Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Картографирование русел рек в россии 9
1.1. Картографирование русел рек в царское время 9
1.2. Картографирование русел рек в советскую эпоху 19
1.3. Современное состояние картографирования русел 24
Глава 2. Характеристика и применение спутниковых способов определения координат в русловых съемках 28
2.1. Абсолютные способы определения координат 30
2.1.1. Автономное определение координат 30
2.1.2. Дифференциальное определение координат 32
2.2. Относительные способы определения координат 34
2.2.1. Статическое определение координат 35
2.2.2. Кинематическое определение координат 36
2.3. Методы повышения точности при относительных способах определения координат 38
2.3.1. Определение координат в системах ПЗ-90 и WGS-84 38
2.3.2 Использование точных эфемерид при относительных способах определения координат 40
2.4 Определение нормальных высот спутниковыми методами 40
Глава 3. Методики планово-высотного обоснования применением спутникового позиционирования 44
3.1. Опорная геодезическая сеть на крупных реках 45
3.2. Съемочная геодезическая сеть на крупных реках 51
3.3. Развитие планово-высотной сети на верхнем Алдане... 53
3.3.1. Краткая характеристика территории 53
3.3.2. Измерения относительными способами спутникового позиционирования на верхнем Алдане 55
3.3.3. Относительные определения координат при построении опорных сетей по измерениям на р. Алдан и пункте IGS в г.Якутске 58
3.3.4. Оценка точности векторных ходов 59
3.4. Методика приведения значений глубин к проектному уровню с помощью спутникового позиционирования 62
3.4.1. Методика определения проектного и рабочего уровней водной поверхности 62
3.4.2. Высотное обоснование проектного уровня на верхнем Алдане 67
3.4.3. Определение уклонов водной поверхности на Усть-Алданском перекате 71
3.4.4. Определение уклонов уровня водной поверхности в условиях ветрового сгона на взморье р. Яны 74
Глава 4. Геоинформационные технологии создания модели пространственных данных и электронных карт русел крупных рек 80
4.1. Модель пространственных данных при геоинформационном обеспечении русловых исследований.. 81
4.1.1. Характеристика и источники пространственных данных 82
4.1.2. Математическая основа пространственных данных 84
4.1.3. Съемка русла рек с помощью геоинформационных технологий 85
4.1.4. Опыт полевых съемок программно-аппаратным комплексом на крупных реках 95
4.1.5. Опыт создания цифровых моделей рельефа на реках Сибири 98
4.2. Методика создания карт русел крупных рек по пространственным данным 102
4.2.1. Содержание карт русел рек 102
4.2.2. Математическая основа карт 104
4.2.3. Создание электронной карты русла 104
4.3. Методика создания электронных навигационных карт русел крупных рек по пространственным данным 108
4.3.1. Проблема составления электронных навигационных карт внутренних водных путей 108
4.3.2. Содержание навигационных карт рек 110
4.3.3. Математическая основа карт 111
4.3.4. Использование цифровых пространственных данных русел рек при навигационном картографировании 112
Заключение 116
Литература 118
- Современное состояние картографирования русел
- Методы повышения точности при относительных способах определения координат
- Измерения относительными способами спутникового позиционирования на верхнем Алдане
- Методика создания карт русел крупных рек по пространственным данным
Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. Реки как природный компонент давно используются человеком в своих транспортных и хозяйственных нуждах. По мере возрастания на них антропогенной нагрузки возникает потребность контроля и прогнозирования русловых процессов. Основой при проведении исследований, проектирования, строительства и эксплуатации объектов на реках всегда служат планы и карты русла. Рельеф русла быстро меняется во времени, поэтому для создания карт необходимо периодически проводить комплекс полевых измерений с целью получения соответствующей батиметрической информации.
В последнее десятилетие при полевых съемках все более активно используются системы спутникового позиционирования ГЛОНАСС и GPS. Преимущество применения современных спутниковых методов при съемках русел состоит в том, что они позволяют с требуемой точностью решать задачи, которые выполнить традиционными способами трудоемко, а порой и невозможно. Это особенно актуально для участков крупных рек со сложной морфологией и быстро текущими процессами русловых переформирований. Во многих регионах России существуют также проблемы планово-высотного обоснования, т. к. геодезическая основа вдоль крупных рек развита слабо или находится в запущенном состоянии.
Несмотря на широкое применение методов спутникового позиционирования при русловых съемках, их потенциал используется не в полной мере. Большей частью применяются лишь те спутниковые методы, которые способны обеспечить пространственную привязку с точностью до 20-30 м и реже - с точностью 3-5 м. При крупномасштабных исследованиях динамики русловых процессов и картографировании рек, например в целях гидротехнического проектирования и судоходства, требуется более высокая точность определения. Несмотря на большую потребность, совсем не используются точные относительные способы спутникового высотного обеспечения натурных исследований. Поэтому разработка методики применения относительных способов спутникового позиционирования при исследовании русел является актуальной задачей.
В настоящее время при проведении съемок и при создании планов и карт русел рек успешно внедряются геоинформационные технологии. Спутниковые методы
пространственной привязки и возможности геоинформационного картографирования позволяют также реализовать другие способы создания русловых карт, отличные от сложившихся традиционных. Между тем еще нет разработанных методик, раскрывающих возможности геоинформационного картографирования и спутникового позиционирования при составлении русловых карт. Реки являются динамичным объектом. В силу этого невозможен перенос имеющихся способов гидрографии, используемых при составлении морских карт, на речные навигационные карты. Современные технологии позволяют по-новому подойти к построению русловых и навигационных карт.
Целью диссертационной работы является разработка методики комплексного применения способов спутникового позиционирования и современных геоинформационных технологий при проведении русловых исследований и создании русловых и навигационных карт.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
Изучить и обобщить существующий опыт русловых съемок и картографирования рельефа русел рек.
Разработать методику применения способов спутникового позиционирования при планово-высотном обосновании русловых съемок.
Разработать методику приведения глубин к проектному уровню водной поверхности с помощью относительных способов спутникового позиционирования.
Разработать структуру и содержание модели пространственных данных для геоинформационного обеспечения русловых исследований крупных рек.
Разработать методику создания электронных карт русел рек на основе модели пространственных данных.
Разработать методику создания электронных навигационных карт крупных рек на основе модели пространственных данных.
Методика и объекты исследований. Исследования опирались на научно-методологические принципы и идеи тематического картографирования, заложенные К.А. Салищевым и другими учеными университетской школы, на достижения в области геоинформационного картографирования A.M. Берлянта, B.C. Тикунова, И.К. Лурье, Б.А. Новаковского и др., на теоретические и практические разработки в области исследования русловых процессов Научно-исследовательской лаборатории
эрозии почв и русловых процессов Н.И. Маккавеева и на современные достижения в области спутниковых технологий и применения глобальных систем ГЛОНАСС и GPS.
Исследования проводились автором в период 1999-2005 гг. в составе Ленской русловой партии географического факультета МГУ. Был выполнен комплекс натурных измерений с применением методов статического и кинематического позиционирования. В зависимости от поставленных задач использовались различные способы спутникового позиционирования. При разработке методики картографирования рассмотрены возможности совместного использования данных дистанционного зондирования и других источников.
Объектом исследований являлись участки крупных рек Якутии и р. Волги. Точность построения пространственных векторных ходов, создаваемых методом статики в целях планово-высотного обоснования, исследовалась на участке р. Алдан от г. Томмота до пос. Угино. Методика высотного обоснования разрабатывалась применительно к рекам с разными гидроморфологическими условиями. Для слабодеформируемых рек рассмотрен участок верхнего Алдана, для свободнодеформируемых русел - участок средней Лены при впадении в нее р. Алдан, а для устьевых участков - устье р. Яны. Методика электронного картографирования русел рек и создания электронных навигационных карт разрабатывалась на примере рек Лены, Алдана и Волги.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые в практике русловых исследований разработана и апробирована на реках Сибири методика применения высокоточных относительных способов спутникового позиционирования:
Изучена точность построения векторных геодезических сетей, вытянутых вдоль рек. При разных начальных условиях для съемочных ходов получены количественные точностные характеристики.
Разработана методика высотного обоснования полевых съемок русел рек применением моделей квазигеоида и способов статического позиционирования. На район центральной Якутии выявлена систематическая погрешность в высотах квазигеоида РГК-2002. Работами, проводившимися на
реке Алдан, экспериментально доказана возможность получения нормальных высот с точностью до 5 см. - Предложен новый высокоэффективный метод определения высот рабочих и проектных уровней водных поверхностей при помощи способов кинематического позиционирования. Метод существенно повышает точность батиметрических карт, особенно в районах с неразвитой сетью реперов и гидрологических постов и на реках со сложными гидроморфологическими условиями.
При помощи разработанных методик получены натурные количественные характеристики высотного положения водной поверхности при различных гидроморфологических условиях на реках Алдан, Лена, Яна.
Предложена и апробирована на реках Алдан, Лена, Волга методика создания электронных русловых и навигационных карт, учитывающая специфику русел при построении цифровых моделей рельефа, современные требования и возможности геоинформационных технологий.
Практическая значимость работы. Значительная часть результатов исследований внедрена и используется в Ленском и Амурском государственных бассейновых управлениях водных путей и судоходства, в Управлении канала им. Москвы. Разработанные методики применяются при проведении полевых съемок, картографировании рельефа русел крупных рек, а также создании электронных навигационных карт.
Полученные количественные гидроморфологические характеристики при разных условиях могут использоваться в гидрологических или специальных русловых исследованиях.
Опыт применения спутникового позиционирования использован при разработке практических заданий в практикуме по спутниковому позиционированию и в сборнике задач и упражнений по геоинформатике, а также внедрен в учебный процесс.
Апробация. Основные результаты исследований докладывались на региональных, всероссийских и международных конференциях, в том числе: на международных конференциях ИНТЕРКАРТО (Апатиты, 2000; Хельсинки, Санкт-Петербург, 2002; Ставрополь, 2005); на международной конференции «Ломоносов - 2000» (Москва,
2000); на II всероссийской научной конференции «Картография XXI века: теория, методы, практика» (Москва, 2001); на пленарных совещаниях Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Санкт-Петербург, 2001; Белгород, 2004; Ульяновск, 2005); на научных семинарах молодых ученых под эгидой Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Вологда, 2000; Пермь, 2002; Брянск, 2004); на IX Всероссийском форуме «Геоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование» (Москва, 2002); на 8-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблема ввода и обновления пространственных данных» (Москва, 2003); на Международной VI конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (Москва, 2004).
По теме диссертации опубликованы 23 научные работы.
Объем и структура. Работа состоит из 4 глав, введения, заключения (117 страниц текста) и списка литературы (148 наименований), содержит 29 рисунков и 4 таблицы.
Диссертационная работа выполнена на кафедре картографии и геоинформатики географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
Автор искренне благодарен своему научному руководителю Б.Б. Серапинасу за поддержку и постоянное внимание при написании работы, заведующему кафедрой картографии и геоинформатики A.M. Берлянту, заведующему лабораторией аэрокосмических методов Ю.Ф. Книжникову, а также Т.Г. Сватковой, B.C. Тикунову, СВ. Чистову и остальному коллективу кафедры за ценные замечания по работе. Автор признателен старшим научным сотрудникам НИЛ эрозии почв и русловых процессов А.А. Зайцеву и О.М. Кирику за предоставленную возможность участия в полевых работах Ленской партии географического факультета МГУ, в ходе которых была поставлена задача научных исследований, собраны полевые материалы и накоплен необходимый опыт изучения русловых процессов, а также сотрудникам, аспирантам, студентам, выпускникам географического факультета и сотрудникам Ленского государственного бассейнового управления водных путей, принимавшим участие в совместных полевых работах.
Современное состояние картографирования русел
В конце XX века в отечественной картографии при текущем развитии научно-технического потенциала активно внедряются процессы автоматизации. Происходит появление нового направления - геоинформационного картографирования, основы которого заложил С.Н. Сербенюк. Теоретические и практические аспекты геоинформационного картографирования в настоящее время нашли развитие в трудах A.M. Берлянта, И.К. Лурье, Б.А. Новаковского, B.C. Тикунова и др.
Развитие систем спутникового позиционирования ГЛОНАСС и GPS открыло новые возможности при проведении геодезических работ [Книжников и др., 1997]. При съемках стала не нужна оптическая видимость между опорной и измеряемой точками, что являлется главной особенностью спутниковых методов. Появились новые способы геодезического обоснования при развитии планово-высотных сетей, проведении полевых исследований. Теоретические и практический аспекты нашли развитие в трудах А.А. Генике, Г.Г. Побединского, Г.А. Шанурова, Б.Б. Серапинаса и
После распада СССР в новой России наступил экономический кризис, повлиявший на дальнейшее развитие речного транспорта. Из-за отсутствия финансирования речной транспорт и его обслуживание резко приходили в упадок. Сокращаются объемы выправительных работ, количество изыскательских партий, а соответственно - съемочных работ, встает на прикол основная часть флота. В работе гидрометслужбы также местами происходит свертывание пунктов гидрологических наблюдений. Реки, на которых проводились интенсивные выправительные работы, в результате чего удавалось поддерживать большие глубины для судоходства, начинают приходить в естественное состояние. Период восстановления зависел от темпов процессов естественных русловых переформирований на них. При отсутствии землечерпательных работ перекатные участки обмелели. Отсутствие внимания к пунктам высотной и съемочной сетей при сокращении изыскательских партий привело к частичному их уничтожению. При малом количестве русловых съемок не обновляются лоции на реки. Тем не менее, в некоторых районах России значимость водного транспорта требовала постоянного обслуживания водных путей [Дегтярев, 2004].
При проведении съемок начинают использоваться системы спутникового позиционирования. Основное их применение - только плановое обоснование съемок.
Ограниченность в использовании возможностей спутникового позиционирования и геоинформационного картографирования обусловлено отсутствием высококвалифицированных кадров и нормативных инструкций по проведению съемок рек с помощью новых технологий. Несмотря на такое положение дел, Министерство транспорта РФ начинает активно развивать электронно-навигационную доктрину. Первые попытки предпринимаются на морском транспорте, а позже - на речном. Им издаются технико-эксплуатационные требования к электронно-картографическим системам [Технико-экплуатационные ..., 1994] и руководящие документы [РД 52-013-01, 1999; РД 152-012-01, 2001], которые обязывают создавать карты в мировой геоцентрической системе координат WGS-84.
Существует морской опыт использования ЭМНК (электронных морских навигационных карт) в международном формате S-57 [Губернаторов, 2003; Дмитриев и др., 2004]. Правом создавать карты в формате S-57 со стороны России обладает только ГУНиО. Существующая технология предполагает производить векторизацию бумажных морских навигационных карт и перевод их в электронный вид. Но, в отличие от моря, реки являются динамичным объектом. Рельеф рек подвержен быстрым изменениям. Таким образом, векторизация существующих русловых карт не подходит для перевода их в электронный вид. Лоцманские речные карты, в отличие от морских, составлены в прямоугольной системе координат. Соответственно необходимо производить съемки рек в геодезических системах WGS-84 или ПЗ-90. При этом методики и требования к съемкам и составлению карт отсутствуют. Из существующих нормативов можно отметить инструкции ЦНИГАиК по построению государственной геодезической спутниковой сети [Инструкция по построению ..., 2002] и по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS [Инструкция по развитию ..., 2002], руководство ЦНИИГАиК по созданию и реконструкции городских сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАС/GPS [Руководство ..., 2003], а также свод правил при инженерно-геодезических изысканиях для строительства СП 11-104-97 [Свод ..., 1997]. В инструкциях приведены требования к построению государственных сетей и методики проведения съемок. Руководство содержит принципы и требования построения геодезических сетей спутниковыми методами в городских поселениях. Свод правил, разработанный для строительства, включает, помимо основных требований, устаревший список оборудования, рекомендуемого для проведения измерений. Эти документы не содержат нормативов по планово-высотному обоснованию и методик, учитывающих специфику русловых изысканий.
Из учебных практических пособий следует отметить «Практикум по спутниковому позиционированию» под редакцией проф. Ю.Ф. Книжникова [Жуков, Серапинас, 2002] и «Практические работы по курсу "Водно-технические изыскания и русловые процессы"» под редакцией проф. Р.С. Чалова [Чалов и др., 2003]. В первом пособии достаточно подробно приведены практические аспекты использования способов спутникового позиционирования, но отсутствует специфика русловых съемок. Во втором пособии в восьмом задании даны только основы электронного составления карт по данным спутникового позиционирования. Полноценные методики, раскрывающие возможности геоинформационного картографирования и спутникового позиционирования при составлении электронных карт и производства русловых съемок русел рек, на данный момент отсутствуют.
При обзоре истории и современного состояния крупномасштабного картографирования русел рек можно сделать следующие выводы: - по мере развития традиционных методов топографического и тематического картографирования крупномасштабные русловые карты улучшались по содержанию; эволюция традиционных геодезических методов при планово-высотном обосновании существенно повысила точность геодезической и математической основ карт; научно-технический потенциал на современном этапе в русловых крупномасштабных исследованиях используется не в полной мере, а лишь для решения конкретных локальных задач. Отсутствует комплексный подход к обоснованному применению способов спутникового позиционирования и геоинформационных технологий.
Методы повышения точности при относительных способах определения координат
Системы GPS и ГЛОНАСС функционируют и позволяют определять местоположение в системах координат WGS-84 и ПЗ-90 [Boucher, Altamimi, 2001; ГОСТ Р 51794-2001, 2001]. Точность, как было сказано выше, зависит от способа определения координат. Абсолютные координаты можно определять относительными способами с заявленной точностью при использовании опорных точек с известными геодезическими координатами. В настоящее время на территории РФ система ПЗ-90 закреплена пунктами ГГС (Государственной геодезической сети). Выделяют три уровня сетей ГГС: ФАГС (Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть), ВГС (Высокоточная геодезическая сеть), СГС-І (Спутниковая геодезическая сеть I класса). Наиболее равномерно по всей стране представлена сеть ФАГС, состоящая из 32 пунктов [Инструкция по построению ..., 2002; Генике, Побединский, 2004]. Точность взаимного положения пунктов - около 1-2 см при длинах векторов 500-700 км. Следующий уровень сети, менее точный, включает пункты ВГС. Точность взаимного положения 2-3 см при длинах векторов 150-300 км. Пункты данной сети наиболее развиты в средней полосе и на юге Европейской части России. Пункты сети СГС-І только начинают создаваться по стране [Лобазов и др., 2005]. Точность взаимного положения пунктов - 1-2 см при длинах векторов 40-50 км.
Для определения геодезических координат в системе ПЗ-90 относительно пунктов АТС необходимо установить на них аппаратуру и произвести синхронные измерения. Наиболее удобными с этой точки зрения являются пункты IGS (International GPS Service for Geodinamycs) [International..., 1999]. Сеть IGS предназначена для изучения процессов геодинамики и решения ряда других задач [Галаганов и др., 2003; Dietrich et al., 2001]. Пространственная точность взаимного расположения пунктов в сети -около 1-2 см. Координаты этих пунктов, в соответствии с постановлением Правительства РФ, разрешены к опубликованию [Генике, Побединский, 2004]. Размещение пунктов IGS на территории Российской Федерации приведено на рис. 7. На них производятся непрерывные с дискретностью 30 секунд ГЛОНАСС/GPS измерения. Файлы наблюдений формируются в формате RTNEX, который поддерживают все программы для обработки спутниковых измерений. Файлы структурированы по дате и открыты для свободного доступа через Интернет. Для каждого пункта имеется информация о координатах, типе используемого приемника и типе антенны. Располагая данными измерений на пункте IGS и измерений, выполненных приемником над определяемой точкой, можно рассчитать пространственный вектор между этими пунктами. Таким путем более точно определяются координаты объектов в системах WGS-84 или ПЗ-90 и упрощается задача построения локальных геодезических сетей. При этом, как показал опыт соискателя, возможно определение векторов длиной 300-400 км.
Местоопределение в системах спутникового позиционирования рассчитывается с использованием эфемерид. Эфемериды - информация о координатах спутника. Очень большое влияние на качество определения координат оказывает точность эфемерид [Рогозин, 1996]. Бортовые эфемериды - информация о положении спутника, заложенная на его борт с пунктов наземного управления. Точность бортовых эфемерид составляет около 20 метров [Beutler et al., 1994; Langley et al., 2000; Kouba et al., 2001]. Эти данные передаются со спутника в процессе измерений. Кроме бортовых эфемерид можно использовать и скорректированные эфемериды, которые учитывают возмущающие факторы, влияющие на движение спутника. Для системы GPS существует специализированная служба, которая по непрерывным наблюдениям на наземных пунктах предоставляет данные для вычисления положений всех спутников с точностью до 5 см [Антонович, 2003]. Точные эфемериды доступны пользователям через Интернет, спустя 14 дней после проведения измерений. Для системы ГЛОНАСС данный сервис, в отличие от GPS, недоступен [Бойков и др., 1993].
Измерения относительными способами спутникового позиционирования на верхнем Алдане
Работы по планово-высотному обоснованию производились в составе Ленской русловой партии географического факультета МГУ. Основная задача состояла в исследовании перекатов с проведением русловых съемок. Работы производились с помощью относительных способов спутникового позиционирования.
В процессе работ на перекатах производилась рекогносцировка реперной сети. В результате рекогносцировки было выявлено, что полностью репера сохранились на 3-х перекатах, частично утрачены на 6-ти и полностью - на 16-ти перекатах. Обнаруженные репера были приведены в надлежащий вид. Схема расположения перекатов и состояния реперной сети приведена на рис. 12. На перекатах вместо утраченных закладывались новые скальные или деревянные репера.
Измерения производились двумя двухчастотными кодово-фазовыми приемниками Trimble Navigation 4000SST (рис. 13). Выносная антенна крепилась на штативе и устанавливалась над точками. Оптическим центриром антенны приемников устанавливались над точкой и приводились к горизонтали. На пунктах съемочной сети приемники в течение 1-8 часов производили измерения и записывали результаты в собственную память. Максимальное время наблюдений было на пунктах Томмот и Угино - более 8 часов. Физико-географические условия (горная территория, таежная растительность) в ряде мест препятствовала получению сигнала от спутников. Поэтому предварительно с помощью программы QuickPlan производилось
Способом быстрой статики, которая позволяет ограничить время наблюдения, производились определения векторов между пунктами съемочной сети и реперами на перекатах. Измерения осуществлялись в зависимости от количества спутников и значения PDOP. Чем больше было спутников на небосводе и меньше значение PDOP, тем меньше требовалось времени на проведение измерений. Минимальное время на точках составляло 10 минут. Пример сгущения относительно опорных пунктов приведен на рис. 12.
Способом кинематики на этом участке (1577-1391 км по судовому ходу) был измерен продольный профиль относительно пунктов съемочной сети. При проведении промеров уровни на водомерных постах Томмот и Угино практически были неизменны. Небольшой подъем уровня наблюдался при измерениях на 30-километровом отрезке выше пос. Угино. Превышение над проектным уровнем по постам составляло около 30 см. Измерения продольного профиля производились с судна по судовому ходу. В створе начала и конца профиля способом быстрой статики создавались точки, по которым производились инициализация кинематики и контроль точности измерений. Также эти точки позволяли приводить высоту антенны, установленной на судне, к урезу водной поверхности.
Относительно пунктов Томмот и Угино, ближайший пункт ФАГС находится в городе Якутске. Собственные измерения на нем не производились, поэтому использовались измерения пункта IGS, расположенного там же. Другие пункты IGS в Хабаровске, Красноярске, Тикси находятся на расстоянии более 1000 км. При отсутствии должного программного обеспечения для расчета векторов такой дальности использовался только один пункт в Якутске. По измерениям на пунктах Томмот и Угино верхнего Алдана и IGS сети в г. Якутске были рассчитаны вектора. Схема пространственного хода приведена на рис. 14. По времени, в течение которого были произведены измерения на пунктах Томмот и Угино, были выбраны файлы наблюдений на IGS станции в г. Якутске. Информация о типе приемника и антенны, а также о координатах пункта были получены через сервис IGS-службы. Координаты в системе ITRF-1996 были пересчитаны в WGS-84.
В программе Trimble Geomatics Office по точным эфемеридам был произведен расчет векторов. При использовании бортовых эфемерид данная процедура была невозможна. Для оценки точности построения дополнительно к этим векторам был привлечен векторный ход Томмот-Угино. Таким образом, был создан замкнутый ход Якутск-Томмот-Угино-Якутск. Периметр данного хода - 931 км, где максимальные длины пришлись на вектора Якутск-Томмот (389 км), Якутск-Угино (379 км). Невязки замкнутого хода составили в плане 0,047 м, по высоте - 0,002 м. Ход был уравнен по методу наименьших квадратов. Взаимная точность положения пунктов Томмот и Угино относительно пункта IGS составила 3,2 и 3,6 см. Соответственно полученные результаты для района со слабым обоснованием АГС можно считать приемлемыми использовать в качестве опорных пунктов.
Методика создания карт русел крупных рек по пространственным данным
Карты русла предназначены для проектирования гидротехнических сооружений, дноуглубительных работ, исследования динамики рельефа, моделирования русловых процессов. Рельеф русла - это основной элемент содержания карт этих назначений. Рельеф дна может быть показан абсолютными отметками или глубинами. Информация в абсолютных отметках востребована на картах для проектирования гидротехнических сооружений, магистральных путепроводов и моделирования. В остальных случаях рельеф на картах практически всегда представлен глубинами. На судоходных реках они отсчитываются от проектного уровня. На картах, предназначенных для гидротехнического проектирования сооружений и моделирования русловых процессов, рельеф русла представлен изолиниями, сечение которых зависит от масштаба карты. Принцип отображения - такой же, как и при топографическом картографировании. На картах, где показываются глубины, рельеф представлен изобатами. Сечение зависит от масштаба, но обязательно отображается гарантированная глубина и проектный уровень нулевой изобатой. Надводная часть рельефа в пределах русла показывается качественным фоном - текстурной заливкой, рисунок которой зависит от состава слагающего аллювия. Дополнительно показаны отметки в виде глубин и высот для надводных частей русла. Рельеф русла на навигационных картах показывается другими способами и он будет рассмотрен ниже.
Берега на картах русла показываются по геоморфологическим принципам. Берега подразделяют по происхождению (коренной, пойменный), по береговым процессам (размываемый и неразмываемый), по растительности (поросшие лесом, поросшие кустарником, с камышовыми зарослями, с луговой растительностью), а также по антропогенному вмешательству (со спланированными неукрепленными откосами, укрепленные камнем). На картах подробно дается навигационная обстановка. На русловых участках показываются плавучие знаки, положения створных линий, оси судового хода, километраж судового хода. На берегах отображаются створные и ходовые знаки, базы районных технических участков, знаки навигационной опасности и т. д.
Из антропогенных объектов обязательно показываются гидросооружения, мостовые переправы, трубопроводы, линии связи и электропередач, проходящие над или под рекой, причалы и пирсы, водозаборы, паромные переправы и т. д. Обязательно на карту наносятся положения населенных пунктов, их названия и пойменная гидрография с подписями притоков. Если на местности присутствуют объекты-ориентиры, то они отображаются дополнительно. В населенных пунктах таковыми могут являться колокольня, телевизионная вышка и другие высотные объекты, на берегах - отдельно стоящие или сильно выделяющиеся высотой или породным составом деревья.
Цифровая форма пространственных данных в системах координат WGS-84 или ПЗ-90 позволяет автоматизированным путем пересчитывать в любые картографические проекции. При крупномасштабном картографировании русел рек (масштабы 1:1 000 - 1:50 000) используется поперечная цилиндрическая проекция Гаусса-Крюгера.
Можно использовать стандартную проекцию Гаусса-Крюгера с делением на шестиградусные зоны [Бугаевский, 1998]. Однако стандартные крупномасштабные карты, построенные по геодезическим координатам, не удовлетворяют задачам гидротехнических работ и дноуглубления русла из-за больших искажений длин. Поэтому можно использовать видоизмененные варианты с частным осевым меридианом и уменьшенной шириной зоны. Выбор осевого меридиана и ширины зоны производится таким образом, чтобы минимизировать искажения длин [Серапинас, 20056]. Например, если участок картографирования мал по охвату или река имеет меридиональное направление, то можно выбрать собственный осевой меридиан, проходящий по его центру. Автоматизированный пересчет координат из одной проекции в другую с помощью геоинформационных технологий позволяет при создании электронных карт русел эффективно использовать этот метод.
Создание электронной русловой карты производится по цифровым пространственным данным. С помощью ГИС-программ выполняется классификация объектов с учетом атрибутивной информации и присваиваются графические свойства каждому из них. Карты оформляются согласно условным знакам топографических карт соответствующего масштаба и условным знакам, разработанными ГУНиО [Условные..., 1985].
Картографирование рельефа русла производится посредством визуализации цифровой модели рельефа русла [Ильясов, Кирик, 2000]. Сечение рельефа задается с учетом масштаба картографирования. При отображении рельефа в абсолютных отметках руководствуются теми же принципами, что и при топографическом картографировании. Каждая пятая горизонталь показывается с утолщением. Локальные понижения и возвышения подчеркиваются бергштрихами. При отображении рельефа в изобатах показывается рельеф подводной части. Сечение рельефа также производится с учетом масштаба составляемой карты. В качестве нулевой изобаты служит положение проектного уровня. Нулевая и гарантированная изобаты показываются с утолщением. Участки выше проектного уровня, но в пределах пойменной бровки показываются текстурной заливкой. Тип заливки зависит от материала, слагающего отмель. Дополнительно для русловой части показываются точки глубин. Глубины представляются в метрах с точностью до десятых долей. Плотность показа отметок на карте не должна превышать 1 см2 на точку. Для надводной части высоты отмелей даются также в метрах с точностью до десятых долей. Значения высот должны быть положительными величинами. Чтобы отличать их от отметок глубин, необходимо при отображении использовать другой шрифт.
Похожие диссертации на Геоинформационное обеспечение исследований русел крупных рек
