Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
1. Анализ технологий координатного обеспечения кадастра объектов не- 14 движимости
Постановка задачи 14
Требования к координатному обеспечению кадастра объектов не- 14 движимости
Современные технологии геодезического обеспечения межевания 20
земель
Развитие Спутниковых систем в России. Проект «Москва» 30
Анализ экономической эффективности Спутниковой системы (проект 42
«Москва») в решении задач геодезического обеспечения кадастра
2. Методы определения координат объектов с применением Спутниковой 50
системы (проект «Москва»)
Постановка задачи 50
Математическая модель определения координат объектов диффе- 50 ренциальным методом
Методы измерений и математической обработки информации в 66 Спутниковой системе (проект «Москва») в режиме постобработки
Методы измерений и математической обработки информации в Спут- 80
никовой системе (проект «Москва») в режиме реального времени
3. Практическое применение Спутниковой системы (проект «Москва») 102
при решении задач геодезического обеспечения кадастра объектов не
движимости
Постановка задачи 102
Определение в системе ITRF2000 координат пунктов ГГС на терри- 103
тории г. Москвы и Московской области 3.3 Исследование точностных характеристик Спутниковой системы 109 (проект «Москва»)
3.4. Определение локальных параметров перехода от системы ITRF2000 115
к системам СК-95, СК-63, к Балтийской системе высот
3.5. Исследование точностных характеристик ГТС на территории Мое- 117
ковской области
3.6. Обоснование применения Спутниковой системы (проект «Москва») 129
для определения координат центров фотографирования
Заключение 149
Список литературы 153
Введение к работе
Спутниковые технологии определения координат объектов на основе глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) нашли широкое применение в мире, в том числе и в России. Их основные преимущества по сравнению с традиционными технологиями триангуляции и полигонометрии общеизвестны [51] и заключаются в высокой точности и высокой производительности. Определение координат со средней квадратической ошибкой 1 см и менее является для этих технологий освоенной задачей. Производительность же выше в несколько раз, поскольку в их реализации, с одной стороны, отсутствуют процессы, длительные по времени выполнения (прокладка по-лигонометрических ходов, рубка просек, постройка высоких наружных знаков и т.д.), а с другой - спутниковые технологии обладают высокой степенью автоматизации. Эти преимущества по сравнению с традиционными технологиями и обеспечивают более высокую производительность и более низкую себестоимость конечной продукции - координат объектов.
В России переход на спутниковые технологии в области геодезии осуществляется в соответствии с федеральной целевой программой (ФЦП) «Глобальная навигационная система» [1]. Такой переход связан с разработкой и применением отечественной Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС. В землеустройстве в соответствии с ФЦП «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учета объектов недвижимости (2002-2007 тт.)» [14] предусматривается широкое использование спутниковых технологий в координатном обеспечении кадастра объектов недвижимости.
Актуальность темы диссертации
Спутниковые технологии уже прошли определенный путь в своем развитии. Наиболее распространенной до последнего времени была технология автономной базовой станции, позволяющая обеспечить геодезические определения на территориях площадью в десятки кв. км. В настоящее время наиболее прогрессивной технологией геодезического обеспечения на больших
по площади территориях является технология постоянно действующих рефе-ренцных станций, объединенных в сеть. Примерами такой технологии являются Спутниковые системы точного позиционирования в Германии (SAPOS), Швейцарии (SWIPOS, AGNES), Швеции (S WEPOS), США (CORS).
Учитывая роль новой технологии в хозяйственной деятельности, внедрение Спутниковых систем точного позиционирования в России является актуальной и давно назревшей задачей. В России впервые внедрены две подобные системы - Спутниковые системы межевания земель (проекты «Москва» и «Санкт-Петербург»). В настоящее время они работают, в основном, с ГНСС GPS. Приобретенный опыт облегчит и ускорит применение ГНСС ГЛОНАСС в задачах точного позиционирования. С вводом её в эксплуатацию в полном составе Спутниковые системы (проекты «Москва» и «Санкт-Петербург») будут переориентированы на ГНСС ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS. Автор диссертации принимал непосредственное участие во внедрении двух Спутниковых систем, исследовании их возможностей, создании геодезической инфраструктуры, обеспечивающей эффективное применение Систем. Основные направления исследований и результаты диссертации связаны со спутниковой системой (проект «Москва»).
Спутниковая система межевания земель г. Москвы и Московской области (проект «Москва») внедрена в соответствии с Соглашением Правительства Российской Федерации и Правительства Швейцарской конфедерации от 30.03.2001г., одобренным постановлением Правительства Российской Федерации от 09.07.2001 г. №525.
Основным назначением Спутниковой системы является координатное обеспечение государственного кадастра объектов недвижимости, в том числе инструментальное определение границ и площадей земельных участков граждан и юридических лиц, разграничение государственной собственности на землю, определение местоположения объектов недвижимости. Она может быть использована также в строительстве, геодезии, планировании территорий, прокладке коммуникаций, мониторинге смещений грунтов и сооружений, в других сферах хозяйственной деятельности [20,31].
Спутниковая система (проект «Москва») состоит из 22 референцных станций, расположенных на территории г. Москвы и Московской области. Они осуществляют непрерывный прием спутниковой измерительной информации. В состав Системы также входят вычислительный центр (ВЦ), осуществляющий управление референцными станциями, прием от них спутниковой измерительной информации, вычисление, формирование и передачу пользователям корректирующей информации в режиме реального времени, математическую обработку измерительной информации пользователей в режиме постобработки (с задержкой от одного часа и более); каналы связи, в том числе радиорелейные и волоконно-оптические для связи ВЦ с референцными станциями, GSM каналы - для связи ВЦ с пользователями; приборный пул в составе 50 двухчастотных спутниковых приемников SR530 (ф. Leica Geosystems, Швейцария), предназначенных для сдачи в аренду пользователям.
Поскольку подобная Система внедрялась в России впервые, исполнителям внедрения также впервые пришлось решать ряд сложных организационных и технических задач, в том числе выбор мест установки референцных станций и вычислительного центра, организация связи, установка, наладка и запуск оборудования, его испытания, создание геодезической инфраструктуры Системы. Под геодезической инфраструктурой здесь понимаются три взаимосвязанные проблемы. Первая: геодезическая привязка референцных станций к общеземной координатной системе (ITRF2000). Вторая: разработка методик спутниковых измерений и их математической обработки в задачах координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости. Третья: определение согласующих параметров перехода (трансформирования) от общеземной системы координат к государственной системе 1995 г. (СК-95), местным системам координат. Объектами исследований автора, а в дальнейшем и объектами защиты, явились вторая и третья проблемы.
Вторая проблема на первый взгляд кажется уже решенной. Так, уже на протяжении нескольких лет успешно применяются спутниковые технологии по определению координат объектов, основанные на использовании технологии автономных базовых станций. Эта технология изложена в ряде норма-
тивных технических документов, в том числе в «Инструкции по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением ГЛО-HACC/GPS» [28], «Руководстве по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием ГЛОНАСС/GPS» [50], а также в технической документации, поставляемой со спутниковым оборудованием и программным обеспечением. Технология Спутниковых систем на основе сети PC значительно отличается от технологаи АБС. Это требует переработки или уточнения положений прежней технологии АБС, адаптации новой технологаи в кадастровом производстве и с учетом современного состояния геодезической инфраструктуры в Московском регионе.
Остановимся подробней также и на третьей проблеме. Спутниковые технологии обеспечивают определение координат объектов в общеземной геоцентрической системе, для определенности будем считать в системе WGS-84. В кадастровых работах результаты координатных определений должны представляться в государственной и местных системах координат, высоты - в Балтийской системе высот [4]. Это требует определения параметров перехода от системы WGS-84 к государственной и местным системам координат. Опубликованные параметры перехода вычислены, как правило, для всей территории страны или её отдельных регионов и не учитывают локальных деформаций геодезических сетей [34, 51]. К примеру, взаимное положение соседних пунктов государственной геодезической сети (ГТС) в местной системе 1963 г. (СК-63) на территории Московской области определено со ср. кв. ошибками 15 см, а удаленных - до 40 см. Доказательства этого будут представлены в 3 главе диссертации. Если определять и использовать параметры перехода для всей территории Московской области, неизбежно обнаружатся эти локальные деформации. Они проявятся, как разности координат объекта, полученных по спутниковым измерениям с переходом в местную систему координат (СК-63) посредством таких параметров трансформации, и координатами объекта, полученными непосредственной привязкой к ближайшим пунктам. Но если параметры определены в локальной области, координаты точки окажутся согласованными с координатами окружающих
пунктов, расположенных в этой же локальной области. Поэтому в конкретных условиях и приходится определять локальные параметры перехода. Вполне понятно, что кардинальное решение задачи заключается в создании высокоточной геодезической основы, но это вопрос будущего. Сегодня же приходится мириться с данной ситуацией и находить другие пути решения.
Укажем и другую причину определения и применения параметров перехода. Системы координат, используемые в спутниковых технологиях, являются частными реализациями системы WGS-84, в Спутниковой системе (проект «Москва»), например, это система ITRF2000, фиксированная на эпоху 1997.0. Эти частные реализации отличаются от системы WGS-84, закрепленной совокупностью всех опорных пунктов, участвующих в выводе оригинальной системы. Это отличие также учитывается согласующими параметрами перехода.
Для получения координат объектов в государственной и местных системах с точностью, регламентированной требованиями к координатному обеспечению кадастра объектов недвижимости, трансформирование координат в локальной области должно выполняться с высокой точностью. Эту проблему можно решить с применением самой Спутниковой системы. В качестве локальных областей при этом могут быть приняты г. Москва и Московская область, отдельные районы Московской области, трапеции масштаба 1:100000. Для надежного решения проблемы требуется определить в системе ITRF2000 координаты достаточно большого числа пунктов ГГС.
Созданная инфраструктура обеспечит решение многих задач. Назовем те из них, решению которых автор посвятил основное внимание. В любой сфере хозяйственной деятельности основной задачей, решаемой с помощью Спутниковой системы, является определение координат объектов, в том числе координат пунктов опорных межевых сетей, поворотных точек границ земельных участков, точек планово-высотной подготовки аэрофотоснимков и т.д. В кадастровом производстве важной задачей является координатное обеспечение аэрофотосъемки. Определение линейных элементов внешнего ориентирования аэрофотоснимков (координат центров фотографирования) на уровне
10 см позволит частично или полностью отказаться от традиционной полевой
подготовки снимков при создании ортофотопланов [36, 45]. Экономический эффект этого очевиден. В диссертации на реальном измерительном материале доказывается возможность решения указанной задачи с использованием Спутниковой системы.
С учетом вышеизложенного автор полагает, что тема диссертации является актуальной и имеет важное научное и практическое значение.
Цель и задачи диссертации
Целью диссертации явилась разработка методов практического применения Спутниковой системы (проект «Москва») для координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости. В соответствии с целью в диссертации решались следующие основные задачи:
Анализ технологий координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости, в том числе спутниковой технологии на основе сети референц-ных станций, реализованной в Спутниковой системе (проект «Москва»).
Разработка методик измерений и математической обработки спутниковой информации с использованием Спутниковой системы (проект «Москва»), отвечающих требованиям координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости.
Определение согласующих локальных параметров перехода от системы ITRF2000 (на эпоху 1997.0) к государственной системе СК-95, местной системе СК-63 на территории г. Москвы и Московской области с использованием Спутниковой системы (проект «Москва»).
Исследование точностных возможностей Спутниковой системы (проект «Москва») по определению координат объектов.
Анализ точностных характеристик ГГС на территории г. Москвы и Московской области в государственной системе координат СК-95, местной системе СК-63.
Обоснование возможностей Спутниковой системы (проект «Москва») по определению координат центров фотографирования при аэрофотосъемке местности.
Методы исследований
В решении задач, поставленных в диссертации, использованы методы спутниковой геодезии, математической статистики, компьютерных технологий, а также отечественный и зарубежный опыт.
Основные положения, выносимые на защиту
Основные положения, выносимые на защиту, связаны с внедрением и применением Спутниковой системы (проект «Москва»), в которых автор принимал личное участие. На защиту выносятся следующие результаты:
Методики спутниковых измерений в режимах постобработки и реального времени в Спутниковой системе (проект «Москва»), обеспечивающие выполнение требований к созданию кадастра объектов недвижимости.
Методика постобработки измерений в Спутниковой системе (проект «Москва»), обеспечивающая выполнение требований к созданию кадастра объектов недвижимости.
Локальные параметры перехода от системы ITRF2000 (на эпоху 1997.0) к системам координат СК-95, СК-63 для территории г. Москвы и Московской области.
Точностные характеристики Спутниковой системы (проект «Москва») по определению координат объектов в режимах постобработки и реального времени.
Точностные характеристики ГГС на территории г. Москвы и Московской области в системах координат СК-95 и СК-63, полученные с использованием Спутниковой системы.
Обоснование возможностей Спутниковой системы (проект «Москва») по определению координат центров фотографирования при аэрофотосъемке местности.
Научная новизна
Предлагаемая диссертация является первой в России работой, связанной с
созданием и функционированием Спутниковой системы, её использованием в
геодезическом обеспечении кадастра объектов недвижимости, мониторинга
земель и землеустройства. Новыми результатами, полученными автором, являются методики измерений и их математической обработки с использованием Спутниковой системы (проект «Москва»), адаптированные к конкретным условиям геодезической инфраструктуры на территории г. Москвы и Московской области, исследование точностных характеристик Спутниковой системы по определению координат объектов, согласующие локальные параметры перехода от общеземной системы ITRF2000 к государственной и местным системам координат, точностные характеристики геодезических сетей на территории г. Москвы и Московской области, полученные с использованием Спутниковой системы (проект «Москва»), обоснование возможностей Спутниковой системы по определению координат центров фотографирования при аэрофотосъемке местности.
Практическая значимость
Практическая значимость новых результатов заключается во внедрении их в производственную деятельность Спутниковой системы (проект «Москва») и использовании широким кругом пользователей в координатном обеспечении кадастра объектов недвижимости, строительства, планирования территорий, в решении других задачи, нуждающихся в высокоточном определении координат (подтверждено ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ Актом внедрения). При работе со Спутниковой системой пользователи руководствуются созданной нормативно-технической базой, в том числе методиками спутниковых измерений. Методика постобработки используется операторами Спутниковой системы при выполнении работ по заявкам пользователей. Среди наиболее крупных пользователей, применяемых вышеназванные результаты, являются ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ, ГУЛ Мосгоргеотрест, ЛИИ им. Громова, ИФЗ РАН, ФГУП «НИиПИ Градостроительства», более 50 частных коммерческих предприятий.
Реализация основных результатов
Основные результаты, полученные в диссертации, внедрены в производственную деятельность Спутниковой системы (проект «Москва»), что подтверждается Актом внедрения результатов диссертационных исследований в
производственную деятельность ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ, и используются при выполнении работ по заявкам организаций и предприятий при геодезическом обеспечении кадастра объектов недвижимости, строительства, планирования территорий, мониторинга смещений грунтов и сооружений, аэрофотосъемки на территории г. Москвы и Московской области.
Апробация работы
Диссертационные исследования доложены и обсуждены на ежегодных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАИК (№60-62 2005-2007 гг.), на конференции, посвященной 75-летию ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ (г. Москва, 24-25 мая 2007 г.).
Публикации по теме диссертации
Основные результаты исследований опубликованы в 7-ми научно-технических статьях, из которых 3 написаны самим автором данной работы, 4 в соавторстве. В списке использованной литературы содержатся также 7 рукописных работ, являющихся методической основой Спутниковой системы в виде руководств, методик, научно-технических и технических отчетов, разработанных в Центре спутниковых технологий (ЦСТ) ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ с участием автора.
Структура и объем работы
Диссертационная работа содержит 161 страницу машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы. В работе представлены 42 таблицы, 20 рисунков.
В первой главе проведен анализ современных технологий координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости на основе отечественного и зарубежного опыта. Поскольку наиболее полно отвечающими требованиям к координатному обеспечению кадастра являются спутниковые технологии, а среди них технология постоянно действующих референцных станций объединенных в сеть, главное внимание уделено именно им. В главе приведены основные характеристики Спутниковой системы (проект «Москва»), что необходимо для последующих исследований. В первой главе сформулированы
преимущества технологии на основе сети постоянно действующих PC перед
другими технологиями, в том числе перед технологией АБС, выполнен анализ эффективности новой технологии по показателям производительности и экономии затрат координатных определений.
Во второй главе разработаны методы определения координат объектов в режимах реального времени и постобработки с применением Спутниковой системы, включающие математическую модель определения координат объектов, методики измерений, их обработки, контроля, оформление окончательных результатов с полнотой и в форме, предусмотренной нормативными документами. В главе представлены основные отличия от принятых методов и результаты соответствующих экспериментов, проведенных для выбора оптимальных параметров настройки Спутниковой системы, спутниковых наблюдений и их обработки.
В третьей главе представлены результаты вывода локальных параметров перехода от системы ITRF2000 (на эпоху 1997.0) к системам СК-95, СК-63, результаты исследований точностных возможностей Спутниковой системы в режимах реального времени и постобработки, результаты исследований точностных характеристик геодезических сетей в системах координат СК-95 и СК-63 на территории г. Москвы и Московской области, обоснование возможностей Спутниковой системы по определению координат центров фотографирования при аэрофотосъемке местности.
Список используемой литературы включает 97 наименований.
