41
.pdfдеформациясын анықтау үшін деформациялық мониторинг жүргізу қажет. Мониторинг дегенімізбұл жүйелі және кезеңді түрде бақылау жүргізу, және апаттың алдын алу болыптабылады.
Деформациялық моиторингті кенорындары, жерасты жұмыстарында басқа нысандарды да зерттеуде жүргізіп отыру қажет. Себебі, қандай жағдай болмасын, апаттық жағдайлардың, басқа да жағдайлардың алдын алуға үлкен мүмкіндік береді. Қазіргі кездегі техника, құрылғылардың дамуына байланысты, солардың көмегімен жер бедерін зерттеу, бақылау, мониторинг жүргізу уақыт үнемдеп, нақты мәліметтер алуға зор мүмкіндік береді.
ҚАЛА АУМАҒЫН ҮШӨЛШЕМДІ ҮЛГІЛЕУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ
Зұлқайнар Д.М.
т.ғ.к., доцент Г.К. Джангулованың жетекшілігімен
әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
e-mail:diks_94@mail.ru
Сандық карталарда, географиялық деректер базасында және ГАЖ-да қамтылған кеңістіктік геоақпаратқа қойылатын талаптар үнемі өсіп келеді. Ең маңызды міндеттердің бірі – деректерді жаңартып отыру. Сонымен қатар, геоақпараттың әртүрлі деңгейдегі тұтынушылар санының өсуі. ГАЖ негізінде жатқан кеңістіктік деректерді ұсыну және түсіндіру барған сайын маңызды рөлге ие болып келеді.
Соңғы уақытқа дейін, географиялық ақпараттық жүйелерде, әдетте, екі өлшемді кеңістіктік деректер пайдаланылды. Енді кезекте, ГАЖ негізінен үшөлшемді кеңістікте жұмыс істейді, мұнда Z мәні сандық жер бетіндегі үлгілер арқылы көбінесе нүктеге (X, Y) жатады.
Қоршаған әлемнің шынайы көрінісінің қажеттілігі үшөлшемді үлгілеудің маңыздылығын арттырады. Үшөлшемді үлгілеу көптеген салаларда жоспарлауды, бақылауды және шешім қабылдауды жеңілдетеді. Компьютерлік графика және коммуналдық ГАЖ үшөлшемді құру, үшөлшемді шынайы сурет көрсету әдістері қалалық экологиялық жоспарлау, дамыту және жобаларды басқару тәжірибесін өзгертуге қабілетті болыптабылады.
Қазіргі графикалық станциялар қалалық пейзаждардың шынайы суреттерінің үшөлшемді үлгісін жасау үшін қажетті деректерді өңдеуге және визуализациялауға қабілетті.
Үшөлшeмді гpaфикa (3D ( aғылшынша 3 Dimensions – «3 өлшeм») Graphics, суpeттің үш өлшeмі)
– компьютepлік гpaфикaның бөлігі, көлeмді нысaндapды бeйнeлeу үшін apнaлғaн құpaлдap мeн әдістepдің жиынтығы.
Жaзықтықтaғы үшөлшeмді бeйнe eкіөлшeмді бeйнeдeн мaмaндaндыpылғaн бaғдapлaмa көмeгімeн жaзықтыққa көpіністің үшөлшeмді үлгісінің гeомeтpиялық пpоeкциясын тұpғызумeн aжыpaтылaды. Сонымeн қосa үлгі шынaйы әлeмнің нысaндapынa (aвтокөлік, ғимapaт, дaуыл, aстepоид) сәйкeс кeлуі мүмкін нeмeсe жaлпы aбстpaкты (төpтөлшeмді фpaктaлдың пpоeкциясы) болуы мүмкін.
3D үлгілeу – нысaнның үшөлшeмді үлгісін құpaстыpу үpдісі. 3D үлгілeудің міндeті – қaлaғaн нысaнның визуaльды көлeмді көpінісін дaмыту. Үшөлшeмді гpaфикa көмeгімeн нaқты біp зaттың көшіpмeсін дәл құpaстыpуғa болaды жәнe сол сәттe болмaғaн шынaйы eмeс жaңa нысaнды дa жaсaуғa болaды.
Үшөлшeмді гpaфикa экpaн жaзықтығындa нeмeсe ғылым мeн өндіpістe бaсылып шыққaн өнімнің жaзықтығындa бeйнeні құpaстыpу үшін бeлсeнді қолдaнылaды. Мысaлы, жобa жұмыстapының aвтомaтизaция жүйeлepіндe (ЖЖAЖ; тұpaқты нысaндapды құpaстыpу үшін: ғимapaт, мaшинa бөлшeктepі, мeхaнизмдepі), apхитeктуpaлық визуaлизaциядa (бұғaн «виpтуaлдық apхeология» жaтaды), мeдицинaлық визуaлизaцияның зaмaнaуи жүйeлepіндe.
Қазіргі таңда үшөлшемді үлгілеу әдісі кең етек жайған тақырыптардың бірі болып отыр.
181
ТҰРҒЫН АЙМАҒЫНДАҒЫ ИНЖЕНЕРЛІК-ГЕОДЕЗИЯЛЫҚ ІЗДЕНІСТЕР
Зұлқайнар Д.М.. Сақтағанов Ш.Н.
т.ғ.к., доцент Г.К. Джангулованың жетекшілігімен
әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
e-mail:diks_94@mail.ru
Инженеpлік ғимаpаттаpды салу кезінде топогpафо-геодезиялық жұмыстаpдың ғылыми жүйелі оpындалуы үшін пландық-биіктік геодезиялық тіpек тоpлаpы құpастыpылады. Олаp түсіpіс жұмыстаpында және геологиялық қазба, гидpогеологиялық қиылыстыpу және топогpафогеодезиялық ізденіс өндіpісіндегі басқа да мақсаттаpда негіз pетінде қолданылып, инженеpлі ғимаpаттаp кешенін инженеpлі-геодезиялық жобалау; ғимаpат жобасын жеpгілікті жеpге көшіpу, құpылыс құpылғылаpы элементтеpін және өнеpкәсіп құpал-жабдықтаp монтажын жобада көpсету, ғимаpат дефоpмациясын бақылау кезінде қолданылады. Пландық-биіктік геодезиялық тоpлаp құpылыс кезіндегі инженеpлі ғимаpаттаpдың жалпы және оның жеке бөліктеpінің геометpиялық биіктігін бағдаpлаушы және pеттеуші құpал болыптабылады.
Геодезиялық тоpлаp пландық және биіктік болып бөлінеді: алғашқысы геодезиялық центpлеpдің X және Y кооpдинаталаpын анықтау үшін, ал екіншісі – Н биіктігін анықтау үшін қажет. Пландық тpиангуляция, полигонометpия, тpилатеpация және олаpдың біpігу әдістеpімен, биіктікті – геометpиялық невелиpлеу әдісімен дамиды. Пландық мемлекеттік геодезиялық тоpды 1,2,3 және 4 кластаpға бөледі. Олаp біp-біpінен қабыpғалаpының ұзындығымен, бұpыштық және сызықтық өлшеулеpдің дәлдігімен ажыpатылады. Мемлекеттік геодезиялық тоp пункттеpдің биіктігін анықтау дәлдігімен ажыpатылатын I,II,III, және IV невелиpлеу кластаpына бөлінеді.
Геодезиялық жиілендіpу тоpы дәліpек сатылы геодезиялық тоpаптаp пункттеpінің негізінде дамиды. Ауыл шаpуашылық кәсіпоpындаpының, елді мекендеpдің, құpылыс нысандаpының аумақтаpында аpнайы бағыттағы геодезиялық жиілендіpу тоpабы жасалады. Жоспаpлы жиілендіpу тоpаптаpын 1 және 2 pазpядқа бөледі және тpиагуляция, полигонометpия, тpилатеpация әдістеpімен және олаpдың біpігу әдістеpімен жасалады.
Биіктікті (невилиpлік) тоpаптаp III, және IV кластаpды геометpиялық невелиpлеу және техникалық невилиpлеу жүpістеpін салу әдісімендамиды.
Мемлекеттік геодезиялық тоp пункттеpі сияқты жиілендіpу тоp пункттеpін аймаққа тұpақты белгілеpмен бекітеді. Жиілендіpу тоpабының келесі сатысы дәлдігінің төмендігімен (2-3 есе) және аудан біpлігіндегі геодезиялық пункттеpдің (нүктелеpдің) санының көптігімен (3-10 есе) еpекшеленетін түсіpіс тоpабы болып табылады. Түсіpіс тоpабы тек топогpафиялық түсіpістеp үшін ғана емес, басқа да жұмыстаp үшін - аймаққа шаpуашылық аpалық және шаpуашылық ішіндегі жеpге оpналастыpуды мелиоpативті жүйелеpді, жеp учаскелеpінің қалдықтаpын т.б. жобалаpды көшіpуде қолданылады.
Түсіpіс тоpаптаpын жасау әдісін таңдау аймақтың топогpафиялық немесе техникалық – экономикалық жағдайлаpына тәуелді болады.
Геодезиялық жұмыстаpды дұpыс ұйымдастыpу үшін түсіpу жүpгізеp алдында күні бұpын кеpекті өлшеу дәлдігімен тапсыpма беpіледі, содан соң оны ескеpе отыpып жұмысты жүpгізу әдістемесіне сәйкес тиісті аспаптаp таңдап алынады.
ПРИНЦИПЫ ГЕОМОНИТОРИНГА НА ТЕРРИТОРИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ
Канапьянова Д. Г.
Под руководством Г.К. Джангуловой
Казахский национальный университет имени аль-Фараби
e-mail: gulnar_zan@mail.ru
На сегодняшний день в условиях быстро растущего потребления энергоресурсов в мире, особое стратегическое значение любого нефтегазового региона заключается в объемах запасов его энергоресурсов и местоположении. Каспийский регион в силу своего географического положения и наличия значительных запасов полезных ископаемых является центром внимания геополитических и
182
экономических интересов на мировой энергетической арене. Все прикаспийские государства занимают особенное положение: регион находится между основными рынками сбыта нефти и нефтепродуктов (Западная Европа и Восточная Азия) и странами, являющимися ведущими поставщиками углеводородного сырья (страны Ближнего и Среднего Востока, Россия).
Среди стран СНГ Казахстан является вторым по величине производителем нефти - после Российской Федерации.
Учитывая то, что в настоящее время ресурсы нефти и газа Каспия и открывшиеся перспективы участия иностранных компаний в их разработке направили геополитические и экономические интересы множества стран мира на данный регион, необходимо выявить возможные при этом преимущества для развития нефтегазового комплекса Казахстана и учесть их в формировании стратегии его дальнейшего развития.
Нефтегазовая отрасль Казахстана является основой экономического потенциала страны. Одной из основных научных и практических проблем стран, получивших политическую и экономическую независимость, является эффективное использование своих минерально-сырьевых ресурсов. В Казахстане сформирован нефтегазовый комплекс, социально-экономическая роль которого вывела страну в число крупных экспортеров нефти и газа.
На сегодняшнее время по подтвержденным запасам нефти Республика Казахстан входит в число 15 ведущих стран мира, обладая 3% мирового запаса нефти. Нефтегазоносные районы занимают 62% площади Казахстана, и располагают 172 нефтяными месторождениями, из которых более 80 находятся в разработке.
Развитие нефтегазового комплекса в Республике, привело к увеличению негативного воздействия на земельные ресурсы, что проявляется техногенные оседания земной поверхности.
Поэтому, геодезический мониторинг нефтегазовых месторождений развивался по двум направлениям; это создание геодинамических полигонов на территориях подверженных сейсмическим рискам и наблюдение за осадками и деформациями товарных парков резервуаров временной сохранности нефти (РВС). В настоящее время на некоторых территориях, создаются сети постоянно действующих GPS/ГЛОНАСС, базовых станций. На территории производственной деятельности нефтяной компании создается спутниковая сеть из пяти постоянно действующих станций.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Санатұлы Е.
Под руководством Г.К. Джангуловой
Казахский национальный университет имени аль-Фараби
e-mail: esen_1288@mail.ru
Издревле люди занимались строительством жилища, дорог, различных коммуникаций. Это приводило к созданию и развитию методов строительства, появлению измерительных и геодезических приборов. В настоящее время существует достаточно большой научно-технический прогресс.
Геодезия – это наука об методах измерения на земной поверхности, проводимых для определения формы и размеров Земли, изображения земной поверхности в виде планов, карт и профилей; создания различных инженерных сооружений. Геодезия имеет огромное значение в народном хозяйстве и развитии страны. Без геодезических измерений невозможно картографирование территории государства и изучение его природных богатств. Важную роль геодезические измерения играют в строительной отрасли и в областиземлеустройства.
Геодезия решает следующие основные задачи: получение геодезических данных на стадии проектирования сооружения (инженерно-геодезические изыскания); вынос в соответствии с проектом и закрепление на местности основных осей и границ сооружений (разбивочные работы); обеспечение правильных геометрических форм и размеров элементов сооружения на стадии строительства, определение отклонений построенных элементов сооружения от проектных (исполнительные съемки), наблюдение за деформациями земной поверхности или самого сооружения. При решение этих задач используют геодезические приборы. За последние годы выбор геодезических оборудований вырос и также улучшились их техническиехарактеристики.
183
Современные геодезические приборы можно разделить на несколько групп: геодезическое GPSоборудование, электронные тахеометры, электронные (цифровые) теодолиты, электронные (цифровые) нивелиры, лазерные сканеры.
Для того, чтобы было проще сориентироваться, необходимо знать, что каждая из вышеперечисленных групп имеет свое назначение и оптимальную область применения, хотя, конечно, области применения современных геодезических приборов могут частично пересекаться. Например, в частном случае, GPS-приемники могут заменить электронные тахеометры (например, при сьемке местности), и наоборот.
Электронный тахеометр – геодезический прибор для измерения расстояний, вертикальных и горизонтальных углов. Позволяет производить вычисления координат и высот точек на местности, применяется при выносе на местности высот и координат проектных точек. Тахеометр включает в себя: угломерную часть (на базе теодолита), свет дальномер и встроенную ЭВМ (используется для автоматизированной обработки данных и управления прибором). Также существуют тахеометры, включающие в себя встроенную систему GPS. Измерение углов производится при помощи их автоматического считывания и перевода в электрические сигналы с помощью аналогоцифровых преобразователей. Информация о значениях углов выводится в градусах или гонах. Метод измерения расстояний зависит от конструкции тахеометра. Различают фазовый и импульсный методы измерения расстояний. Фазовый метод заключается в измерении расстояний по разности фаз испускаемого и отраженного луча дальномера. Импульсный заключается в фиксации времени прохождения луча до отражателя и обратно. Некоторые модели тахеометров снабжены системой фокусировки зрительной трубы и электрооборудованием для работы ночью. Информация об измерениях обрабатывается при помощи ЭВМ и может быть выведена в память тахеометра или внешний полевой накопитель, а также на внешние устройства. Следовательно, при помощи современных тахеометров есть возможность создания комплексной системы автоматизированного картографирования. Электронные тахеометры имеют точность угловых измерений в половину угловой секунды (0°00’00,5"), расстояний — до 0.6 мм + 1 мм накм.
Лазерный нивелир - геодезический прибор, предназначенный для определения превышений и передачи высотных отметок. В основу конструкции положен принцип двойного изображения, используемый в оптических дальномерах; двойное изображение достигается при помощи оптического клина или призмы, закрепляемых в насадке, надеваемой на зрительную трубу. Нивелирование применяют при изучении форм рельефа, строительстве и эксплуатации сооружений, и других геодезических работах Наиболее распространенный тип нивелиров - оптические нивелиры. Основными частями нивелира является: зрительная труба - предназначена для проведения наблюдений (визирования); ось трубы называется визирной осью; круглый, цилиндрический уровень - служит для установки прибора в горизонтальное положение; подставка (трегер) - предназначена для установки прибора на штатив, а также для приведения в горизонтальное положение с помощью подъемных винтов. Большинство современных оптических нивелиров снабжены автоматическим компенсатором угла наклона, который при грубой установке, приводит визирную ось прибора в горизонтальное положение.
Принцип измерения превышений оптическим нивелиром достаточно прост и состоит в следующем: с помощью подъемных винтов прибор приводится в горизонтальное положение, затем наблюдатель поочередно берет отсчеты по нивелирной рейке, имеющей сантиметровые деления, устанавливаемой на наблюдаемых точках, разность в отсчетах и даст превышение между наблюдаемыми точками.
184
РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И СПОСОБОВ УКРЕПЛЕНИЯ ОСНОВНОЙ ДОРОГИ 14 км. ПРИ УСЛОВИЯХ ПРИЛИВА КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Тагаев Р.М.
Под руководством Г.К. Джангуловой
Казахский национальный университет имени аль-Фараби
e-mail: rus.m._9522@mail.ru
Эффективной методологией проведения мониторинга строительных объектов является проведение сплошных наблюдений для исследования деформационных процессов для безопасной их эксплуатации.
Использование методов измерений и систем, могут быть геодезическими, геофизическими, геомеханическими, в зависимости типа, структуры контролируемых деформаций, экологических условий и ожидаемой точности измерений. Связь используемых методов мониторинга измерений деформации оборудования разнообразны. При мониторинге геодезические изыскания включают в себя обычные (наземные точные измерения нивелирования, измерение углов и расстояний и т.д.), фотограмметрические (наземные, антенна и цифровая фотограмметрия), спутниковые (Глобальная система позиционирования-GPS, InSAR).
Как известно, инженерные сооружения (например, виадук) подвержены деформации в связи с такими факторами, как изменение уровня грунтовых вод, приливных явлений, тектонический явлений и т.д. В настоящих исследованиях разработка, выполнение и анализ деформаций дороги будут проведены в процессе реализации двух геодезических методов в деформации мониторинга крупных инженерных сооружений. В ходе исследования, контрольные точки сети были расположены с методикой измерений GPS и разницы высот поддерживались точными уравненными измерениями. Как результат измерения, X, Y, Z декартовой системы координат и разницы высот были определены из измерений GPS, как и точные уравненные измерения. Позже, анализ деформации с использованием разницы высот в зависимости от предоставленных данных GPS и данных из точного уравнивания выполнялись отдельно. Был выполнен 3D анализ деформаций с использованием GPS данных измерений. Полученные результаты будут применены в аналогичных условиях, при строительстве линейных сооружений.
Применение геодезических методов мониторинга деформаций инженерных сооружений сопровождается наземными, космическими методами измерения или позиционирования и/или комбинацию обоих этих методов. До начала 1980-х годов, деформации в инженерных сооружениях можно было определить только с помощью обычных методов измерения. После этого, с началом использования GPS методики измерений в геодезических и изыскательских приложениях, появились точные спутниковые измерения.
СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КВАЗИГЕОИДА
Туреханова В.Б.
Под руководством А.С.Раскалива
Казахский национальный университет имени аль-Фараби
e-mail: turekhanova_venera92@mail.ru
Одной из задач физической геодезии является определение глобального квазигеоида. Для решения этой задачи необходимо знать внешнее гравитационное поле Земли. Это поле может быть задано либо в виде цифровой модели средних значений аномалий силы тяжести, для стандартных трапеций на поверхности Земли, либо в виде системы коэффициентов в разложении потенциала силы тяжести в ряд по сферическим функциям. За последние годы значительно увеличился объем наземных гравиметрических данных, а также появилось множество различных высокостепенных моделей гравитационного поля Земли, основанных на наземных, космических, альтиметрических и градиенто-метрических данных [1-4].
Модели квазигеоида получают различными методами. В гравиметрическом методе искомые высоты квазигеоида определяют путем сочетания вычислений высот по интегральной формуле
185
Стокса в области, обеспеченной гравиметрической съемкой (обычно ограниченной радиусом не более 2 000 км), и использования гармонических коэффициентов геопотенциала (одной из комбинированных моделей гравитационного поля Земли) для учета дальних зон. В настоящее время модели квазигеоида могут быть получены методом спутникового нивелирования, с использованием данных ГНСС-измерений и геометрического нивелирования [5,6].
Имеющиеся в настоящее время гравиметрические измерения на поверхности Земли способны определять местные волны квазигеоида для участков Земли протяженностью, как правило, не более 1 000 км. Точность превышений высот квазигеоида, полученных в результате астрономогравиметрического нивелирования в системе координат 1995 года (СК-95), характеризуется следующими средними квадратическими ошибками - 6-9 см - при расстояниях 10-20 км; - 0,3-0,5 м - при расстоянии 1 000 км.
Однако для определения глобального квазигеоида с таким пространственным разрешением недостаточно существующих наземных гравиметрических данных. Современные спутниковые проекты позволили значительно повысить разрешающую способность и точность длинноволновой части моделей гравитационного поля, однако эти модели не могут отразить высокочастотные детали квазигеоида.
Без достоверной оценки точности и пространственного разрешения модель гравитационного поля Земли имеет ограниченную ценность. В научной литературе имеется достаточное количество публикаций, посвященных исследованию точности и разрешающей способности современных глобальных моделей гравитационного поля Земли, их анализу с применением наземной информации
[7].
Внастоящее время фирмы-производители спутниковой приемной аппаратуры (СПА) ГЛОНАСС/GPS и программного обеспечения (ПО) в свою технологию закладывают, главным образом, геометрическую часть в виде координатной основы и не вкладывают в необходимом объеме, детальности и точности гравитационную часть. Отсутствие адекватной гравитационной основы в ПО СПА не дает возможности решать на современном уровне точности и оперативности целый ряд геодезических задач.
На основе систем глобального позиционирования ГЛОНАСС/GPS открывают новый подход к созданию современной активной геодезической информации. Они позволяют создать активное координатно-гравитационное пространство (КГП) на локальной территории в виде спутниковой геодезической сети (СГС) активных базовых станций (АБС), математической модели квазигеоида и соответствующего программного обеспечения [8].
Изменения в геодезической практике, произошедшие за последние два десятилетия, привели к кардинальному изменению основных видов геодезических работ. Центральное место в геодезическом производстве заняли спутниковые методы координатных определений, основанные на использовании сигналов спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Отличительные характеристики этих методов – высокая точность, оперативность, всепогодность, возможность максимальной автоматизации измерений и снижения затрат труда квалифицированных специалистов, автоматизация процессов обработки. Для эффективной реализации потенциальных возможностей современных методов измерений в масштабах страны необходима соответствующая система геодезического обеспечения. Однако в настоящее время состояние системы геодезического обеспечения в нашей стране можно охарактеризовать как переходное. Несмотря на серьезные шаги по ее модернизации, она во многом сохраняет структуру, сформировавшуюся многие десятилетия назад. Выполнение организационных мероприятий по модернизации системы геодезического обеспечения должно сопровождаться серьезной научной проработкой многих направлений современной геодезии [9-10].
Вчастности, геодезические высоты, вычисляемые в результате обработки спутниковых измерений, и нормальные высоты, определяемые геометрическим нивелированием, существуют независимо друг от друга. Спутниковые измерения не позволяют определять разность значений потенциалов точек земной поверхности, а нивелирные измерения не связаны с принятой системой геодезических координат. Но необходимость установления связи между системой нормальных высот
ипространственной системой координат проявляется на всех уровнях топографо-геодезического производства. Так, например, в последнее время большое внимание уделяется проблеме создания условий для формирования единого пространства данных, необходимых для картографирования, ведения кадастров, создания геоинформационных систем. Топографо-геодезические данные, полученные на местах, необходимо уметь передавать заинтересованным организациям и интегрировать с данными из других источников. Здесь возникает проблема унификации систем координат и высот. В одних ситуациях по известным нормальным высотам должны быть получены
186
геодезические высоты, в других - по известным геодезическим высотам должны быть получены нормальные высоты [11-13].
Еще одним проявлением необходимости установления точной связи между геодезической системой координат и нормальной системой высот является неоднократно выраженная потребность внедрения метода спутникового нивелирования в геодезическую практику. Геометрическое нивелирование проигрывает определениям геодезических высот с использованием спутниковой аппаратуры по затратам и по производительности. Особенно это заметно в труднодоступных и малообжитых районах, которые занимают большую часть территории нашей страны. Поэтому задача замены геометрического нивелирования методом определения нормальных высот по геодезическим высотам, полученных из спутниковых измерений, является одной из наиболее актуальных задач, стоящих перед геодезическим производством.
Связь между геодезическими высотами в пространственной системе координат и нормальными высотами осуществляют высоты квазигеоида. В структуре системы геодезического обеспечения, которая формируется в настоящее время, модели высот квазигеоида отнесены к отдельному блоку, отвечающему за распространение возможностей спутниковых методов координатных определений на большинство видов работ топографо-геодезического производства.
На государственном уровне основное внимание уделяется развитию и поддержке единой государственной системы геодезических координат и государственной системы нормальных высот. Поэтому, когда речь идет о моделях высот квазигеоида как об элементе государственной системы геодезического обеспечения, следует понимать, что эти модели высот квазигеоида должны осуществлять связь именно государственной геодезической системы координат с государственной системой нормальных высот. Требования, предъявляемые к точности моделей высот квазигеоида, ограничиваются только реально существующими возможностями [14].
Модель высот квазигеоида может быть использована при решении широкого круга топографогеодезических задач. Возможно применение модели для выполнения спутникового нивелирования с целью замены геометрического нивелирования III – IV классов, для обеспечения преобразований координат из одной системы в другую. Модель может быть использована в качестве необходимого элемента блока преобразований координат в системе, обеспечивающей поддержку создаваемого в настоящее время в нашей стране единого геоинформационного пространства.
Огромное значение имеют оценки точности гравиметрической информации, позволяющие выполнять предварительную оценку точности создаваемых моделей высот квазигеоида в зависимости от характеристик гравиметрических данных имеющихся в наличии. И в случае необходимости проектировать работы по подготовке более точных гравиметрических данных и более точных цифровых моделей рельефа.
В настоящее время наиболее подробную цифровую информацию о рельефе для обширной территории нашей страны можно получить по модели SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), находящейся в свободном доступе в Интернете. В этой модели значения нормальных высот заданы в узлах регулярной сетки с дискретностью 3²´3². Для ее использования при вычислении гравиметрических высот квазигеоида были выполнены исследования точности. Высоты, полученные по модели SRTM, сравниваются с высотами, полученными с топографических карт масштаба 1:25 000 и 1:50 000, для площадных участков, а также с высотами пунктов плановой государственной геодезической сети (ГГС) [15].
Технология использования моделей рельефа предусматривает обработку очень больших объемов данных, занимающих многие гигабайты памяти. Сравнительно недавно возможности вычислительной техники не позволяли этого делать, поэтому использовался другой подход. В узлах регулярной сетки систематизировали не значения аномалий Буге, а осредненные значения аномалий силы тяжести в свободном воздухе. Важно, что осредненные значения аномалий получали не осреднением аномалий в свободном воздухе, наблюдаемых на гравиметрических пунктах, а поэтапно.
На пример процесс создания модели геометрических высот квазигеоида для территории, ограниченной параллелями 64° на севере и 43,5° на юге, долготами 30° на западе и 48° на востоке, требует систематизации пунктов ФАГС/ВГС. Каждый пункт ФАГС/ВГС связан спутниковыми измерениями как минимум с двумя пунктами главной высотной основы. Это означает, что вся сеть опорных пунктов, использованная для создания модели высот квазигеоида, разбивается на пары пунктов, сравнительно близко расположенных друг относительно друга. Такая схема расположения опорных пунктов позволяет контролировать наличие грубых ошибок в значениях геометрических высот квазигеоида, среднеквадратическая ошибка определения абсолютных значений высот квазигеоида для исследуемого района должна быть на более 10 см. Точность превышений высот
187
квазигеоида позволяет использовать модель для выполнения спутникового нивелирования, сопоставимого с точностью геометрического нивелирования III – IV классов[16].
ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫХ СПУТНИКОВЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Туреханова В.Б.
Под руководством А.С.Раскалива
Казахский национальный университет имени аль-Фараби
e-mail: turekhanova_venera92@mail.ru
На заседании Правительства РК предложен проект создания государственной спутниковой геодезической сети и установления государственной системы координат был предоставлен [1]. Большинство высокоразвитых стран в значительной степени уже сформировало национальные (государственные) спутниковые геодезические сети и системы координат, оптимально ориентированные на сохранение и развитие геодезического потенциала и принимают активное участие в международных проектах по созданию общеземной геоцентрической системы координат.
В настоящее время в Республике Казахстан установлена единая государственная система координат 1942 года (СК-42). В 1991 году она была уравнена с использованием последних достижений науки и технологий. Было выявлено, что по мере удаления от исходного пункта Пулково поправки к координатам возрастают. На территории Казахстана поправки достигают от 3 до 7 метров, а современное геодезическое оборудование предназначено для работы на основе спутниковых технологий с точностью 2 см. . Система координат Ск-42 имеет гриф «секретно», что затрудняет получение геодезических и картографических материалов в различных отраслях кономики и промышленности, ограничивает доступ негосударственных структур, юридических и физических лиц, в том числе иностранных инвесторов.
Задачей науки является разработка научно-методических основ оптимального создания государственной спутниковой геодезической сети и установления государственной системы координат с сохранением потенциала существующих геодезических сетей и с использованием опыта построения геодезических сетей в наиболее информационно развитых странах мира.
Наиболее полными глобальными системами позиционирования на сегодняшний день являются американская система Global Positioning System (GPS) и российская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС). Но обе эти глобальные спутниковые сети не соответствуют критерию эффективности, поскольку количество пунктов геодезической сети, практически реализующих эту систему, ограничено и они малодоступны для использования потребителем при решении высокоточных задач науки и экономики, а также в целях международного сотрудничества.
Поэтому в высокоразвитых странах мира, помимо участия в международных программах по построению международной геоцентрической системы координат, одновременно создают региональные (межгосударственные) и национальные пространственные системы координат, оптимальным образом ориентированные на реализацию государственного геодезического и картографического потенциала.
Геодезические сети, создаваемые спутниковыми технологиями, разделяют на глобальные, континентальные, национальные, региональные и локальные. Возможности современных спутниковых технологий, проявляющиеся в точном и оперативном определении координат пунктов, расположенных в пределах земного шара, были использованы для создания глобальной опорной геодезической сети [2].
Наиболее точной и эффективной глобальной спутниковой геодезической сетью является (ITRF - International Terrestrial Reference Frame) - практическая реализация международной земной опорной системы координат (International Terrestrial Reference System — ITRS). Каталоги координат пунктов
ITRF вследствие непрерывного совершенствования сети Международной ассоциацией геодезии
(МАГ) - IAG (Inter-national Association of Geodesy) периодически обновляются [3]. При этом ITRF
является одновременно и опорной сетью и службой IAG. ITRF развивается и поддерживается вместе и неразрывно с ITRS. ITRS/ITRF признаны во всѐм мире в качестве международной опорной системы для использования в различных фундаментальных и прикладных задачах (физика, астрономия, геодинамика, геодезия и пр.).
188
Поддержание и развитие IТRS/ITRF входит в компетенцию и является одной из главных целей деятельности ещѐ одной службы IAG – Международной службы вращения Земли и опорных систем
(МСВЗ) - IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service). Мониторинг, проводимый на пунктах глобальной геодезической сети, позволяет периодически уточнять координаты этих пунктов, вычислять точные значения эфемерид спутников систем позиционирования. Спутниковые наблюдения позволяют изучать геодинамические явления, происходящие в земной коре, ионосфере, тропосфере и т.д. Ведутся работы по построению и эксплуатации глобальной сети постоянных GPS пунктов. В число постоянных пунктов Международной службы GPS для геодинамики (IGS) на территории Республике Казахстан включены Петропавловск и Чимкент.
ITRF является блоковой системой и включает 6 региональных опорных сети и соответственно 6 управляющих ими региональных подкомиссий IAG, а именно: региональная подкомиссия по Европе - EUREF, региональная подкомиссия по Южной и Центральной Америке - SIRGAS, региональная подкомиссия по Северной Америке - NAREF, региональная подкомиссия по Африке - AFREF, региональная подкомиссия по Азиатско-Тихоокеанскому региону, региональная подкомиссия по Антарктике - SCAR. Указанные региональные подкомиссии входят в Подкомиссию IAG по региональным опорным сетям SC1.3, созданную в 1987 году решением Генеральной Ассамблеи
(International Union of Geodesy and Geophysics) IUGG. Структура, цели и задачи региональных подкомиссий ITRF имеют общее и отличия.
Наиболее близкая к РФ региональная подкомиссия по Европе EUREF преследует цель по созданию и развитию EUREF Permanent Network (Мониторинговой сети EUREF) - EPN, основополагающими принципами развития которой являются:
-открытость для развития по принятым EUREF правилам;
-пункты EPN должны быть «активными», т.е. постоянно наблюдать ГНСС;
-тенденция наращивания наблюдений в ГНСС, помимо GPS, системы ГЛОНАСС (а далее GALILEO и COMPASS) – на конец 2010 года количество пунктов наблюдений (ПН), работающих по ГЛОНАСС, составило 50% от общего количества ПН EPN;
-инфраструктурная поддержка всех специальных проектов, связанных с GALILEO, и называемых Европейские инициативы (European initiatives);
-совместное развитие с европейскими высотными сетями (UELN, EUVN) и Европейской комбинированной геодезической сетью ECGN;
-согласованная работа центров данных и центров анализа по принятым EUREF правилам;
-использование рекомендованных EUREF, но различных, пакетов программ (ПП) - BERNESE,
GIPSY/OASIS и GAMIT - с применением различных моделей и стратегий обработки данных.
Блока и соответствующей инфраструктуры ITRF по Восточной Европе, Северной и Средней Азии, покрывающих большую часть территории бывшего СССР, нет.
Необходимость учета характерных для конкретных континентов факторов (тектонические движения Австралийской плиты составляют примерно 70 мм в год [4], оказывающих влияние на изменения с течением времени значений определяемых координат, обусловило целесообразность построения континентальных опорных геодезических сетей. Примером континентальной сети служит Европейская геодезическая сеть (EUREF), созданная при участии 16-ти европейских стран, где наряду с GPS предусматриваются измерения с помощью спутниковых лазерных дальномерных систем (SLR) и радиоинтерферометров со сверхдлинной базой(VLBI).
Наряду с глобальной и континентальными геодезическими сетями, создаваемыми на основе спутниковых технологий, аналогичные подходы используются и при построении национальных опорных геодезических сетей, обеспечивающих наиболее рациональное и эффективное практическое определение координат и высот пунктов на всей территории страны с точностями, требуемыми для решения возможно более широкого круга научно-технических и производственных задач.
Характерным примером национальной спутниковой геодезической сети является сеть Австралии. Геодезическая спутниковая сеть Австралии объединяет основную, национальную сети и
спутниковую сеть GPS.
Австралийская основная сеть (Australian Fiducial Network — AFN) включает восемь постоянно действующих станций, координаты которых определены в эпоху 1994.0 с точностью до нескольких сантиметров (2–4+10-9) мм.
Австралийская национальная сеть (Australian National Network — ANN) состоит из равномерно расположенных пунктов со средним расстоянием между ними около 500 км.
Государственная сеть GPS (State GPS networks) представляет собой заполняющую сеть со сторонами 10–100 км [5-7].
Применительно к США это: совокупность федеральной опорной сети, объединенной опорной сети и пользовательской сети сгущения. В Российской Федерации предусмотрено построение на
189
основе спутниковых технологий фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), высокоточной геодезической сети (ВГС) и спутниковой сети 1 классаСГС-1.
Федеральная опорная сеть (Federal Base Network — FBN) представлена сетью постоянно действующих фундаментальных станций, расположенных через 100 км. Сеть обеспечивает пространственный контроль с наиболее высокой на сегодняшний день точностью (95%):1 см для широт и долгот, 2 см для эллипсоидальной (геодезической) высоты, 3 см для ортометрической высоты, 50 мкГал для силы тяжести, 1 мм/год для движения земной коры [8-10] .
Объединенная опорная сеть (Cooperative Base Network — CBN) объединяет постоянно действующие станции, расположенные на территории Соединенных Штатов на расстоянии 25–50 км одна от другой. Национальная геодезическая служба США (National Geodetic Survey — NGS) отвечает за CBN и оказывает помощь и консультации сотрудничающим учреждениям в осуществлении пространственного контроля в соответствии с принятыми федеральными стандартами и техническими условиями.
Пользовательская сеть сгущения (User Densification Network — UDN) обеспечивает пространственную привязку локальных инфраструктурных проектов, а при необходимости — и контроль качества, архивирование и распространение данных пунктов UDN. Перед отправкой данных в NGS, организация — владелец пунктов UDN должна проверить их точность, используя программное обеспечение, поставляемое NGS
В состав создаваемой государственной геодезической сети Российской Федерации нового типа должны входить 50 пунктов фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), 300 пунктов высокоточной геодезической сети (ВГС) и 6 000 пунктов спутниковой геодезической сети 1-го класса
(СГС-1).
Из постоянно действующих пунктов ФАГС 33 пункта являются пунктами открытого пользования, часть из них является российским сегментом международной сети IGS. Так как определения координат проведены в системе координат ITRS, а при уравнивании сети пунктов ФАГС были использованы данные пунктов ITRF на территории России и части зарубежных пунктов сети ITRF, практически все точностные характеристики координат пунктов российской высокоточной геодезической сети аналогичны характеристикам международной сети ITRF, включая её геоцентричность.
Процесс построения современной системы координат не может успешно развиваться изолированно в границах отдельных государств. Это обусловлено, во-первых, техническими причинами, связанными со спецификой современных средств геодезических и астрономических измерений, лежащих в основе построения систем координат, а во-вторых, национальная система геодезических координат, как составная часть экономики страны, вольно или невольно должна развиваться в русле общемировых интеграционных экономических процессов. Поэтому при разработке технологии построения объединенной геоцентрической системы координат должен быть изучен и учтен мировой опыт создания современных геоцентрических систем координат [11-13].
Таким образом, большинство высокоразвитых стран, имеющих значительные территории, принимая активное участие в международных проектах и программах по созданию единой общеземной геоцентрической системы координат, формируют также национальные (государственные) системы координат, оптимальным образом ориентированные на сохранение и развитие геодезического и картографического потенциала, уже созданного к этому времени.
ОРЛОВ КЕН ОРНЫН МАРКШЕЙДРЛІК БАҒДАРЛАМАМЕН ҚАМТАМАСЫЗДАНДЫРУ
Тынышжанов С.К., Қожаев Ж.Т. жетекшілігімен
Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті e-mail: zh_gis@mail.ru
Зерттеу өзектілігі. Қазіргі таңда заманауи маркшейдерлік және геодезиялық аспаптар мен бағдарламалық өнімдерінің дамуы өлшеудің дәлдігін және жоғары өнімділікті қажет етеді. Қазіргі уақатта геодезия мен картографияда, маркшейдерлік істе пункттердің орналасу координаталары мен карта жасауда жаңа әдістерді қолданады. Көптеген ғылыми-техникалық және геодезиялық өндіріс ұйымдары, өлшеу қорытындысын шұғыл және электронды сандық карта түрінде
190