Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Технічні науки
Геодезія

Диссертационная работа:

Савчук Степан Григорович. Основи формування геодезичної референцної системи України : дис... д-ра техн. наук: 05.24.01 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2005.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність наукової проблематики. Визначення в єдиній загальноземній геоцентричній системі координат густої мережі точок , які би рівномірно покривали поверхню Землі, складає основний зміст фундаментальної координатної задачі. Строге її рішення зв’язане зі створенням глобальної земної гравітаційної моделі , яка би точно відповідала геоцентричній системі координат та була адекватною зовнішньому гравітаційному полю Землі.

Якщо фундаментальні задачі геодезії та інших наук про Землю можуть бути розв’язані на основі загальноземної референцної системи координат та глобальної гравітаційної моделі, що визначаються на певну епоху, то геодезичні референцні системи координат та регіональні чи локальні гравітаційні моделі знаходять широке застосування в практиці ведення топографо-геодезичних робіт.

Ще у 50-х р.р. ХХ ст. для створюваних систем просторової інформації, спільних навігаційних систем та реалізації глобальних проектів необхідним кроком стало об’єднання класичних геодезичних референцних систем координат або їхня адаптація до загальноземних систем. Першою об’єднаною системою координат у Західній Європі стала квазігеоцентрична система ED50 (European Datum 50), що базувалася на класичних засадах створення (з конкретним вихідним пунктом і референц-еліпсоїдом). У 1987 р. було завершено нове урівнювання єдиної геодезичної мережі країн Західної Європи, параметри якої було визначено на основі класичних наземних та супутникових спостережень. Нову ED87 систему так і не вдалося в достатній мірі зреалізувати, оскільки того ж року була узгоджена вже зовсім інша концепція об’єднаної системи координат, яка отримала назву від назви підкомісії Міжнародної геодезичної асоціації – EUREF. Було прийнято, що система EUREF має спиратися на вибрані супутникові станції міжнародної земної референцної системи ITRF. За аналогією із концептуальною ідеєю міжнародної земної референцної системи ITRS загальноєвропейську систему було названо ETRS. Практичну реалізацію системи ETRS, яка отримала потім назву ETRF, розпочато у 1989 р.. Реалізацією ETRS став глобальний розв’язок системи ITRF на епоху 1989.0, тому, в подальшому, цю стандартизовану систему назвали ETRS89.

У наступні роки, особливо після розпаду СРСР та переорієнтації східноєвропейських країн на структури Європейського Союзу, на території Європи були організовані чисельні кампанії EUREF зі згущення мережі. Основною їх метою було адаптувати національні геодезичні GPS-мережі у відповідність з вимогами загальноєвропейської референцної системи координат ETRS89, що стало фактичною реалізацією цієї системи у національних масштабах.

У той же час загальноземна референцна система координат, яка зреалізована сучасними супутниковими технологіями, не може замінити існуючих геодезичних референцних систем, наприклад, відомої у нас системи координат 1942 р. (СК42), оскільки вона за природою є геоцентричною, а, отже, координати цієї системи будуть відрізнятися від координат геодезичних референцних систем до сотні і більше метрів. Це не могло би мати особливого значення, якби не зважити на дві принципові речі: збереження існуючої топографо-геодезичної і картографічної інформації багатоцільового призначення (топографічних карт масштабного ряду та інших карт спеціального змісту, загальноприйнятих методик та схем масових геодезичних обчислень тощо) і необхідності редукування результатів геодезичних вимірювань на відлікову поверхню (поправки у виміряні на земній поверхні елементи геодезичної мережі можуть сягати значних величин).

Отже, основною проблемою при вирішенні питання введення нової геодезичної референцної системи координат, яка б базувалася на сучасних геодезичних технологіях, є збереження наявного картографічного матеріалу і оптимізація редукційної задачі. Під оптимізацією ми розуміємо наближення геодезичної референцної системи до системи координат, що зв’язана з гравітаційним полем ( і - астрономічні координати, а - нормальна висота).

Багатоаспектні проблеми створення та розвитку систем відліку, в тому числі систем координат зробили вчені - астрономи і геодезисти колишнього СРСР та України. Це, насамперед, Ф.Красовський, О.Ізотов, Л.Пеллінен, С.Судаков, В.Морозов, М.Машімов, Г.Єфімов, К.Насретдінов, Я.Яцків, А.Островський, І.Тревого, Ю. Карпінський, А.Бондар, П.Романишин, І.Заєць, Б.Лепетюк, О.Кучер та інші, а також зарубіжні вчені – F.Helmert, M.Hotine, H.Dufour, E.Krakiwsky, K.Lambeck, J.Ihde, J.Adam, A.Kenyeres, J.Kostelecky, J.Simek, Z.Altamimi, C.Boucher, E.W.Grafarend та інші.

У 1997 р. вперше була запропонована концепція Європейської вертикальної системи, а у 2000 р. затверджено основні її принципи. На сьогоднішній час вона представляє собою добре узгоджену геометрично-фізичну референцну систему висот, зв’язаних з гравітаційним полем Землі. Її реалізацією є Європейська вертикальна референцна система EVRF2000.

Розроблена у 1997р. Європейська модель гравіметричного квазігеоїда EGG97 знайшла пряме практичне використання при перетворенні геодезичних висот, отриманих із GPS-спостережень, до висот, що пов’язані з гравітаційним полем Землі для застосування в задачах геодезії, геофізики тощо. Для підвищення точності отримання нормальних висот вказаним шляхом ця модель використовується з кількома контрольними пунктами GPS-нівелювання для трансформації (узгодження) квазігеоїда у систему таких пунктів GPS-нівелювання, які є носіями Європейської вертикальної референцної системи.

Шлях прямого визначення нормальних висот на основі даних GPS вимірів та моделі квазігеоїда має всі підстави на широке застосування. При цьому необхідною умовою є наявність сучасної висотної системи, адаптованої до Європейської вертикальної референцної системи EVRS, та відповідної моделі гравіметричного квазігеоїда.

Чималий внесок до теорії та практики побудови вертикальної системи відліку та висотної складової референцної системи координат внесли вітчизняні та зарубіжні учені, серед них П.Павлів, О.Марченко, П.Двуліт, К.Третяк, М.Юркіна, В.Бровар, В.Єремеєв, І.Мещерскій, Г.Дем’янов, М.Bursa, R.H.Rapp, R.Jдger, H.Denker, W.Torge тощо.

Геодезичні референцні системи координат, що створювалися класичними геодезичними технологіями не можуть забезпечити на прийнятному рівні точності переходу до загальноземних референцних систем, чи навпаки, через різні технології їх отримання.

Традиційна задача визначення параметрів трансформування між різними референцними системами координат за заданими в кожній системі положеннями однойменних (спільних) фізичних точок стосовно території України не може бути безпосередньо розв’язана з прийнятною для геодезії точністю. Бар’єром для такого розв’язання є: недостатня кількість спільних пунктів, координати яких відомі у двох референцних системах, а також проблема точного визначення висотної складової вектора положення (геодезичної висоти) для існуючої системи координат. Проте основна причина безпосередньо пов’язана із невідповідністю систем координат, що використовуються у супутникових визначеннях і тих, що традиційно склалися за попередні десятиліття, та різними точносними параметрами двох технологій визначення місцеположення пунктів геодезичної мережі. Вказане призводить до неузгодженості інформаційних потоків, зниження якості інформації, невиправданому дублюванні спостережень тощо. Тому пошук оптимальних шляхів для побудови нової геодезичної референцної системи координат, яка буде базуватися на сучасних геодезичних технологіях і в той же час не відкидатиме того багаторічного надбання у вигляді пунктів державної геодезичної мережі, відпрацьованих технологій ведення топографо-геодезичних робіт, картографічних матеріалів тощо, є актуальною проблемою.

Якщо зважити на технологію отримання висотної основи першої половини ХХ ст., а в цей час створювалося більшість із відомих нині висотних систем, то нею було передбачено вибір (часто без належного обгрунтування) початкового пункту відліку висот, його зв’язок із пунктами нівелірної мережі та забезпечення стабільності (в часі та просторі) зафіксованої системи. Визначення потенціалу сили ваги самою технологією робіт не передбачалося. Предметом обчислень була лише різниця потенціалів . До тих пір поки міжнародне співробітництво не набрало глобального характеру, фахівці мирилися з різноманіттям висотних систем як щодо вибору нуль-пункта відліку висот, так і щодо системи узгодження з гравітаційним полем. Перші спроби об’єднати нівелірні мережі Європи були зроблені після другої світової війни. Але практичний результат від цього став відчуватися лише після широкого використання супутникових радіонавігаційних систем типу GPS. Масштабні гравіметричні вимірювання та супутникові технології привели до розробки глобальних та регіональних гравіметричних моделей квазігеоїда високої роздільної здатності. Все це потребувало іншого підходу до поєднання та подальшого використання такої інформації. Одним із проявів такого підходу стало створення Світової (WHS) та Європейської (EVRS) висотних систем. Більшість країн Європи узгодили свої національні висотні системи з європейською на рівні прийнятого стандарту. Саме тому питання узгодження висотної основи з сучасними стандартами в цій області є важливою частиною проблеми побудови нової геодезичної референцної системи України, адаптованої до європейських стандартів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема роботи узгоджується з ключовими завданнями Державної науково-технічної програми розвитку топографо-геодезичної діяльності та національного картографування на 2003-2010 роки, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 16 січня 2003 р. №37, і відповідає науковому напрямку кафедри вищої геодезії та астрономії “Дослідження фігури і гравітаційного поля Землі та їх змін в часі на основі обробки високоточних астрономогеодезичних, супутникових і гравіметричних вимірів”.

Автор був керівником ряду госпдоговірних науково-дослідних робіт, тісно пов’язаних з темою дисертації, а саме: “Розробка програмного забезпечення для підготовки, проведення та обробки астрономічних спостережень”, № держ. реєстр. 0195U014364; “Моделювання та визначення параметрів референцної системи координат для території України”, № держ. реєстр. 0103U004629; “Створення висотної складової референцної системи координат України”, № держ. реєстр. 0104U005962; “Модифікація Європейського квазігеоїда EGG97 для регіонa Закарпатської області з метою перевірки метода GPS-нівелювання для заміни геометричного нівелювання 4-го класу”, № держ. реєстр. 0104U002383.

Мета і задачі дослідження. Основною метою дисертаційної роботи є розробка теоретичних положень і практичних рекомендацій щодо вирішення важливої науково-прикладної проблеми побудови нової системи координатного забезпечення в Україні, що базується на сучасних супутникових технологіях.

Об’єктом досліджень є референцна система координат та висот, а предметом досліджень є моделювання параметрів референцної системи із врахуванням як однозначності зв’язку з загальноземними референцними системами, так і збереженні існуючого геодезичного і картографічного матеріалу при переході до нової координатної системи.

Для досягнення вказаної мети в роботі поставлені та розв’язуються такі основні задачі:

проведення комплексного аналізу тенденцій розвитку координатного забезпечення проблеми побудови та впровадження геодезичних референцних систем координат у розвинених країнах і в Україні;

розроблення принципів формування національної референцної системи координат як складової загальноєвропейської інфраструктури координатного забезпечення;

розроблення методологічних основ, концептуальної моделі та методів створення геодезичної референцної системи координат;

вишукування оптимальних методів визначення параметрів геодезичної референцної системи координат;

розроблення технології прогнозування висот регіональної моделі квазігеоїда для визначення оптимальних параметрів трансформування референцних систем координат;

розроблення методики наближення параметрів оптимального орієнтування референц-еліпсоїда до діючих референцних систем координат;

виявлення ефективності застосування висот квазігеоїда для оптимізації геометричних параметрів орієнтування референц-еліпсоїда;

розроблення методологічних основ та концептуальної моделі створення висотної складової геодезичної референцної системи координат;

впровадження результатів дослідження у практичну топографо-геодезичну діяльність.

Наукова новизна одержаних результатів. полягає в тому, що у роботі вперше виконано теоретичні узагальнення і одержано практичні результати вирішення науково-прикладної проблеми впровадження геодезичних систем відліку для підвищення ефективності використання сучасних геодезичних ресурсів, зокрема, супутникових радіонавігаційних технологій:

  1. Вперше узагальнено методологічні підходи та методи формування і використання геодезичної референцної системи координат як складової загальноземної системи відліку з урахуванням особливостей розвитку координатного забезпечення в Україні.

  2. Розроблено основи та методику визначення швидкостей змін координат пунктів української перманентної GPS-мережі.

  3. Розроблено та впроваджено комплексну технологію забезпечення вихідними даними (робочими ефемеридами та видимими координатами світил) проведення та опрацювання астрономічних спостережень.

  4. Удосконалено методику і схему визначення оптимальних параметрів орієнтування геодезичної референцної системи на основі рівнянь теоретичної геодезії.

  5. Розроблено технологію прогнозування різниць геодезичних координат між двома референцними системами на вузли рівномірної сітки.

  6. Вперше розроблено методику наближення параметрів оптимального орієнтування еліпсоїда Красовського до діючої системи координат СК42.

  7. Вперше розроблено методику побудови і запропоновано програму створення регіональної висотної системи для території України.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

встановлено швидкості змін координат пунктів української перманентної GPS-мережі;

розроблено технологічні схеми реалізації європейської системи ETRS89 в Україні та геодезичної референцної системи координат;

визначено параметри геодезичної референцної системи координат в Україні;

створено технологічну схему і доведено до практичної реалізації процес забезпечення вихідними даними астрономічних спостережень;

розроблено програму побудови висотної складової референцної системи кординат України.

Результати наукових досліджень слугували обґрунтуванням для прийняття Кабінетом Міністрів України Постанови щодо впровадження на території України державної референцної системи координат УСК2000.

Основні результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування у дослідженнях, пов’язаних зі створенням планової та висотної складових референцної системи координат в Науково-дослідному інституті геодезії і картографії (м. Київ), в Українському державному аерогеодезичному підприємстві (м.Київ), у Державному підприємстві “Закарпатгеодезцентр” (м.Мукачеве), у Львівському науково-дослідному радіотехнічному інституті, у навчальних курсах “Вища геодезія” і “Основи геодезичної астрономії”, що викладаються в Національному університеті “Львівська політехніка” та Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу.

Результати теоретичних та практичних розробок впроваджені та використовуються у підрозділах Воєнно-топографічного управління Збройних Сил України.

Основні положення, що виносяться на захист:

  1. Принципи, методика і алгоритми адаптації національної GPS-мережі до міжнародної та європейської референцних систем координат.

  2. Узагальнені положення побудови сучасних геодезичних референцних систем зі збереженням існуючих картографо-геодезичних матеріалів.

  3. Методика моделювання параметрів геодезичної референцної системи координат.

  4. Практичні рекомендації стосовно побудови геодезичних референцних систем за регіональними гравіметричними моделями з використанням даних супутникових радіонавігаційних спостережень на пунктах державної геодезичної мережі.

  5. Методологічні засади побудови висотної складової референцної системи координат на базі використання існуючої нівелірної мережі, регіональної моделі квазігеоїда та виконаних супутникових радіонавігаційних спостереженнях.

Особистий внесок здобувача. Усі наукові результати, викладені у дисертації, отримано особисто автором, що підтверджується одноосібними публікаціями з ключових аспектів проблеми. Із списку наведених у дисертації опублікованих праць, виконаних у співавторстві, здобувачу належить ідеї та алгоритми обробки матеріалів спостережень, розроблені програми експериментальних досліджень та виконаний аналіз результатів, розроблення алгоритмів для визначення видимих на момент спостереження астрономічних координат світил.

У практичній реалізації автор був безпосереднім розробником концепції, методики та результатів розрахунків параметрів референцної системи координат для території України. Особистий внесок здобувача у впровадженні результатів дисертаційної роботи підтверджується відповідним актом Науково-дослідного інституту геодезії та картографії, де зазначається участь у розробці державної референцної системи координат УСК2000.

Апробація результатів роботи. Основні теоретичні і експериментальні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на: Науково-практичній конференції ”Сучасні досягнення геодезії, геодинаміки та геодезичного виробництва в Україні”, 1999 р., Львів; Міжнародному науково-технічному симпозіумі “ГЕОМОНІТОРИНГ - 99”, 1999 р., Львів-Моршин; Міжнародних науково-технічних симпозіумах “Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища - GPS i GIS технології” 1999, 2000, 2001,2002,2003,2004 р.р., Алушта-Крим; Міжнародних науково-технічних конференціях “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва”, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005 р.р., Львів-Яворів; Генеральних асамблеях Європейського Геофізичного товариства 1998 р., Гаага (Голландія), 1999, 2000, 2001, 2002,2003 р.р. Ніца (Франція); Міжнародній науково-технічній конференції "Геодезія, картографія та кадастр ХХІ століття: Сучасні технології національної інфраструктури геопросторових даних, проблеми та перспективи розвитку", 2001 р., Київ; Міжнародній конференції “Вивчення геодинамічних процесів методами астрономії, геодезії і геофізики”, 2001 р., Полтава; Міжнародному робочому семінарі „GPS – кінематика у реальному часі. Освіта і практика”, 2001, Львів; Нараді по обговоренню пропозицій щодо створення Національної референцної геодезичної системи відліку, 2002 р., Київ; Всеукраїнському семінарі "Функціонування української мережі перманентних GPS–станцій та перспективи її розвитку", 2002 р., Київ; ІІ-й науково-практичній конференції “Застосування GPS в Україні”, 2002, Харків; Науковому семінарі "Навігаційне забезпечення Збройних Сил України та основні напрямки його розвитку в сучасних умовах", 2002 р., Київ; Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми розвитку топографо-геодезичних та кадастрових робіт”, 2003 р., Львів; Науково-технічній нараді Укргеодезкартографії, 2003 р., Київ; II Міжнародній конференції “Геоінформатика: теоретичні та прикладні аспекти”, 2003 р., Київ; Міжнародній конференції “Сучасні технології в геодезії”, 2003 р., Львів-Суховоля; Науково-технічній нараді Укргеодезкартографії, 2003 р., Київ.

Публікації. Результати досліджень за темою дисертації містяться в 43 публікаціях. Серед них: 1 підручник, 22 у наукових фахових виданнях, 11 – у інших фахових виданнях, 4 статті у збірниках матеріалів конференцій і 3 – у збірниках тез конференцій; з них 15 публікацій - одноосібних.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 284 найменувань та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 260 сторінок, робота містить 36 рисунків і 61 таблицю. Додатки включають допоміжний ілюстрований матеріал та акти впровадження результатів досліджень.

Подобные работы
Заєць Іван Михайлович
Вдосконалення технології створення координатної основи для забезпечення загальнодержавного картографування України
Липський Валентин Тофільович
Методичні основи формування банку геопросторових даних топографічних цифрових карт
Стельмах Олександр Васильович
Містобудівні принципи і методи формування системи паркування легкових індивідуальних автомобілів в крупних та найкрупніших містах України (на прикладі м.Києва)
Середюк Марія Дмитрівна
Методологичні основи проектування та експлуатації нафтопродуктопровідних систем України
Спяк Галина Іванівна
Розробка систем планування на основі використання експертних систем (на прикладі системи планування Міністерства освіти України)
Габрель Микола Михайлович
Методологічні основи просторової організації містобудівних систем (на прикладі Карпатського регіону України)
Ткач Анатолій Анатолійович
Наукові основи підвищення надійності районних водопровідних систем Центрально-степової частини України
Ємченко Ірина Володимирівна
Наукові засади формування захисних покриттів поліфункціональної дії на основі системи Al2O3-ZrO2-SiO2
Чередніченко Юрій Анатолійович
Розробка методів аналізу та забезпечення стійкості аеронавігаційної системи України
Нежуренко Олександр Григорович
Задачі маршрутизації в гібридній мережі передачі даних єдиної супутникової системи передачі інформації України

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net