.

Для непрерывного счета времени на больших промежутках применяется предложенная еще в XVI веке, так называемая юлианская система (Юлианский период), начало которой приходится на средний гринвичскаий полдень 1 января 4713г. До н.э., после чего ведется непрерывный счет суток. Юлианский год содержит 365,25 эфемеридных суток.