<<
>>

6.3.5 Спутниковое нивелирование

А.Н. Майоров

Термин «спутниковое нивелирование» получил распространение после внедрения в геодезическую практику спутниковых измерительных технологий. Под спутниковым нивелированием обычно понимают метод получения нормальных высот точек земной поверхности по результатам обработки GPS/ГЛОНАСС — измерений с точностью, предъявляемой к геодезическим определениям нормальных высот.

Традиционный способ получения наиболее точных значений нормальных высот — геометрическое нивелирование — проигрывает спутниковым определениям высот и по затратам, и по производительности. Поэтому создание условий для практического применения метода спутникового нивелирования является одним из приоритетных направлений современного развития геодезии.

Из обработки спутниковых наблюдений получают геодезические высоты точек Я. Для того чтобы по результатам измерений получить нормальные высоты этих же точек ft, используют соотношение,

Таким образом, выполнение спутникового нивелирования требует не только производства спутниковых измерений на определяемых пунктах, но и знания на этих пунктах высот квазигеоида. Высоты квазигеоида так же необходимы для вычисления нормальных высот, как и геодезические высоты. Но в отличие от геодезических высот высоты квазигеоида при выполнении спутникового нивелирования получают не непосредственно из измерений, а определяют по модели высот квазигеоида. Под моделью здесь следует понимать набор данных и математический аппарат, который позволяет получать по этим данным для области определения модели непрерывное поле значений высот квазигеоида.

Обычно эти модели создаются специальными научными центрами и содержат наиболее точную информацию о высотах квазигеоида для конкретного региона.

Региональные модели представляют собой массив значений высот квазигеоида в узлах регулярной сетки. Чаще всего регулярная сетка определяется семейством широт и долгот, но может задаваться и плоскими координатами в некоторой картографической проекции. Модели создаются с использованием гравиметрической информации, а также с привлечением значений высот квазигеоида, полученных по разности геодезических высот и нормальных высот в соответствии с формулой (6.3.4), на сети опорных пунктов. Данные на опорных пунктах позволяют связать реализованную на них систему высот с системой геодезических координат, а гравиметрическая информация дает возможность интерполировать высоты квазигеоида между опорными пунктами. Точность региональных моделей оценивается на уровне первых сантиметров.

К локальным моделям высот квазигеоида относятся модели, создаваемые для территорий протяженностью не более 10-20 км. Обычно такие модели создаются исполнителями конкретных геодезических работ для своих нужд. Как и при создании региональных моделей, высоты квазигеоида для локальных моделей получают из измерений на нескольких опорных пунктах. По значениям высот на опорных пунктах вычисляются параметры, позволяющие построить поверхность квазигеоида. Как правило, поверхность квазигеоида представляют в виде плоскости. При расстоянии между опорными пунктами 5 км погрешность такого представления для аномального района может составить 5 см. В районах со спокойным гравиметрическим полем методическая погрешность аппроксимации поверхности высот квазигеоида плоскостью почти равна нулю.

В отличие от геометрического нивелирования, развитие которого может выполняться только относительно пунктов с известными нормальными высотами, при выполнении спутникового нивелирования в качестве исходных пунктов могут использоваться пункты с известными нормальными высотами, либо пункты с известными геодезическими высотами.

Схема спутникового нивелирования, выполняемого относительно пунктов с известными нормальными высотами, принципиально не отличается от схемы геометрического нивелирования.

Так же как и при геометрическом нивелировании, спутниковыми измерениями связываются опорные пункты и все определяемые пункты. Измеренные приращения геодезических высот дополняются соответствующими приращениями высот квазигеоида. Полученные приращения нормальных высот используют для расчета нормальных высот определяемых пунктов. Если опорных пунктов с известными нормальными высотами больше одного, неизбежно возникает задача уравнивания. Приращения нормальных высот должны быть уравнены как измеренные величины. Средние квадратические ошибки приращений нормальных высот гадь, которые используются для назначения весов, зависят от ошибок измеренных приращений геодезических высот гадя и ошибок приращений модельных высот квазигеоида гад^

771Д/г = т\н + тД С-

На практике важно иметь надежную методику оценки величин гадя и гаде, так как от этого зависит и выявление грубых ошибок, и распределение невязок, обеспечивающее приближение к точному результату. Сложность состоит в том, что приходится использовать оценки точности, полученные из различных источников. Результаты обработки GPS/ГЛОНАСС-измерений могут быть получены с использованием программного обеспечения, в котором оценка точности выполняется с неизвестными допущениями. Для многих существующих программ характерно, что полученные с их помощью оценки точности не соответствуют реальному распределению ошибок. В то же время оценка точности высот квазигеоида выполняется при создании модели и может иметь некоторый обобщенный характер, осред- ненный для всей модели. Ошибки приращений высот квазигеоида существенно зависят от расстояния между опорными и определяемыми пунктами. Чем ближе расположен определяемый пункт к опорному пункту, тем меньше ошибка приращения высоты квазигеоида. Для спутниковых измерений аналогичная зависимость не так явно выражена. Поэтому использование неверных оценок при совместном взвешивании вкладов геодезических высот и высот квазигеоида может приводить к неверному распределению невязок. Более обоснованное распределение невязок возможно, если на опорных пунктах будут известны не только нормальные высоты, но и геодезические высоты.

В этом случае уравнивание спутниковых измерений может быть выполнено независимо от информации о нормальных высотах и высотах квазигеоида. Кроме того, может быть исключено влияние невязок, вызванных несоответствием высот квазигеоида разности нормальных и геодезических высот на опорных пунктах. Тем самым точность результатов обработки измерений будет выше.

При другом способе выполнения спутникового нивелирования в качестве опорных пунктов выступают пункты с известными геодезическими координатами. Опорные пункты и определяемые пункты связываются спутниковыми измерениями, в результате обработки которых на все пункты полученной сети распространяется единая пространственная система координат. С использованием модели высот квазигеоида от геодезических высот делается расчет нормальных высот, после чего можно полагать, что задача спутникового нивелирования решена. Такой способ спутникового нивелирования является наиболее прогрессивным, так как полностью соответствует представлению о трехмерной геодезии, когда одновременно по одним и тем же измерениям определяются и геодезические координаты, и нормальные высоты. По сравнению с рассмотренным ранее способом спутникового нивелирования, где используются превышения геодезических и нормальных высот и высот квазигеоида, в данном способе используются собственно геодезические высоты, нормальные высоты и высоты квазигеоида. Поэтому требования к точности согласования всех типов высот при этом способе нивелирования значительно выше.

На практике условие (6.3.4) выполняется с некоторой невязкой 6:

Я - Л — С = 6.              (6.3.5)

Оценка среднего квадратического значения этой невязки ть может использоваться в качестве критерия согласованности типов высот на конкретной территории.

Детали обработки измерений и оценки точности результатов требуют знаний о конкретных условиях, в которых выполняется спутниковое нивелирование. Однако можно с уверенностью говорить о том, что для эффективного использования спутникового нивелирования, особенно для замены геометрического нивелирования, такие условия должны создаваться.

В частности, требуется изменение практики развития и поддержания в рабочем состоянии государственной системы нормальных высот. Теоретически система высот представляет собой совокупность значений нормальных высот, определенных относительно одной и той же точки начала счета высот, при условии, что параметры нормального поля силы тяжести заданы. Другими словами, для определения системы нормальных высот достаточно установить точку начала счета высот и задать параметры нормального поля. С практической точки зрения система нормальных высот определяется совокупностью значений нормальных высот, полученных для нивелирных пунктов и закрепленных в соответствующих каталогах.

Их уточнение в результате появления новых измерений возможно только после выполнения определенной процедуры, обеспечивающей согласованность обновленных высот с высотами пунктов, которые изменения не затронули, а также приводящей к фиксированию изменений в каталогах.

Периодически, через установленное количество лет, выполняется общее уравнивание накопленных измерений, выполненных в нивелирных сетях, и введение новой практической реализации системы высот. В нашей стране государственная нивелирная сеть покрывает всю территорию и включает около четырех сотен тысяч пунктов. Опыт эксплуатации системы нормальных высот показывает, что все пункты со временем изменяют значения нормальных высот. За время, проходящее между эпохами обновления системы высот, величины изменений могут составлять от долей миллиметра до нескольких дециметров. Причины, вызывающие изменения высот, могут быть самыми разнообразными:

— влияние тектонических процессов; влияние хозяйственной деятельности; проседание (выпучивание) пунктов из-за неправильной закладки или эксплуатации; влияние ошибок обработки нивелирных измерений.

Приведенный список причин далеко не полон. Но он дает основание ожидать, что деформации государственной системы высот по сравнению с состоянием, зафиксированным на конкретную эпоху в каталогах, могут охватывать целые регионы, а также проявляться на отдельных пунктах.

Обнаружение деформаций методом геометрического нивелирования очень неэффективно из-за низкой производительности и высокой стоимости работ. Кроме того, существующая методика обработки нивелирных измерений не предусматривает выявления и учета систематических изменений высот, которые могут быть спрогнозированы. Поэтому в результате обработки деформация не исключается, а приводит к заведомо более высоким ошибкам высот, чем это следует из точности нивелирных измерений.

Проблема оперативного и производительного отслеживания изменений в нивелирных сетях, а также поддержания государственной системы нормальных высот в рабочем состоянии может быть в значительной степени решена, если использовать спутниковые измерительные средства. Для этого часть пунктов, реализующих пространственную систему координат, необходимо совместить с пунктами государственной нивелирной сети.

Одновременно следует отметить, что использование методов спутникового нивелирования при сложившейся практике поддержания государственной системы нормальных высот в рабочем состоянии требует увеличения спутниковых измерений относительно пунктов с известными нормальными высотами для надежного контроля результатов. При этом применение метода спутникового нивелирования, в котором в качестве опорных пунктов выступают пункты только с известными геодезическими координатами, очень ограничено из-за низкой точности. Уменьшить затраты на дополнительные измерения и тем самым поднять эффективность использования спутникового нивелирования можно, если построить сеть опорных пунктов, для которых будут известны и нормальные высоты, и пространственные координаты.

Таким образом, задача усовершенствования методов для поддержания существующей системы нормальных высот в рабочем состоянии и задача создания условий для практического применения метода спутникового нивелирования приводят к необходимости объединения опорных сетей, реализующих пространственную систему координат и систему нормальных высот. 

<< | >>
Источник: Бровар B.В.. ГРАВИМЕТРИЯ И ГЕОДЕЗИЯ. 2010

Еще по теме 6.3.5 Спутниковое нивелирование:

  1. Как бороться с западным спутниковым телевидением?
  2. Методологические аспекты изучения поля земной силы тяжести
  3. Изменения содержания задач геодезии и гравиметрии
  4. Определение простого слоя по спутниковым данным о вторых производных геопотенциала
  5. Система координат 1995 года
  6. Основные положения дальнейшего развития государственной геодезической сети Российской Федерации
  7. Государственная нивелирная сеть (главная высотная основа)
  8. Теоретические основы обработки нивелирования в гравитационном поле Земли
  9. Астрономо-гравиметрическое нивелирование
  10. 6.3.5 Спутниковое нивелирование
  11. Об установлении единой общеземной системы нормальных высот
  12. 6-3.7 GPS-технологии для деформационного мониторинга геодинамических процессов
  13. Создание сети 1979-1986 годов
  14. Спутниковая альтиметрия П
  15. Спутниковая градиентометрия
  16. Изменения земного гравитационного поля и определение вертикальных движений земной коры
  17. О создании новой высокоэффективной государственной системы геодезического обеспечения
  18. К обоснованию необходимости развития гравиметрической сети 1 класса
  19. О методах решения некорректных задач