Источник: http://www.mapi.gov.il
Ключевые слова: высотное ортометрическое обоснование, высотное эллипсоидальное обоснование, геодезическая ондуляционная модель
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
В течении многих лет высотное геодезическое обоснование было прозвищем основы построения высотных отметок (реперов) имея ортометрические высоты, полученные высокоточным нивелированием. Высокоточное нивелирование в действительности очень точный метод измерений, но печально известно, что он требует много времени, очень дорого по продолжительности работы трудовых ресурсов, и особенно затруднительно в необходимости покрыть, в буквальном смысле шаг за шагом, пространство между каждой парой конечных точек. Электронное нивелирование частично решило проблему низкой скорости, но цена остаётся высокой, и до сих пор, длинные расстояния, нуждаются в правильности при пересечении горами, широкими реками и озерами. Это зоны, где высокоточное нивелирование практически невозможно. Цель любой системы магистрального нивелирования – обеспечить основу построения, где топографы и инженеры могут базировать и приспосабливать свои высоты в надежде, что, исключая, безусловно, в пределах или масштабах определённого района или местности, свои ошибки будут меньше, чем их. Другая важная цель системы магистрального нивелирования – отслеживание высотных тектонических изменений слишком широких областей.
Мы предлагаем, чтобы первая задача системы магистрального нивелирования достигалась проще с достаточной точностью на общегосударственной основе Эллипсоидального обоснования высот (посредствам GNSS измерений) и Официальной ондуляционной модели геоида. Глубокое изучение этой идеи в самом центре статьи.
Чтобы удостовериться в нашем предложении, мы проводим научно-исследовательскую работу в Израиле. Мы проверили два типа экспериментальных Официальных моделей: первая – Всемирная геопотенциальная модель GPM98B. Другая – местная Израильская модель, рассчитанная при помощи SOI, основанной на около 750 реперах сети магистрального нивелирования, чьи эллипсоидальные высоты были посчитаны из GPS измерений. Мы сравниваем невязки «искусственных» ортометрическиъ высот (GPS измерения + расчёт ондуляций) с известными ортометрическими невязками. Невязки эллипсоидальных высот были измерены с помощью GPS, и также, используя последующую обработку VRS (Virtual Reference Station), которая обслуживает временную станцию GPS в Израиле. Статья приводит результаты этих экспериментов. Это подтверждает способность предложенной технологии определять Непрерывное Ортометрическое Высотное обоснование, соответствующее большинству задач недорогой и быстрой процедуры. Эта технология особенно важна на территории со сложным рельефом, где высокоточное нивелирование практически невозможно, и по этой причине она может быть большой помощью где бы то ни было во всем мире.
ВВЕДЕНИЕ
Bomford (1980) утверждает: «Задача системы магистрального нивелирования обеспечивают основу построения, в которой топографы и инженеры могут базировать и приспосабливать свои высоты в надежде, что, исключая, безусловно, в пределах или масштабах определённого района или местности, свои ошибки будут меньше, чем их». Другая важная цель системы магистрального нивелирования (согласно Bomford) – отслеживание высотных тектонических изменений слишком широких областей. Использование выражение «Нивелирная система» как прозвища высотного обоснования, было принято, как и следовало ожидать, с того момента, до эры GPS, когда не было альтернативы высокоточному нивелированию, как средства достижения упомянутых целей. Сейчас мы уже знаем, что GNSS измерения более эффективны для наблюдения высотных тектонических изменений слишком широких областей. Мы раскрываем всё больше и больше идей высотного эллипсоидального обоснования, фактически трёхмерного геодезического обоснования, основанного на постоянной GNSS сети (называемая также CORS – Continuous Operating Reference Stations – непрерывная эксплуатируемая опорная точка), см., например, Steinberg and Papo (1996, 1998, 1999), Meyer и другие, 2004, Wonnacott 2005 и так далее. Преимущество GNSS сети над магистральным нивелированием уже достаточно очевидно. Главный вопрос до сих пор существует, несмотря на то, что любая из двух сетей эллиптических систем высот, может заменить ортометрическую. Авторы этой статьи убеждены, что нет больше места для новой повсеместной высотному геодезическому обоснованию, основанному на магистральном нивелировании. Однако, мы знакомы с потребностями в ортометрических высотах и в ортометрической системы.
Хорошо известная связь между эллипсоидальной (h) и ортометрической (H) системами высот, полученные, как: где , N – геодезическая ондуляция в этой точке. Невероятные усилия были сделаны в мире, чтобы должным образом достичь сантиметровой точности в модели геоида, с помощью которой можно получить ортометрические высоты с помощью GPS измерений. Обычный подход, что невозможно использовать GPS измерения, чтобы получить сантиметровую уровенную ортометрическую высоту, если нет более высокой точности модели геоида, даже в локальном базисе. Мы предлагаем не ждать усовершенствования модели геоида, и в большинстве работ, в которых мы нуждаемся в ортометрических высотах, применять постоянную GNSS сеть и Официальную ондуляционную модель геоида – OGUM.
2. ВЫСОТНОЕ ОРТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Классическое высотное обоснование составлено из нескольких иерархических уровней, которые следуют принципу «от общего к частному». Магистральное высотное ортометрическое обоснование содержит полигон высокоточного нивелирования первого класса длиной в несколько сотен километров. Точность высокоточного нивелирования (высокая точность нивелирования) должна быть на миллиметровом уровне в среднем на километр (Bomford, 1980). Другие классы сети сгущаются от главной сети в соответствии с необходимостью из-за понижения точности. Орган в области геологии, геодезии, гидрографии Израиля управляет первым/вторым классом (с полигоном (незамыкание полигона менее 3 ) по всей стране, и третьи (незамыкание линий менее 15 ) в северной (густо населённой) части страны. Стоит отметить, что справедливо устанавливать сеть третьего класса только в густонаселенных областях. Мы не должны описывать здесь хорошо известные трудности высокоточного нивелирования. Достаточно увидеть, что большинство передовых технологий автоматизированного нивелирования, необходимо 25 лет довести до конца сеть первого класса в Швеции (Eriksson et al., 2002), например. Благодаря трудностям нивелирования, и иногда нетерпеливости ожидания официальных результатов, фактически невозможно получить высоты более высоких классов сетей с абсолютной (относительной для более высоких классов) точность более 5-10 см. Это не удивительно, находить невязки этого класса и между соседними городами. Нецелесообразно измерять высоты для высших классов высотных отметок, достаточно построить систему нивелирной сети, настолько протяженной, насколько эти точки будут отдаленными, и не будут часть сгущенной, хорошо обеспеченной сети, скажем, менее, чем км.
3. ВЫСОТНОЕ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Эллипсоидальное обоснование неизбежная замена ортометрическому. Орган в области геологии, геодезии, гидрографии Израиля уже решил склоняться к 3D (трёхмерному) геодезическому обоснованию, основанному на Постоянной GPS сети Израиля (Steinberg and Even-Tzur, 2005). Это должно быть в пределах структуры New Survey Regulations ( ? Новой Съёмочной Регуляции), которая уже готова (Steinberg, 2006). В общем говоря, Высотное Эллипсоидальное (Геометрическое) Обоснование должно основываться на Постоянной GNSS Сети, как одну часть 3D (трёхмерного) геодезического обоснования. Постоянная GNSS сеть – это первый класс трёхмерного контроля. По своей сути (в эксплуатационном пространстве, находящемся в поле зрения) Постоянные Станции достаточно далеки друг от друга. Благодаря зависимости точности GPS в длинах базисов (которые могут быть компенсированы длительным временем измерения) особенно в высотном направлении, может быть рекомендованы, чтобы загустить обоснование первого класса последующими классами, в соответствии с существующими требованиями. Это сгущение сети должно быть сделано, конечно, с помощью GPS измерений. В Израиле мы решили, что точность второго класса будет 1 см (2?), третьего – 2 см, относительно номинальным высотам Постоянных GPS станций.
4. ОНДУЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ГЕОИДА ПО ВСЕЙ ТЕРРИТОРИИ ИЗРАИЛЯ
Ондуляционная модель геоида составляет важную часть современной геодезической инфраструктуры. Ондуляционная модель позволяет преображать эллипсоидальные высоты в ортометрические. Интенсивное использовании GPS в геодезической и инженерной области применения побуждают развитие ондуляционной модели. Точности геоида в Израиле не существует за исключением маленьких территорий (площадью около 600 километров) и около горы Carmel в северной части Израиля (Sharni and Papo, 2000).
В последнее время Орган в области геологии, геодезии, гидрографии Израиля сделал относительные измерения между точками магистрального высотного ортометрического обоснования Израиля. Это подготовило WGS84 эллиптические высоты в около 750 точек, которые покрывают большую часть Израиля. Вычитая ортометрические высоты от WGS84 эллипсоидальных высот в этих точках дают результат прерывные вычисления расхождений между локальными высотными отметками Израиля и WGS84 эллипсоидальными, которые могут быть интерполированы в форму геометрически полученной модели геоида. Кригинг (метод нелинейной интерполяции – прим.) был использован SOI, чтобы рассчитать местную ондуляционную модель геоида Израиля, когда на большинстве территории Израиля точность модели, более 10 см (Tuchin, 2006).
GPM98B is a global geopotential model, which express the Earth’s gravity field and thus geoid heights in terms of spherical harmonic basis functions, it has been computed to spherical harmonic degree 1800 by Wenzel (1998). (GPM98B – глобальная геопотенциальная модель, которая выражает гравитационное поле Земли и соответсвенно высоты геоида в периоде базисной сферической гармонической функции, она вычислена в соответсвтвии со сферической гармонической функцией градуса 1800 by Wenzel (1998) - ? ). GPM98B включает несколько серьезных характеристик Израиля; по этой причине она подходит Израилю лучше, чем любые другие геопотенциальные модели. Ранние эксперименты использования GPM98B в Израиле показали локальную точность около 10-20 см и разницу около +2 метра на севере и -2 на юге между известными ортометрическими высотами полученные на основании модели.