Постановка проблеми
Під час виконання геодезичних робіт з використанням супутникових GNSS-спостережень постійно виникає необхідність прив’язки цих спостережень до пункту чи станції з відомими координатами. Уже сьогодні стала практично класичною схема: вихідний пункт – базовий приймач та пункт, координати якого визначаються, – рухомий (роверний) приймач. Ця схе-ма діяла і, на жаль, продовжує діяти ще досі. “На жаль” вжито тут у тому контексті, що при такій схемі за координати вихідного пункту приймалися і продовжують приймаютися ката-ложні значення координат класичної референцної системи СК-42 чи її математичного відо-браження – СК-63. За основний критерій береться тільки оперативність і простота виконан-ня польових робіт і зовсім не враховуються питання технології та точності. Неоднорідність класичного координатного поля підсилюється невідповідністю трансформацій координат. Єдиний вихід із цієї ситуації – прив’язка до геодезичних пунктів чи постійних станцій су-путникових спостережень, координати яких визначені із GNSS-технологій. З розвитком ме-режі постійнодіючих референцних станцій така прив’язка значно полегшується. Проте по-стає запитання, які ж координати цих станцій потрібно використовувати? При високоточній прив’язці на перший план виходять такі фактори, як тип референцної системи (її реалізація та епоха) і методика визначення (встановлення) цих координат.
Найкращим виходом з цієї ситуації є так звані офіційні координати перманентних референ-тних станцій, визначені Міжнародною службою обертання Землі і референцних систем (IERS) із останньої за часом реалізації системи та фіксованої (стандартної) епохи. Ці коор-динати ґрунтуються на комбінації розв’язків різними космічними геодезичними технологі-ями: GNSS, VLBI, SLR, DORIS. Проте з усіх українських станцій офіційні координати ма-ють тільки три станції: GLSV (Київ/Голосіїв), POLV (Полтава), UZHL (Ужгород) [1]. Нада-лі ми будемо називати їх базовими станціями. Для решти українських перманентних стан-цій офіційних координат не встановлено.
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Першочерговим питанням при виборі координат референцних станцій стає вибір системи відліку, тобто референцної системи. Оскільки під час GNSS-спостережень використову-ються ефемеридні значення координат супутників у поточній реалізації земної референцної системи ITRS, то зрозуміло, що використання національних систем відліку координат є не-прийнятним. Зважаючи на той факт, що координати супутників безперервно уточнюються від наземних станцій керування, які розміщені у різних частинах світу, тобто на різнихтек-тонічних плитах, то вони будуть змінюватися також з часом. Основною причиною такої зміни слугують зміщення тектонічних плит під дією глобальних та регіональних геофізич-них процесів. Отже, координати референцної системи ITRS будуть характеризуватися кі-нематичними характеристиками: значеннями координат на деяку фіксовану епоху та швид-костями їх зміни [2].
Ще у 1990 р. ухвалена резолюція Підкомісії Міжнародної асоціації геодезії (IAG) для Євро-пейської референцної системи (EUREF про те, щоб встановити для території Європи таку земну референцну систему, яка б збігалась з Міжнародною референцною системою ITRS, а швидкість руху стійкої частини євразійської плити зафіксувати на епоху 1989.0 і вважати її незмінною. Таку систему назвали Європейською земною референцною системою 1989 (ETRS89). В 2003 р. Європейська Комісія прийняла ETRS89 як обов’язкову референтну си-стему для всіх прикладних застосувань у Cучасні досягнення геодезичної науки та вироб-ництва, випуск ІІ(18), 2009 40 Європі. Асоціація EuroGeographics, яка представляє топогра-фо-картографічні та кадастрові агентства більшості європейських країн, також рекомендує здійснювати розроблення основних проектів, пов’язаних із інфраструктурою просторових даних, на основі ETRS89.
Референцна система ETRS89 підтримується EUREF через мережу перманентних GNSS ре-ференцних станцій (EPN), координати яких регулярно визначаються в ETRS89 і являють собою її реалізацію першого рівня в континентальному плані. На національному рівні ETRS89 реалізується покроковим згущенням й удосконаленням “оригінала” референцної системи EUREF через існуючі станції EPN.
Подібно до міжнародної земної референтної системи ITRS, ETRS89 розвивається стадіями, а кожна стадія розвитку представляється відповідною реалізацією. Остання реалізація зав-жди є досконалішою за попередню. Для референтної системи ITRS такою останньою реалі-зацією є ITRF2005 з епохою 2000.0, а ETRS89 відповідно ETRF2000 та епохою 2000.0. Про-те треба ще раз зазначити, що координати референтної системи ETRS89 у її реалізаціях, на-приклад, ETRF2000 є лише математичним відображенням міжнародної земної референцної системи ITRS і нічим більше.
Надійність координат мережі EPN залежить від загальної тривалості спостережень та мож-ливості використання інших космічних методів спостережень. Координати EPN-станцій до-ступні у двох референцних системах – ITRS та ETRS89. Залежно від тривалості спостере-жень і обробки для станцій мережі EPN можна виділити три типи координат:
(А) щотижневі координати, обчислені за допомогою комбінування локальних розв’язків з окремих частин мережі EPN;
(Б) мережеві координати і швидкості їхньої зміни, обчислені у межах проекту EPN “Time series monitoring”;
(В) офіційні координати і швидкості, які видає Міжнародна служба обертання Землі і ре-ференцних систем – IERS за результатами комбінування багаторічних координатних розв’язків, отриманих декількома космічними геодезичними методами.
Як показали дослідження, для високоточної прив’язки координати (А) є найменш точними і можуть бути використані лише для координатного контролю. Координати (Б) є точнішими розв’язками щодо станцій EPN. Вони є придатними для використання, коли перманентна станція працює вже багато років, але ще не внесена у список IERS [3]. Навіть якщо станція має період спостереження 1,5–2 роки, то її координати вже еквівалентні ITRF розв’язкам, проте швидкість їх зміни потребує довшого часового ряду. Координати (В) – офіційні коор-динати/швидкості станцій EPN, що видаються IERS.
Постановка завдання
Основною метою нашої роботи є розроблення методики встановлення вихідних (“опор-них”) координат українських перманентних станцій мережі EPN на основі офіційних коор-динат IERS для їх використання під час високоточної геодезичної прив’язки.
Виклад основного матеріалу
Українська мережа перманентних GPS-станцій створена спільними зусиллями різних орга-нізацій та установ. Нині на території України повноцінно функціонують 9 перманентних GNSS-станцій, які входять у Європейську мережу перманентних станцій: Київ/Голосіїв (GLSV), Ужгород (UZHL), Львів (SULP), Полтава (POLV), Миколаїв (MIKL), Харків (KHAR), Євпаторія (EVPA), Чернігів (CNIV), Алчевськ (ALCI). На рис. 1 наведена схема розміщення станцій української перманентної мережі.
Оскільки перша українська станція EPN –GLSV почала працювати з 1997 року (957 GPS-тиждень), то вихідними даними у виконаному дослідженні були щотижневі комбіновані розв’язки усіх станцій за проміжок часу спостережень від 957 до 1520 GPS-тижнів у реалі-заціях ITRF97, ITRF2000, ITRF2005 референцної системи ITRS [6]. Нами створено вихідну базу даних усіх українських перманентних станцій на цей період (рис. 2). Станція Алчевськ (ALCI) до уваги не бралася тому, що вона працює тільки 3 місяці в тесто-вому режимі, а перший щотижневий розв’язок припадає лише на 1528 GPS-тиждень. Набір координат становив від ста тижнів для станцій Євпаторія (EVPA) і Чернігів (CNIV) та до 600 для станції Київ/Голосіїв (GLSV).
Об’єм даних за станціями залежно від реалізацій референцної системи ITRS наведено на рис. 3.
Як видно із рис. 3, тільки чотири українські перманентні станції мали реалізації у всіх трьох зазначених реалізаціях референцної системи ITRS. Для подальшої трансформації координат ми вибрали швидкості зміни базових українських перманентних станцій (ITRF2005 на епоху 2000.0) [5] (табл. 1) та швидкості зміни коорди-нат українських станцій із проекту “Моніторинг часових серій EPN” [4] (табл. 2).
Висновки
1. Здійснено обробку часових рядів (щотижневих розв’язків) трьох українських перманент-них станцій, що входять у мережу EPN, та трьох закордонних. Загалом оброблено декілька тисяч таких розв’язків.
2. Виконаний аналіз цієї обробки показав, що усереднені значення координат із щотижне-вих комбінованих розв’язків, після приведення на одну епоху і на одну систему, по кожній станції, є близькими, в межах похибок визначення, до офіційних координат, якщо станції мають координати не менше ніж у трьох реалізаціях.
3. Запропонований спосіб встановлення “найімовірніших” координат перманентних станцій пропонується використовувати для високоточної геодезичної прив’язки GNSS-вимірювань.
Література
1. Boucher C., Altamimi Z. Memo. Specifications for reference frame fixing in the analysis of a EUREF GPS campaign. – 2008
2. Coordinate Time Series in ITRS
3. Kenyeres, A. Analysis and validation of the ITRF2005 densification solution created by the EPN Time Series Analysis Project. – 2008
4. Positions/velocities published by EUREF
5. Positions/velocities published by the ITRS Product Centre
6. Weekly combined EPN SINEX solutions