88482

Референцные системы координат

Реферат

География, геология и геодезия

Координатами называются линейные и угловые величины, определяющие положение точек в пространстве или на какой-либо поверхности. Плоскости и линии, относительно которых определяется положение точек, называются координатными плоскостями и осями координат.

Русский

2015-04-30

218.88 KB

36 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                       3

1 Геодезические и геоцентрические системы координат                             5

2  Общеземные  (геоцентрические) системы координат                              9

2.1  Система координат 1984 (WGS-84)                                                         9

2.1.1   Реализация систем координат WGS-84                                              11

         2.1.2   Степень точности координат  WGS-84                                               11

2.2  Систем координат  ПЗ-90                                                                        12

         2.3   Система  координат  ITRS                                                                      13

3  Референцные системы координат                                                        14

3.1 Система геодезических координат 1942 года (СК-42)                     14

3.2  Система геодезических координат 1995 года (СК-95)                    16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                               19

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                                       20

ВВЕДЕНИЕ

В основе развития всех направлений геодезии лежит построение системы координат и опорных геодезических сетей, являющихся физической реализацией систем координат на поверхности Земли.

Координатами называются линейные и угловые величины, определяющие положение точек в пространстве или на какой-либо поверхности. Плоскости и линии, относительно которых определяется положение точек, называются координатными плоскостями и осями координат.

При решении различных топогеодезических задач приходится определять положение тех или иных точек, расположенных в пространстве или на земной поверхности. Для определения положения точек пользуются различными системами координат, которые позволяют установить положение точек на плоскости или в пространстве путем задания соответствующих чисел. Существуют различные системы координат, которые находят применение в геодезии.

Система координат, начало которой находится в центре масс планетарного тела или вблизи него, называется планетоцентрической или квазипланетоцентрической. Координаты, связанные с общим земным эллипсоидом, будут планетарными (общеземными) и геоцентрическими, а координаты, связанные с референц-эллипсоидомреференцными и квазигеоцентрическими.

В планетарной геодезии применяются также гелиоцентрическая  (начало в центре масс Солнца), луноцентрическая (начало в центре масс Луны, марсоцентрическая (начало в центре масс Марса) и другие планетоцентрические системы координат. В отличие от планетографических координат, в которых основной координатной плоскостью является плоскость экватора соответствующего планетарного тела (Солнца, Венеры, Марса, Луны и др.), в планетоцентрической системе за основную координатную плоскость обычно принимается плоскость земного экватора или другие плоскости, связанные с Землей.

В зависимости от выбранного направления осей координат относительно точек пространства системы координат делятся на: звездные, если они ориентированы по далеким звездам; квазарные, если они ориентированы по далеким естественным радиоисточникам (квазарам); земные, если они ориентированы по неподвижным точкам на земной поверхности.

В геодезии широко используются геодезические общеземные (геоцентрические) и референцные системы координат. Все геодезические данные определяются (измеряются или вычисляются) в конкретной геодезической системе координат. Все геодезические данные связаны с положениями конкретных точек в пространстве, в том числе на поверхности Земли. Геодезические данные, относящиеся к точкам в пространстве, могут проектироваться на поверхность эллипсоида, а затем на плоскость проекции. В связи с этим в практической геодезии широко используются математические системы пространственных прямоугольных координат X, Y, Z, геодезических координат B, L, H и плоских прямоугольных координат х, у.

Геодезические общеземные системы координат основываются на следующих положениях:

– начало математической системы пространственных прямоугольных координат расположено в центре масс Земли;

–  ось Z параллельна направлению на Международное условное начало;

–  плоскость XOZ параллельна плоскости начального астрономического

меридиана.

Референцные геодезические системы координат основаны на двух последних положениях. Начало математической системы пространственных прямоугольных координат в них не совмещают с центром масс Земли.

К общеземным (геоцентрическим) системам координат относятся:

– World Geodetic System (WGS-84);

–  государственная геоцентрическая система координат «Параметры

Земли 1990 года» (ПЗ–90);

–  геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 года»;

–  International Terrestrial Reference Frame (ITRF).

Референцными системами являются:

–   государственная система геодезических координат 1942 года (СК–42);

–   государственная система геодезических координат 1995 года (СК–95);

– национальные системы геодезических координат (имеют свои названия).

 

1 Геодезические и геоцентрические системы координат

Геоцентрические координаты –  система координат, в которой положение небесных тел определяют относительно центра Земли.

Геоцентрические системы координат: инерциальная и гринвическая (вращающаяся) примененяются в спутниковой радинавигации. Связь между инерциальной и вращающейся системами координат дается соотношениями:  

                                         (1)

                                         (2)

                                                                      (3)

    

где X, Y, Z - координаты инерциальной системы;  x, y, z - координаты гринвической системы;  VX, VY, VZ - скорости вдоль соответствующих осей в инерциальной системе; vx, vy, vz - скорости вдоль соответствующих осей в гринвической системе

Система общеземных геоцентрических прямоугольных координат, фиксированная по отношению к Земле, определяется следующим образом:

–   начало в центре масс Земли,

–  ось z проходит через УЗП,

– ось x проходит через точку С пересечения плоскости экватора и начального меридиана, определяемого как начальный меридиан для счета долгот совокупности станций, реализующих координатную систему,

– ось y находится в экваториальной плоскости и дополняет систему до правой.

Рисунок 1.  Геоцентрическая система координат

Система показана на рисунке 1, ее оси обозначены как X, Y, Z. В геодезической  литературе для этой системы могут встречаться такие названия как "общеземная система" или "средняя земная геоцентрическая система". Последний термин указывает на использование некоторого среднего земного полюса, каковыми являются и УЗП. Земные геоцентрические системы реализуются в виде геодезических сетей, построенных методами космической геодезии (или с обязательным привлечением методов космической геодезии). Пункты таких сетей распределены по всему земному шару или по значительной его части. Чем более точны положения этих точек, тем меньше остаточные ошибки и более точна реализация координатной системы.

В понятие геоцентрической земной координатной системы входят не только координаты пунктов, которые закрепляют данную систему на земной поверхности, но и ряд других параметров, характеризующих ее. В первую очередь, это - параметры земного эллипсоида, определяющего размеры и форму Земли. Для построения эллипсоида используются два главных параметра: экваториальный радиус и сжатие.

Сжатие представляет соотношение между экваториальным и полярным радиусом (или малой полуосью) b:

                                                                                                        (4)

Другие параметры, определяющие размеры и форму эллипсоида, например полярный радиус b и эксцентриситет е можно вычислить по этим двум параметрам:

                                                                                                (5)

 

                                                                                                  (6)

Из других параметров нужно указать параметры, представляющие гравитационное поле Земли, параметры связи с другими системами координат, число которых может достигать многих тысяч. Поэтому, когда говорят о современной геоцентрической земной системе координат (или системе отсчета), подразумевается система геодезических параметров Земли (datum). Все геоцентрические системы связаны с определенными эллипсоидами, название которого обычно совпадает с названием самой системы. В этом случае возможно использование не только декартовых, но и эллипсоидальных (сфероидических) координат: геодезической широты B, геодезической долготы L и высоты над эллипсоидом H.

Движение навигационных космических аппарат (НКА) происходит под действием сил инерции и гравитационного поля Земли. Соответственно, оно описывается в системе координат, центр которой совпадает с центром масс Земли, т.е. геоцентрической системе. Орбитальные параметры НКА называют эфемеридами. Классической системой координат, в которой описывается траекторное движение НКА, является инерциалъная геоцентрическая система Ox0y0z0 (рисунок 2).

Ось Ox0 лежит в плоскости экватора и направлена в точку небесной сферы, называемую точкой весеннего равноденствия, точкой Весны или точкой Овна (обозначается знаком созвездия Овна: ).

Рисунок 2. Инерцальная и неинерцальная геоцентрическая  система координат

Ось Oz0 направлена вдоль оси вращения Земли в сторону Северного полюса, а ось Oy0 дополняет систему координат до правой.

Однако для потребителя более удобным является описание движения НКА в геоцентрической подвижной (неинерциальной) системе координат Oxyz, учитывающей суточное вращение Земли (рисунок 2). Центр этой системы также совпадает с центром масс Земли, ось Oz совпадает с осью Oz0 . Ось Ox лежит в плоскости экватора и проходит через Гринвичский меридиан, ось Oy дополняет систему координат до правой. Плоскость Oxz определяет на поверхности Земли линию сечения, от которой отсчитывается долгота. В процессе вращения Земли ось Ox периодически совмещается с осью Ox0. Интервал между двумя такими последовательными моментами соответствует одним звездным суткам. Угол между осями Ox0 и Ox соответствует гринвичскому звездному времени и рассчитывается с учетом звездной даты и времени на Гринвичском меридиане.

 Информация о движении НКА в геоцентрической подвижной системе координат формируется на НКУ, а затем передается в составе навигационного сообщения потребителю и используется последним для расчета собственных координат в этой же системе. Однако для подавляющего большинства потребителей интерес представляет их положение не относительно центра Земли, а относительно ее поверхности. Для этого используется геодезическая система координат.

  Геодезические координаты - широта, долгота и высота - определяют положение точки относительно земной поверхности. Вообще говоря, поверхность формы Земли описывается достаточно сложной фигурой, называемой геоидом. Простейшая математическая модель геоида - эллипсоид, большая полуось которого а лежит в экваториальной плоскости и проходит через нулевой меридиан.

Геодезической широтой В  называется угол, образованный нормалью к поверхности эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора референц-эллипсоида. Широта отсчитывается от экватора к северу и югу до полюсов от 0о до 90о и называется соответственно северной широтой и южной широтой. Северная широта имеет знак «+», южная- знак «-».

Геодезической долготой L называется двугранный угол, образованный плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального (нулевого) меридиана. За начальный меридиан принят Гринвичский меридиан, проходящий через центр главного зала Гринвичской обсерватории.

Долгота отсчитывается от Гринвичского меридиана к востоку и западу от 00 до 180о и называется соответственно восточной долготой и западной долготой. В геодезии и артиллерийской практике восточной долготе приписывают знак плюс, а западной — минус, но, например в морском астрономическом ежегоднике, наоборот, восточная долгота отрицательная, западная – положительная.

Геодезическим азимутом называется угол, образованный северным направлением геодезического меридиана, проходящего через данную точку, и любым направлением, исходящим из этой точки. Отсчитывается по ходу часовой стрелки от северного направления геодезического меридиана до данного направления. Может принимать величину от 0о до 360о.

Геодезическая высота Н - расстояние по нормали от данной точки до поверхности эллипсоида.

Система геодезических координат едина для всей поверхности эллипсоида. Она положена в основу разграфки листов топографических карт, рамками которых служат меридианы и параллели. По геодезическим координатам ведется расчет дальности и направления стрельбы на расстояния в несколько сотен километров. В решении геодезических задач, связанных с топогеодезической привязкой, геодезические координаты используются при определении дирекционных углов из астрономических наблюдений и гироскопическим способом.

Рисунок  3.   Геодезическая система координат

Прямоугольные геоцентрические координаты {х, у, z}, вычисленные в ходе навигационных определений, подлежат преобразованию в геодезические координаты {В, L, H} по соотношениям:

–  x = (N + H)cosBcosL;

–  y = (N + H)cosBsinL;

–  z = [(1-e²)N + H]sinB,

где N - кривизна поверхности в точке местной вертикали, е-эксцентриситет эллипсоида, N = ; α - параметр сжатия эллипсоида, α=1-b/α.

2  Общеземные  (геоцентрические) системы координат

2.1  Система координат 1984 (WGS-84)

Всемирная геодезическая система – система координат 1984 (WGS-84) представляет собой Обычную земную систему (CTS), реализованную путем изменения доплеровской опорной системы (NSWC 9Z-2), Навигационной спутниковой системы ВМС (NNSS) (или системы TRANSIT) по параметрам начала координат и масштаба, а также путем ее вращения таким образом, чтобы ее исходный меридиан совпал с нулевым меридианом, определенным Международным бюро времени (BIH).

Начало и оси системы координат WGS-84 определяются следующим образом:

a)  Начало координат - центр массы Земли;

b)  Ось Z - направление Обычного земного полюса (СТР) для определения смещения полюса, как это определено BIH на основе координат, принятых для пунктов BIH;

c) Ось X - пересечение плоскости исходного меридиана WGS-84 и плоскости экватора СТР, при этом в качестве исходного меридиана берется нулевой меридиан, определенный BIH на основе координат, принятых для пунктов BIH;

d)  Ось Y - завершает правостороннюю ортогональную систему координат с началом в центре Земли и привязанную к Земле (ECEF); она расположена в

плоскости экватора СТР под углом 90° к востоку от оси Х.

WGS-84 представляет собой привязанную к Земле глобальную опорную систему, включая модель Земли, и определяется набором основных и вспомогательных параметров (таблица 1).

Таблица  1

Параметры WGS-84

Параметры

Обозначение

WGS-84

Большая полуось

а

6378137 м

Угловая скорость

ω

7,2921 15 х 10-5 рад/с-1

Геоцентрическая гравитационная постоянная   (с учетом массы атмосферы Земли)

GM

398600, 5 км3-2

Нормализованный коэффициент второй зональной гармоники гравитационного потенциала

C2.0

-484,16685 х 10-6

Сплюснутость (определяется на основе C2.0)

f

1/298257223563

Основные параметры определяют форму земного эллипсоида, его угловую скорость и массу Земли, которая включена в референц-эллипсоид.

Вспомогательные параметры детально определяют модель поля земного тяготения (EGFM), степень и порядок которой равны п = т =180. Модель EGFM WGS-84 со степенью и порядком п = т - 180 следует применять при расчетах высот над геоидом в системе WGS-84, компонентов нарушения тяготения WGS-84 и средних гравитационных аномалий 1 x 1 ° WGS-84 путем разложения на шаровые гармонические функции. Разложения такой степени и порядка (п = т= 180) необходимы для точного моделирования изменений гравитационного поля Земли на ее поверхности или вблизи ее. Модель EGFM WGS-84 со степенью и порядком п - т = 41 более приемлема для расчета орбит спутников (например, навигационных спутников GPS), а также для целей прогнозирования.

2.1.1   Реализация систем координат WGS-84  

Начало координат и ориентация осей координат в системе WGS-84 определяются координатами X, Y, Z пяти контрольных станций системы GPS (показано на русинке 4).

Рисунок 4. Определение системы координат WGS-84

В историческом плане координаты пунктов слежения в системе GPS были определены с помощью доплеровских измерений в спутниковой навигационной

системе TRANSIT. Для получения точных координат этих станций была произведена обработка данных за длительный период наблюдений. Использование результатов доплеровских измерений системы TRANSIT для системы WGS-84 является хорошим примером практической реализации системы отсчета. Однако следует отметить возможность проникновения погрешностей в методы, применяемые при реализации геодезических опорных систем.

 2.1.2   Степень точности координат  WGS-84

Степень точности, одна сигма, координат WGS-84, установленных непосредственно в рамках системы WGS-84 с помощью спутниковой системы определения местоположения точек GPS, соответствующих точных эфемерид и полученных в стационарном режиме данных наземного компонента слежения за спутниками, выраженная через геодезическую широту φ, геодезическую долготу λ и геодезическую высоту h, равна:

a)  в горизонтальной плоскости:  φσ = σλ = 1 м (1σ);

b)  в вертикальный плоскости: σh =1 ... 2 м (1 σ). 

Указанные погрешности включают не только погрешности данных наблюдения, но также и погрешности, связанные с совмещением начала координат системы WGS-84 с центром массы Земли и с определением правильного масштаба. Эти абсолютные погрешности не следует путать с точностью дифференциального метода определения местоположения с помощью GPS, которая составляет несколько сантиметров.

Во время создания системы WGS-84 координаты наземного сегмента контроля WGS-84 можно было определить только с помощью спутниковых доплеровских измерений с точностью, которую обеспечивают такие измерения.

Определяемые без использования спутников координаты WGS-84 для пункта местной геодезической сети будут менее точными, чем координаты WGS-84 для станции GPS. Это объясняется искажениями и погрешностями съемки, свойственными местным сетям геодезических пунктов, то есть отсутствием достаточного числа надлежащим образом размещенных станций GPS, расположенных с учетом местных сетей геодезических пунктов, для определения параметров преобразования, а также неопределенностью, вносимой при преобразовании геодезических основ.

Точность определения координат WGS-84, равна 1 м. Данный вопрос может потребовать дополнительного рассмотрения, если, например, в будущем

будут использоваться спутниковые системы посадки вплоть до категории III. При точных заходах на посадку по категории III точность в вертикальной плоскости должна составлять 0,6 м, а в горизонтальной 6 м, то есть система WGS-84 со свойственным ей уровнем точности не может обеспечить таких параметров, но это возможно при использовании, например, Международной земной опорной системы (ITRF).

2.2  Систем координат  ПЗ-90

Параметры Земли 1990 года (ПЗ-90) — государственная геоцентрическая система координат, использующаяся в целях геодезического обеспечения орбитальных полётов и решения навигационных задач (в частности, для обеспечения работы глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС). Параметры Земли ПЗ-90 заменили предыдущие наборы ПЗ-77 и ПЗ-85 и является альтернативой WGS84.

В настоящее время начинает внедряться уточнённая версия — ПЗ-90.02, представляющая собой систему «взаимосогласованных геодезических параметров, включающих фундаментальные геодезические постоянные, параметры общеземного эллипсоида, параметры гравитационного поля Земли, общеземную систему координат и параметры её связи с другими системами координат по состоянию на 1 января 2002 года.

За отсчетную поверхность в ПЗ-90.02 принят земной эллипсоид со следующими основными геометрическими характеристиками:

  1.  большая полуось равна 6 378 136 м;
  2.  коэффициент сжатия эллипсоида составляет 1/298,25784;

  – центр эллипсоида совмещён с началом геоцентрической системы координат.

– плоскость начального (нулевого) меридиана совпадает с плоскостью ZX этой системы.

Параметры Земли 1990 г. ПЗ-90 были определены Топографической службой Вооруженных сил Российской Федерации. Параметры ПЗ-90 включают:

  1.  фундаментальные астрономические и геодезические постоянные;

–  характеристики координатной основы (параметры земного эллипсоида, координаты пунктов, закрепляющих систему, параметры связи с другими системами координат);

– модели нормальных и аномальных гравитационных полей Земли, локальные характеристики гравитационного поля (высоты квазигеоида над общим земным эллипсоидом и аномалии силы тяжести).

Входящая в состав ПЗ-90 система координат иногда называется СГС-90 (Спутниковая геоцентрическая система 1990 г.). Параметры Земли ПЗ-90 заменили предыдущие наборы ПЗ-77 и ПЗ-85. Параметры Земли ПЗ-90 получены по результатам почти 30 миллионов фотографических, радиодальномерных, доплеровских, лазерных и альтиметрических измерений спутника Гео-ИК с привлечением радиотехнических и лазерных измерений дальностей до спутников систем ГЛОНАСС и "Эталон".

Спутниковая геоцентрическая система координат закреплена на территории СНГ координатами 30 опорных пунктов космической геодезической сети со средними расстояниями 1-3 тысячи километров. Точность взаимного расположения пунктов характеризуется ошибками в 10, 20 и 30 см для расстояний соответственно в 100, 1 000 и 10 000 км. Ошибки привязки СГС-90 к геоцентру по абсолютной величине не превышают 1.5 м. Планетарные модели гравитационного поля Земли получены в виде разложений в ряд по сферическим функциям до 36 и 200 степени и порядка систем точечных масс (32 000 параметров). Средняя квадратическая ошибка высоты геоида над эллипсоидом равна 1.5 м, что не уступает зарубежным моделям, а на территории СНГ превосходит их по точности.

Все пункты космических государственных сетей  на территории России определены также в референцной системе координат СК – 42. Численные значения элементов ориентирования координат СК – 42 относительно ПЗ – 90 соответственно составляют:

– координаты центра референц-эллипсоида относительно центра масс Земли:  dX 0 = + 25м; dY0 = - 141 м; dZ0 = - 80м;

- развороты осей координат: Wx = 0.00//, Wy = - 0.35//, Wz = - 0.66//;

- масштабный коэффициент: dm = ( 0.00 * 0.25 )*10-6.

2.3   Система  координат  ITRS

International Terrestrial Reference System (ITRS, Международная земная система координат) — стандартная земная система координат, принятая в 1991 году. Началом отсчета является центр масс Земли (включая океан и атмосферу). Система вращается вместе с Землей и не является инерциальной. Ориентация осей определяется из наблюдений МСВЗ. Ось z является средней осью вращения Земли и направлена в опорный полюс (IRP – IERS Reference Pole). Ось x лежит в плоскости опорного меридиана (IRM – IERS Reference Meridian). Единицей длины является метр, шкалой времени – шкала TCG (Geocentric Coordinate Time – геоцентрическое координационное время). ITRS –  набор договоренностей и основополагающих принципов построения земной системы координат.

ITRF – реализация земной системы координат ITRS с помощью декартовых координат ряда опорных пунктов на Земле. В ITRF для опорных пунктов приводятся их прямоугольные координаты (X,Y,Z) и скорости по соответствующим координатным осям Vx, Vy, Vz, которые обусловлены тектоническим движением плит земной коры. Перечень пунктов утверждается каждые несколько лет. Точность современных измерений настолько высока, что позволяет измерять скорость перемещения пунктов до 0,5 мм/год, и дает возможность определять скорости движения литосферных плит. ITRF2000 реализуется координатами и скоростями более чем 800 опорных точек, жестко связанных с корой Земли. К каждой опорной точке предъявляются следующие требования:  

1) точка должна располагаться на значительном расстоянии от границ тектонических плит и от границ разломов плит;

2) наблюдения в точке должны проводиться непрерывно в течение трех лет;

3) ошибка вычисления скорости точки должна быть менее 3 мм/год.

3  Референцные системы координат 

3.1 Система геодезических координат 1942 года (СК-42)

В 1930 году под общим руководством Ф.Н. Красовского вычислительное бюро Главного геодезического управления приступило к уравниванию 8 полигонов 1 класса для Европейской части СССР. Позднее к этим полигонам был присоединен Уральский полигон. Вычисления велись относительно эллипсоида Бесселя методом развертывания, за начальный пункт принимался пункт Саблино. Основная особенность и главный недостаток метода развертывания состоит в том, что результаты измерений, выполненные на земной поверхности и редуцированные к уровню моря при дальнейшей обработки считались выполненными на поверхности референц-эллипсоида без каких либо поправок за несовпадение поверхности эллипсоида и уровенной поверхности нулевой высоты.

Работы по уравниванию триангуляции были завершены в 1932 году и принятая система координат получила название системы 1932 года. В те же годы в ЦНИИГАиК под руководством Ф.Н. Красовского и А.А. Изотова начались работы по выводу референц-эллипсоида, наилучшим образом подходившего для территории СССР. Под руководством и участием М.С.Молоденского велись работы по определению высот геоида по данным астрономо-гравиметрического нивелирования.

В 1942 году начались работы по переуравниванию АГС. Совместным решением Главного управления геодезии и картографии (ГУГК) и Военно-топографического управления Генерального Штаба Министерства Обороны (ВТУ ГШ МО) от 4 июня 1942 года в качестве референц-эллипсоида при уравнивании был принят эллипсоид (в последующем получившего имя Красовского) со следующими параметрами:

–  большая полуось а = 6378245,0 м;

–  обратное сжатие a = 298,3.

Систему координат, в которой велись вычисления, было решено именовать системой координат 1942 года. Установление системы координат 1942 года предполагало также вывод значений исходных геодезических дат в исходном пункте геодезической сети Пулково. В состав исходных геодезических дат входят геодезические широта и долгота исходного пункта на референц-эллипсоиде Красовского, геодезический азимут исходного направления, составляющие уклонения отвесной линии и высота квазигеоида над эллипсоидом Красовского в исходном пункте. Эти данные в совокупности определяют пространственную ориентировку осей референц-эллипсоида в теле Земли при выполнении следующих теоретически строгих условий:

–  малая ось эллипсоида параллельна направлению к положению среднего полюса;

– плоскость нулевого меридиана параллельна плоскости начального астрономического меридиана;

– поверхность референц-эллипсоида имеет в среднем наименьшие уклонения от поверхности геоида на всей территории расположения обрабатываемой геодезической сети.

Реальная строгость выполнения перечисленных условий определяется точностью всех использованных астрономо-геодезических данных и не зависит от конкретного выбора исходного пункта. Значения исходных геодезических дат устанавливают систему отсчета координат, но не определяют внутреннюю точность самой геодезической сети. Точность взаимного положения геодезических пунктов в сети также не зависит от местоположения исходного пункта, а также от значений исходных геодезических дат. Подобное установление по существу референцных систем координат был единственно возможным в то время при использовании традиционных астрономо-геодезических измерений, выполняемых на земной поверхности. Исходные геодезические даты лишь частично определяют пространственное положение референцной системы в теле Земли через взаимное положение поверхности референц-эллипсоида и геоида для данной территории. Однако положение центра референц-эллипсоида относительно центра масс Земли остается неизвестным без привлечения дополнительной информации. Например, высот геоида над общим земным эллипсоидом или координат некоторого количества пунктов, известных в референцной и общеземной геоцентрической системе координат.

При установлении системы координат 1942 года в уравнивание вошли 87 полигонов АГС, покрывавших большую часть Европейской территории СССР и узкой полосой распространяющих координаты до Дальнего Востока. Обработка выполнялась на эллипсоиде Красовского с использованием метода проектирования. Метод проектирования в отличие от метода развертывания предполагал редуцирование данных геодезических измерений с земной поверхности через поверхность уровня моря на поверхность референц-эллипсоида. Определение высот квазигеоида и составляющих уклонений отвесных линий, необходимых для такого редуцирования, выполнялось с использованием гравиметрических данных: сначала для повышения точности интерполяции астрономо-геодезических уклонений отвеса и для расчета приращений высот квазигеоида, а затем с развитием гравиметрического метода высоты квазигеоида и составляющие уклонений отвесных линий определялись независимо от астрономо-геодезических данных.

Дальнейшее распространение системы координат 1942 года на территорию СССР проводилось последовательно несколькими крупными блоками полигонов триангуляции и полигонометрии 1 класса. При присоединении каждого очередного блока координаты пунктов на границах блоков уравненной сети принимались за жесткие. Для сгущения АГС, сформированной в виде системы полигонов, выполнялось их заполнение сплошными сетями триангуляции 2 класса. Реальная схема полигонов рядов триангуляции 1 класса часто существенно отличалась от приведенной на этом рисунке.

Сплошные сети триангуляции 2 класса уравнивались в пределах отдельных полигонов с использованием уравненных координат пунктов триангуляции 1 класса в качестве исходных.

На смену СК-42 в результате совместного уравнивания трех самостоятельных, но связанных между собой, геодезических построений различных классов точности: КГС, ДГС, АГС по их состоянию на период 1991-93 годов, принялась новая система координат СК-95.

3.2  Система геодезических координат 1995 года (СК-95)

Целесообразность введения системы координат 1995 года состоит в повышении точности, оперативности и экономической эффективности решения задач геодезического обеспечения, отвечающего современным требованиям экономики, науки и обороны страны.

Полученная в 1995 году в результате совместного уравнивания координат пунктов космической геодезической сети (КГС), доплеровской геодезической сети (ДГС) и астрономо-геодезической сети (АГС), система координат 1995 года закреплена пунктами государственной геодезической сети (ГГС).

Система координат 1995 года строго согласована с единой государственной геоцентрической системой координат ПЗ-90.

За отсчетную поверхность в СК-95 принят референц-эллипсоид Красовского с параметрами:

–  большая полуось 6378245 м;

– сжатие 1:298,3. Главные оси отсчетного эллипсоида параллельны пространственным осям системы координат ПЗ-90. Положение начала СК-95 задано таким образом, что значения координат пункта ГГС Пулково в системах СК-95 и СК-42 совпадают.

Положение пунктов в принятой системе координат задается следующими координатами:

– пространственными прямоугольными координатами X, Y, Z (направление оси Z совпадает с осью вращения отсчетного эллипсоида, ось X лежит в плоскости нулевого меридиана, а ось Y дополняет систему до правой; началом системы координат является центр отсчетного эллипсоида);

–  геодезическими координатами: широтой - B, долготой - L, высотой - H;

– плоскими прямоугольными координатами x и y, вычисляемыми в проекции Гаусса -Крюгера.

Геодезическая высота H образуется как сумма нормальной высоты и высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом.

Нормальные высоты геодезических пунктов определяются в Балтийской системе высот 1977 года, исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока, а высоты квазигеоида вычисляются над эллипсоидом Красовского.

При решении специальных задач могут применяться и другие проекции поверхности эллипсоида на плоскость.

Точность СК-95 характеризуется следующими средними квадратическими ошибками взаимного положения пунктов по каждой из плановых координат:

–  2 - 4 см - для смежных пунктов АГС;

–  0,3 - 0,8 м - при расстояниях от 1 до 9 тысяч км. Точность нормальных высот, в зависимости от метода их определения, характеризуется следующими средними квадратическими ошибками:

–  6-10 см - в среднем по стране из уравнивания нивелирных сетей I и II классов;

–  0,2-0,3 м - из астрономо-геодезических определений при создании АГС. Точность превышений высот квазигеоида астрономо-гравиметрическим

методом характеризуется следующими средними квадратическими ошибками:

–  6 - 9 см - при расстояниях 10-20 км;

–  0,3 - 0,5 м - при расстоянии 1000 км.

Система координат СК-95 отличается от системы координат СК-42:

 

–  повышением точности передачи координат на расстояния свыше 1000 км в 10 - 15 раз и точности взаимного положения смежных пунктов в государственной геодезической сети в среднем в 2 - 3 раза;

–  одинаковой точностью распространения системы координат для всей территории Российской Федерации и стран, входивших в состав СССР;

– отсутствием региональных деформаций государственной геодезической сети, достигающих в системе координат 1942 года нескольких метров;

–  возможностью создания высокоэффективной системы геодезического обеспечения на основе использования глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

К настоящему времени разработан ряд документов, предназначенных для различных потребителей для более успешного перехода от СК-42 к СК-95.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был проведен анализ широко применяемых в мировой практике геодезических систем координат, такие как геодезические и геоцентрические системы координат.

В геоцентрических системах координат, положение объекта определяется относительно центра земли, а в геодезической системе координат относительно  к центру референц-эллипсоида.

На геоцентрических системах координат базируются глобальные, то есть общеземные  геодезические системы, такие как WGS-84, ПЗ–90, ITRF. А геодезические референцные системы координат, такие как СК-42 и  СК-95 – являются конкретными системами координат для каждого государства. И для нашей страны это  система координат – СК – 42.

На сегодняшний день в геодезической практике кроме перечисленных систем еще и  используются полярные координаты, астронимические координаты, плоские прямоугольные системы координат, географические системы координат.  И таким образом, в процессе определение  координат  земного объекта возникает необходимость пересчета координат из одной системы в другую.

Для перехода из одной системы для другой существуют специальные формулы и алгоритмы перехода. Которые позволяют нам преобразовать полученные нами координаты в одной системе на  другую систему.

Общеземные геоцентрические координаты WGS-84 пересчитывают в геодезические широты B, долготы L и высоты H. Геодезические высоты трансформируют в ортометрические высоты H. По геодезическим широтам и долготам вычисляют плоские прямоугольные координаты, например, в проекции UTM. От вычисленных таким образом координат необходимо перейти к соответствующим координатам, применяемых в определенной стране. Переход может быть выполнен по этапно. То есть от геоцентрического в плоскую систему координат, а от него на местную.

Пересчёт точек из одной системы координат в другую - часто встречающаяся задача. Эти преобразования можно сделать при помощи специальных программ, например PHOTOMOD GeoCalculator, MapInfo, CONTRA 1.2 и.т.д

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 http://lib.podelise.ru/docs/

2 Машимов М.М. Геодезия. Теоретическая геодезия.- М.: Недра, 1991.- 5-15 с. электронная версия книги http://twirpx.com

3 Руководство по Всемирной геодезической системе — 1984 (WGS-84).-издание втopoe ,2002.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30177. Модернизировать координатную ось динамической подвижной лазерной головки. Разработанная координатная ось должна минимизировать общее время обработки 6.29 MB
  В результате выполнения работы была модернизирована координатная ось, для уменьшения перемещения лазерной головки и получены минимальные затраты материала. Областью практического применения разработанной координатной системы станка обеспечивает динамическое перемещение оптической оси лазерного излучения, а также положением фокуса луча над поверхностью раскройного стола с разрешением в тысячные доли миллиметра.
30178. Разработка рекомендаций по совершенствованию аэронавигационного обеспечения полетов авиакомпании "Волга-Днепр" в связи с внедрением европейской схемы торговли квотами на эмиссию парниковых газов 2.22 MB
  Выявлена проблема определения оптимального маршрута с точки зрения учета квот на эмиссию парниковых газов и представлены результаты расчетов эффективности эмиссии и определения оптимального маршрута путем ее сравнения. Методы уменьшения эмиссии парниковых газов 59 4. Повышение спроса на воздушные перевозки привело к увеличению общего объема авиационной эмиссии темпы которого превысили темпы уменьшения удельной эмиссии обеспечиваемой за счет постоянного совершенствования техники и эксплуатационных процедур. Основными компонентами авиационной...
30180. Анализ земляники садовой выращеной на базе плодового питомника ООО «Полисад» в городе Горки Могилевской области 1.13 MB
  Первые крупноплодные сорта земляники появились в 1840 году. Через 20 лет эти сорта были завезены в Казань на ферму земледельческого училища. Растения преимущественно двудомные встречаются сорта с обоеполыми цветками. В диком состоянии этот вид не встречается к нему принадлежат все сорта крупноплодной садовой земляники которые ныне культивируются.
30182. Установление специфики юридической ответственности органов местного самоуправления 428.5 KB
  Ответственность органов местного самоуправления выступает важным элементом их правового статуса гарантией качественной работы и добросовестного осуществления своих полномочий. Предназначение конституционноправовой ответственности заключается в охране конституционного строя основных прав и свобод граждан в обеспечении нормального порядка осуществления публичной власти в следовании органов местного самоуправления предписаниям действующего законодательства в предупреждении превенции посягательств на порядок осуществления...
30183. Повышения эффективности использования строительных машин, увеличение срока их службы и надежности в работе 897.6 KB
  Рост парка машин позволил в значительной степени механизировать труд работников в строительстве. Уровень его механизации достиг 80%. Машинами выполняются почти все основные виды строительно-монтажных работ. В этих условиях своевременность и высокое качество сооружения строительных объектов в большой степени зависят от уровня работоспособности машин. Чем он выше, тем больше гарантий в том, что объекты будут построены в установленные сроки и качественно.