Постоянная GNSS Сеть и Официальная ондуляционная модель геоида
как замена ортометрического геодезического обоснования
Гершон Стейберг и Гилард Ивен-Тзур
Перевод с английского: Буга М.О.
Источник: http://www.mapi.gov.il
Классическая мечта геодезиста состоит в полнейшем, надёжном, точном, безошибочном, повсеместном контроле нивелирной сети, что является роскошью, даже для самых материально-благополучных, стран, и возможно, так и останется мечтой. До появления GPS не существовало альтернатив высокоточному нивелированию. Сейчас они есть. Авторы предлагают новый подход к геодезической основе ортометрических высот, в котором наиболее доступная модель геоида используется как официальная и соответствующая законодательству, от которой выводятся повсеместные ортометрические высоты, в свою очередь как эллипсоидальный высоты измеряются с помощью GNSS. Развивающимся странам это может принести выгоду и благоприятный экономический эффект.
Модель геоида изначально способствует происхождению ортометрических высот из измерений GNSS. Но, так ли это действительно необходимо определять истинную модель геоида с сантиметровой точностью? Этот вопрос уместен с того момента, как во всем мире с невероятными усилиями была достигнута с малой долей погрешности модель геоида. Мы ставим под вопрос необходимость в этом: ни одна из этих моделей в достаточной степени не удовлетворяет точности, требуемой для большинства инженерных работ. Нет необходимости стремится к идеальной модели. Единственная потребность в том, что модель геоида для определенной территории постоянна и официально принята. Мы призываем к официальной, соответствующей законодательству модели – Официальной или государственной ондуляционной модели геоида (Official Geoid Undulations Model – OGUM).
Противоречия
Классическое высотное обоснование состоит из сети с иерархической структурой с действующим принципом «от общего к частному». Первичная сеть получается высокоточного нивелирования, который охватывает полигон, длиной несколько сотен километров, при том, что точность должна быть на уровне мм/км. Низшие сети представляю сгущение первичной сети с понижением точности в зависимости от требований. Установление сети третьего класса практически осуществима и целесообразна только на густонаселенных территориях и получение высот низших классов с высокой точностью достаточно сложно (по сравнению с высшими классами), точнее 5-10 см. Такие расхождения обнаруживаются между соседними районами. Противоречия в высотах низших классах опорных пунктов неизбежны, поскольку точки разделены и расположены не плотно, в хорошо содержащихся сетях менее, чем 2*2 км.
GNSS (Global Navigation Satellite System –
Глобальная навигационная спутниковая система)
Эллипсоидальная геодезическая основа неизбежно заменит ортометрическую. Высотное обоснование (геометрическое) геодезической основы должно базироваться на постоянной GNSS сети представляет собой трехмерную геодезическую основу первого порядка. Производственные затраты предназначены для постоянных станций, находящихся в десятках километрах друг от друга. Точность GNSS зависит от длины базисов обширные вычислительные операции, особенно в высотных направлениях, сгущение рекомендуется в сетях первого порядка в соответствии с требованиями. Они должны быть, конечно, совершены GNSS вычислениями. В Израиле точность сетей первого порядка составляет 1 см (2?)., второго – 2 см, относительно заданным высотам постоянных GNSS станций.
Модель геоида
Рисунок 1 – Различные модели геоида
Модель геоида основывается на важных разделах геодезической инфраструктуры и позволяет преобразовывать эллипсоидальные высоты в ортометрические. Активное использование GNSS в геодезических и инженерных прикладных системах неизбежно влечет за собой быстрое развитие модели геоида, которая основывается на двух типах текущего местонахождения (Рисунок 1). Во-первых геопотенциальная модель основывается на гравиметрических измерениях, точность которых зависит от плотности таких измерений, точности DTM (Digital Terrain Mode – цифровая модель рельефа – прим.), допусков, сделанных в соответствии с удельным весом ( или плотностью – прим.) почвы и т.д. Во-вторых, геометрическая модель основывается на эллипсоидальных высотах реперов, найденных при помощи GPSS измерений. Точность зависит от плотности точек и точности эллипсоидальных и ортометрических высот. Целостность совершенствует модель геоида. Чтобы установить национальные ортометрические высоты, которые «будут жить мирно» с высотами реперов геопотенцильной модели некоторые расхождения между двумя системами должны быть устранены.
Замена
Бесконечные трудозатраты, кажется, были направлены на усовершенствование модели геоида, чтобы достигнуть 1-см точности повсеместно в стране, почти также, как и на обеспечение нивелирной сети этого класса. Государственное высотное обоснование должно отвечать соответствующим точкам в соответствии с точностью для устранения противоречий. Эта задача на практике невозможна, используя классические нивелирные сети. Это также невозможно, если мы будем ожидать на каждом шагу ожидать высокой точности модели геоида. Чтобы преодолеть эту проблему, мы предлагаем утвердить наиболее подходящую – Официальную (Государственную) модель неизменно, чтобы заменить временную усовершенствованной моделью. Документация для каждого варианта обслуживать и применяться во всех случаях, когда данная исходная величина ((???) или нулевой уровень, или нуль высот, или датум, или базовый геодезический параметр, или основа данной системы координат, или базовая точка, или базовая плоскость, или реперные опорные данные) этого требует. Сочетание OGUM высотной эллипсоидальной геодезической основываются на CORS Continously Operating Reference Station (непрерывно действующая базовая станция (GPS) – прим.), образующую повсеместную ортометрическую сеть геодезической основы, подходящею для большинства геодезических изысканий. Наша система не является «волшебной панацеей» для всего и всюду. Её применение зависит от особых потребностей в точности ортометрических высот, точности высотной эллипсоидальной геодезической основы и точности наиболее подходящей модели. Объекты, требующие высокой точности не нуждаются в общегосударственной точной ортометрической системе. Могут быть созданы локальные «ортометрические острова» более высокой точности. Постоянные репера ортометрических высот, которые могут быть получен по данной технологии могут наглядно (очевидно) определять данную исходную величину или нулевой уровень, или нуль высот, или датум, или базовый геодезический параметр, или основа данной системы координат, или базовая точка, или базовая плоскость, или реперные опорные данные) для локальных «ортометрических островов».
Эксперименты
Требуемая точность редко превышает 1 см в ортометрических высотах при разнице между двумя точками в 100 метрах друг от друга; относительно точности 100 ppm (ppm — единица измерения концентрации, миллионная доля – прим.). Тем не менее точность в 10 см между двумя точками, расположенными на расстоянии 1 км друг от друга – неудовлетворительно. По причине сущности нивелирования, где некто может сделать грубую ошибка в 10 см, но до сих пор не найдены никакие отклоняющиеся от нормы невязки при проведении нивелирования в одну сторону. Таким образом, ортометрический контроль четвертого класса должен быть около 25 мм между реперами, находящимися на расстоянии 1 км друг от друга; это составляет 25 ppm. Чтобы подтвердить наше предположение и установить ортометрические высотные невязки мы проделали эксперимент в Израиле, повсеместно используя геопотенциальную модель GPM98B (?), как геометрическая модель геоида Израиля. Все эксперименты со временной системой OGUM в Израиле привели к достижению относительной точности 25 ppm (см Рисунок 2), что распространяется и на модель GPM98B, особенно для Eilat (Eilat— Израильский ракетный корвет «Эйлат» - прим.) (одна из десяти территорий), возможно, из-за сложного рельефа этой территории. Эти результаты демонстрируют возможности нашей идеи для большинства инженерных работ. Это особенно приемлемо для ортометрической системы для крупномасштабной картографии.
Рисунок 2 – Различие между OGUM и истинным геоидом
Для бедных и богатых
Этот подход не должен быть использован в том случае, когда сгущенная и постоянная сеть нивелирования точная и сходящийся контроль реперов только что выполнен. Но в развитии стран это должно приносить экономическую пользу, потому что установление классической сеть является «невыполнимой миссией» в данном случае. Как профессиональных геодезистов, наша задача понять целесообразность и соответствие OGUM требованиям. Главный результат – это точность модели, и наиболее подходящая модель была выбрана.
Повсеместная модель требует наилучшего соответствия точности реперов, подтвержденными GPSS измерениями. Глобальная модель может быть использована, когда нет ничего более подходящего, но она должна соответствовать такому количеству реперов, насколько это возможно. Мы нашли расхождения между плюсом (на севере) и минусом на юге в 1,9 метров между израильской моделью и GPM98B в переделах расстояния в 400 км. Как общее правило геодезического обязательства, очень важно знать точность выбранной модели и использовать её соответствующим образом.
Заключение
OGUM подходящая замена государственной нивелирной сети, и её пользователи могут в значительной степени извлечь из неё пользу. Но они должны также осознавать её недостатки, которые имеются на ортометрических зонах. Большое преимущество в сгущенности и отсутствии ошибок; незначительная погрешность ортометрических высот в точке зависит от точности GNSS измерений, выполненных отдельно. Мы надеемся, что эта идея поможет странам, которые не могут позволить себе дорогостоящее использование и поддержание сгущенной нивелирной сети, и это может принести пользу развивающимся странам.
Список литературы
Авторы
Gershon Steinberg – главный научный сотрудник и главный геодезист государственного ведомства геодезии, кадастра, картографии и ГИС, помощник главного преподавательского совета в Института технологий Израиля.
Gilad Even-Tzur – главный лектор Института технологий Израиля факультета строительной и относящейся к окружающей среде инженерии.
