​Спутниковые технологии в геодезии

Первым этапом реализации проекта НИПД станет модернизация системы государственного геодезического обеспечения территории РК. На этом этапе запланировано достичь однородной точности при интеграции цифровых геопространственных данных ведомственных ИС путем использования современных спутниковых технологий.

Унаследованная от Советского Союза государственная гео­дезическая сеть Республики Казахстан устарела не только морально, но и физически. Ограничены возможности применения технологий высокоточного спутникового позиционирования. При их использовании наблюдаются погрешности в виде деформации координат от 3 до 7 метров по территории, вызванные несовершенством технологии при создании ГГС, геодинамическими и техногенными воздействиями, а также накоплением ошибок при математической обработке сети.

Кроме того, действующая государственная система координат СК-42 имеет ограничительный гриф «секретно», что затрудняет получение геодезических и картографических материалов и данных различными отраслями экономики и промышленности, ограничивает доступ потребителей к информации.

При работе с документами, на которых проставлена ограничительная пометка «секретно», пот­ребители, не имеющие доступа к государственным секретам, вынуждены использовать в своей работе различные системы координат: систему координат 1963 года
(СК-63), местные (условные) системы координат, систему координат 1984 года (WGS-84).

Стоит отметить, что система координат 1963 года утратила силу еще в 1988 году, а местные системы создаются на локальные территории для выполнения цифровых топографических планов населенных пунктов и отдельных объектов.

В сложившейся ситуации возникают противоречия. Корректный переход из одной системы координат в другую проблематичен, так как параметры перехода между ними относятся к государственным секретам. Кроме того, преобразование координат из одной системы в другую приводит к погрешностям трансформирования, которые превышают точность самих измерений.

Отсутствие современного государственного геодезического обеспечения и инструментов для регулирования отношений в области геодезии и картографии стало камнем преткновения для цифровизации большинства отрас­лей республики. А несоответствие международным стандартам и вопросы секретности создают барьеры при сотрудничестве с соседними государствами.

Мировая практика показывает, что на сегодня, начиная с 1990-х годов, большинство стран – Австралия, Англия, Канада, США, ФРГ, Китай, Россия, Украина и Беларусь – коренным образом модернизировало свои геодезические сети при помощи современных спутниковых и телекоммуникационных технологий. Из постсоветских стран только Казахстан и Туркменистан не внедрили собственные системы координат.

Однако современные спутниковые технологии создают прин­ципиаль­но новые условия для пост­роения высокоэффективной системы геодезического обеспечения Казахстана, определяя вместе с тем ряд новых требований к системе координат и геодезической сети РК.

Сегодня многофункциональные глобальные навигационные спутниковые системы, такие как ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, BEIDOU, позволяют реализовать миллиметро­вый уровень точнос­ти между наземными пунктами при отдаленности между ними в тысячи и более километров. Но при этом нельзя забывать, что подобные сис­темы обладают возможностью полного или территориального отключения спутникового сигнала. Таким образом, они имеют не только экономическое и военное, но и скрытое геополитическое значение.

Модернизация государственного геодезического обеспечения Республики Казахстан включит в себя создание геоцентрической системы координат, фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС) и высокоточной геодезической сети (ВГС). Совокупность пунктов ФАГС и ВГС станет физической реализацией и носителем единой государственной системы координат.

Кроме того, в процессе модернизации будут заново вычислены координаты пунктов существующей государственной геодезической сети относительно сетей ФАГС и ВГС во вновь созданной системе координат. Это необходимо в качест­ве альтернативы спутниковым геодезическим сетям на случай выхода из строя глобальных навигационных спутниковых систем или намеренного их отключения.

Системы координат, используе­мые в мире, можно разделить на три основные группы: глобальные (WGS-84, ITRF, ПЗ-90), региональные (ETRS, NAD83) и локальные (ГСК-2011, УСК-2000, СК-95РБ). Сегодня все системы координат большинства государств реализованы методом спутникового позиционирования, в основу которого положена Всемирная геодезичес­кая система координат WGS-84, а ее практической реализацией служит международная земная система отсчета ITRF.

Существует тенденция использования системы координат
WGS-84 вместо создания госу­дарст­венных систем координат на основе спутниковых измерений. Но она не имеет практического применения и требует решения следующего ряда задач. Во-первых, общеземной характер
WGS-84 для территории РК не может обеспечить однородность точности при определении координат.
Во-вторых, необходимы развертывание сети референцных станций для привязки к ITRF и вычисление параметров между системами координат СК-42 и WGS-84.
В-третьих, периодически требуется заново вычислять координаты в специализированных программах (BERNESE, GAMIT-GLOBK).

Применяемые на территории РК системы координат на базе WGS-84 без привязки к международным опорным сетям имеют изначальную ошибку в плановом положении от 5 до 10 и в высотном положении от 20 до 35 метров. Таким образом, становится невозможно использовать системы координат WGS-84 без развертывания сети референцных станций на территории РК и выполнения дорогостоящих работ.

В рамках реализации проекта НИПД к началу 2022 года планируется создание Казахстанской геоцентрической системы координат и модернизация ГГО РК. Основой для создания Казахстанской геоцентрической системы послужит международная земная опорная система координат ITRS (International Terrestrial Reference System).

Казахстанская геоцентричес­кая система координат будет закреп­лена 11 пунктами фундамен­тальной астрономо-геодезичес­кой сети (ФАГС), 75 пунктами высокоточной геодезической сети (ВГС) и трансформированными в новой системе координат пунк­тами ГГС.

Также модернизации подлежат главная высотная основа Респуб­лики Казахстан и государственные гравиметрические сети. Проводимые виды работ позволят создать локальную модель геоида на территорию страны, необходимую для определения высот с точностью до нескольких сантиметров при спутниковых определениях координат. Одной из важнейших задач модернизации ГВО и ГГрС являются геодинамические и техногенные исследования территории Республики Казахстан.

Центральной платформой сбора, систематизации и уравнивания данных спутникового позиционирования пунктов ФАГС, ВГС, ГВО и ГГрС станет информационная база данных государственного геодезического обеспечения (ИБД ГГО). Являясь подсистемой Национальной инфраструктуры пространственных данных РК, ИБД ГГО гарантирует единство координатно-временного обеспечения путем распространения единой государственной системы координат на всю территорию Казахстана. Кроме того, в целях изучения современных тектонических движений земной коры ИБД ГГО станет источником дос­товерной информации в вопросах сейсмологии.

Основными пользователями цифровой продукции модернизированного ГГО РК станут государственные органы, структуры обороны и безопасности, геологии и недропользования, геодезии и картографии, органы регулирования земельных отношений и кадастра, агропромышленный комплекс, транспорт и логистика, гражданская авиация, а также сейсмология и геодинамика.

Реализация проекта позволит обеспечить высокоточные определения геодезических координат, нормальных высот и значений ускорения силы тяжести на всей территории страны. Соответственно, Казахстан выйдет на новый уровень развития в сфере высокоточного спутникового позиционирования.

По опыту предприятия, использование современных спутниковых технологий позволяет в 3–4 раза поднять производительность труда, существенно снижает затраты на выполнение различных видов топографо-геодезичес­ких работ и повышает при этом предельную точность геодезичес­ких измерений. Кроме того, косвенный экономический эффект от модернизации государственного геодезического обеспечения уже к 2022 году составит 7,7 млрд тенге.

Внедрение цифровых технологий в производство непрерывно продолжается с момента основания предприятия. Для реализации названного проекта подготовлены специалисты и приняты необходимые меры для изучения лучшего опыта стран ближнего и дальнего зарубежья.

Большой практический опыт мы получили с 2012 по 2014 год. Поскольку в стране отсутствует геоцентрическая система координат, отвечающая современным требованиям аэронавигации, по решению Правительства РК (постановление от 5 мая 2010 года № 376) и в соответствии со стандартами Международной организации гражданской авиации (ИКАО) на 20 аэродромах Казахстана РГКП «Казгеодезия» локально внедрило и установило систему координат WGS-84. Это обеспечило необходимую точность координирования взлетно-посадочной полосы, радио­навигационных средств и послужило гарантом безопасности полетов. После внедрения данного проекта были сняты ограничения на полеты казахстанских авиакомпаний в страны Европейского союза. Работа высоко оценена региональным экспертом Международной организации гражданской авиации (ИКАО).

В заключение добавлю, что РГКП «Казгеодезия» открыто для внедре­ния инновационных технологий и готово совершенствовать производство для воплощения новых идей и амбициозных планов во всех направлениях своей деятельности.