Разработка современной схемы и модернизации государственной геодезической сети Эфиопии на основе спутниковых технологий (GPS) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат технических наук Гудето Гетачеу Брхане Мескел

• Гудето Гетачеу Брхане Мескел
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гудето Гетачеу Брхане Мескел

Введение.

1. Анализ состояния существующей государственной геодезической сети Эфиопии и постановка проблемы проектирования.

1.1. Физико-географические особенности и экономическое районирование территории Эфиопии.

1.1.1. Природа.

1.1.2. Климат.

1.1.3. Почвы, растительность и мир диких животных Эфиопии.

1.1.4. Промышленность и сельское хозяйство.

1.2. Топографо-геодезическая изученность территории Эфиопии.

1.2.1. Триангуляция I-III классов государственной геодезической сети Эфиопии.

1.2.2. Нивелирные сети I-III классов Эфиопии.

1.2.3. Доплеровские определения геодезических пунктов.

1.2.4. Аэрофотосъемочные работы.

1.2.5. Картографические работы.

Выводы.

2. Разработка основных положений и проекта построения современной государственной геодезической сети Эфиопии.

2.1. Основной принцип и методы построения государственной геодезической сети.

2.2. Необходимая плотность геодезических пунктов государственной геодезической сети для целей картографирования территории Эфиопии.

2.3. Необходимая точность построения современной государственной геодезической сети для целей картографирования территории Эфиопии.

2.4. Референц - эллипсоид, применяемый в Эфиопии.472.5. Преобразование геодезических координат в прямоугольные на плоскости и, наоборот, в проекции Гаусса Крюгера.

2.5.1. Вычисление прямоугольных координат по геодезическим для одной зоны.

2.5.2. Вычисление геодезических координат по прямоугольным для одной зоны.

2.5.3. Вычисление прямоугольных координат по геодезическим для широкой ПОЛОСЫ.;.

2.5.3.1. Масштаб изображения и сближение меридианов.

2.5.4. Вычисление геодезических координат по прямоугольным для широкой полосы.

2.6. Сравнение результатов плоских координат одной зоны и широкой полосы.

2.7. Вычисление пространственных прямоугольных координат по геодезическим координатам и наоборот.

Выводы.

3. Спутниковая навигационная система (GPS).

3.1. Устройство и принцип работы.

3.2. Сущность внедрения спутниковых технологий в топографогеодезическое производство.

3.3. Классификация источников ошибок, характерных для спутниковых измерений.

3.3.1. Пример численного расчета геометрического фактора GDOP, возникающий вследствие неоптимального взаимного расположения спутников.

3.3.2. Ослабления влияния геометрического фактора на точность GPS позиционирования.

Выводы.

4. Экспериментальные исследования по объединению наземных и спутниковиых геодезических сетей Эфиопии.

4.1. Подготовительные работы.

4.1.1. Построение модели наземных и спутниковых сетей.

4.1.2. Объединения наземных и спутниковых геодезических сетей.

4.1.3. Варианты уравнения наземных сетей.

4.2. Геодезическая сеть ыущения.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка современной схемы и модернизации государственной геодезической сети Эфиопии на основе спутниковых технологий (GPS)»

Современный прогресс в геодезической науке с одной стороны, бурное развитие спутниковых измерительных средство и технологий на базе глобальных систем позиционирования типа GPS"NAVSTAR" и ГЛОНАС с другой стороны позволяют решать многочисленные научные, народнохозяйственные, оборонные и другие задачи на качественно новом уровне с высокой точностью. При этом решение перечисленных задач требует создание единой системы геодезических координат на территории страны.

Материальными носителем единой системы координат является государственная геодезическая сеть (ITC).

В классическом подходе построение и обработка составных компонентов государственной геодезической сети (плановая сеть, высотная гравиметрическая сеть) выполнялось раздельно. Однако современные спутниковые технологии позволяют реализовать единой подход к созданию государственной геодезической сети, которая строится в виде пространственного построения, состоящего из совокупности равномерно расположенных геодезических пунктов, относящихся ко всем компонентам государственной геодезической сети (к плановым ,высотным, гравиметрическим сетям).

Государственная геодезическая сеть Эфиопии строилась в течение ряда лет с результатами, полученными разными иностранными геодезистами (США, Великобритании, Франции, Италии и СССР (см рис 12) и местными специалистами, по разным нормативным документам (США,СССР (инструкция о построении государственной геодезической сети 1966г)), разными методами (триангуляция, полигонометрия ). Поэтому она оказалась неоднородной по плотности и точности, имеются разрывы и обширные окна в сети (см рис. 12 и 24).

Анализ показал, что государственная геодезическая сеть Эфиопии не отвечает современным требованиям, предъявляемым к опорной государственной геодезической основе.

В связи с этим государственной геодезической службой Эфиопии принято решение о полной модернизации и развитии государственной геодезической сети. При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что арсенал технических средств построения государственной геодезической сети сильно изменился. Появились новые высокоточные высокопроизводительные, всепогодные спутниковые измерительные технологии. Внедрение данных технологий в производство, в свою очередь, требует решение ряда задач:

• разработка алгоритмов и технологий обработки спутниковых измерений,

• обработка наземных измерений в широкой зоне,

• объединение наземных и спутниковых сетей,

• исследование точности элементов объединенной сети.

В комплексе эти задачи представляют собой предмет исследования данной диссертационной работы.

Следует отметить, что в диссертации в качестве полигона исследований, выбрана часть юго-западного блока государственной геодезической сети Эфиопии из проекта Голубого Нила. Это ещё связано с тем, что соискателю не удалось собрать исходные материалы на всю территорию страны. Соискатель полагает, что разработанные в диссертации применительно к юго-западному блоку теоретические, методологические, практические положения вполне можно распространить и на другие блоки государственной геодезической сети Эфиопии.

Таким образом, вырисовывается следующая структура диссертационной работы:

В первом разделе приведены сведения о физико-географических условиях и топографо-геодезической изученности территории Эфиопии.

Во втором разделе приведены сведения об основных принципах и методах построения, необходимой плотности и точности государственной геодезической сети для целей картографирования территории, референц - эллипсоиде, применяемым в Эфиопии и о преобразовании геодезических координат в проекции Гаусса Крюгера.

В третьем разделе рассмотрены сущность внедрения спутниковых технологий в топографо-геодезическое производство и вопрос источников ошибок, характерных для спутниковых измерений и ослабления их влияний.

В четвертом разделе диссертации рассмотрены вопросы объединения наземных и спутниковых сетей.

Диссертация завершается заключением, где изложены выводы, спискам литературы и приложениями.

В заключение считаю своим долгом выразить свою благодарность своему научному руководителю д.т.н. профессору заслуженному деятелю науки Маркузе Ю.И., профессорско-преподавательскому составу кафедры геодезии.

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Гудето Гетачеу Брхане Мескел

125 Выводы

1. Назначены связи между пунктами и выполнено объединение наземных и спутниковых (GPS) геодезических сетей, опираясь на сеть триангуляции ЕТН 3 (рис.24).

2. На основании геодезической изученности Эфиопии и существующей геодезической сети спроектирована модель каркасной сети (рис.24). В основу этой сети заложены классические и современные методы использование спутниковых измерений и реализовано параметрическое (рекуррентное) уравнивание проектируемой сети с контролем грубых ошибок.

3. Доказано, что сеть ЕТН 3 на с заданной густотой пунктов может полностью удовлетворять потребности картографирования вплоть до масштаба 1:2000.

4. Приведены основные формулы и сведения о достоинстве применения рекуррентного уравнивания.

5. Рассмотрены два варианта уравнивания сети (с использованием только диагональных элементов корреляционных матриц наземных пунктов и с помощью полной корреляционной матрицы) и сделан вывод о том, что в результате совместного уравнивания точность определения координат пунктов сети ЕТН 3 повышается в среднем в 1,6 раза.

6. В сети ЕТН 3 на рис. 24 имеются обширные окна. В этих окнах спроектированы полигонометрические сети первого класса (см. рис 25, 26, 27, 28 и 29) и уравнены значения координат всех пунктов.

7. Показана возможность использования глобальных методов преобразования при объединении наземных и спутниковых (GPS) геодезических сетей, поскольку эти методы преобразования координат обеспечивают высокую точность при работе с точными координатными системами. Чтобы уменьшить ошибку перехода из одной системы в другую, в локальных областях необходимо определение параметров перехода или часть из них по измерениям на геодезических пунктах в рассматриваемой области.

8. Согласно табл.4 при топографической съемке территории Эфиопии в масштабе 1:2000 требуется, чтобы взаимное положение соседних пунктов сети было определено с ошибками ms < ОДСЫ. Доказано возможность достижния этой и даже более высокой точности при использовании совместного уравнивания наземных и спутниковых измерений.

127

Заключение

В диссертации выполнен комплекс научных исследований, положенных в основу разработки современной схемы и модернизации государственной геодезической сети Эфиопии с использованием новейших спутниковых технологий. При этом получены следующие основные результаты:

1. Показано, что существующая в Эфиопии опорная геодезическая сеть ни по площади обслуживаемой ею территории страны (около 30%), ни по точности построения, ни по строгости математической обработки не отвечает современным требованиям и не удовлетворяет запросы науки и народного хозяйства.

2. Разработаны и научно обоснованы основные положения о создании государственной геодезической сети Эфиопии.

3. Разработаны основные научные положения и конкретный проект построения высокоточной опорной геодезической сети Эфиопии, предусматривающий построение спутниковой сети на территории страны в обжитых и экономически перспективных регионах, а также проектирование и создание новых геодезических сетей сгущений.

4. Показано, что современная геодезическая сеть даже при использовании новейших спутниковых технологий должна создаваться в соответствии с принципом перехода от общего к частному, предусматривающего деление ее на классы.

5. Доказано, что по сравнению с эллипсоидом WGS-84 применяемый в Эфиопии эллипсоид Кларка II из-за больших погрешностей его полуосей дает искажение линейного масштаба на его поверхности, достигающее 1:11000, и сделано предложение о необходимости замены его на более точный.

6. Показано, что разработанный в диссертации проект опорной геодезической сети по точности построения вполне отвечает современным требованиям и обеспечивает не только картографирование страны в таком крупном масштабе как 1:2000, но и решение на ее основе научных и инженерно-технических задач на высоком уровне. Проект сети может быть рекомендован для реализации в дальнейшем на практике.

7. Доказано необходимость применения алгоритма широкой зоны (полосы) при уравнивании обширных наземных геодезических сетей, расположенных в разных координатных зонах и объединении спутниковых и наземных геодезических сетей.

8. Доказан и сделан вывод о том, что в результате совместного уравнивания наземных и спутниковиых геодезических сетей (ЕТН 3), точность определения координат пунктов сети повышается в среднем в 1,6 раза.

9. Показано, что применяемый во многих коммерческих программах способ объединения наземных и спутниковых сетей основан на раздельном уравнивании сети GPS с фиксацией одного пункта безошибочным, с последующим вычислением параметров преобразования координат упрощенным способом и преобразованием не окончательно уравненного вектора (S), хотя из-за высокой точности измерения базисных линий он и может приводить к удовлетворительным результатам, но как всякий приближенный способ требует специального исследования. При этом особенно сложным становится вопрос оценки точности результатов. Поэтому предпочтение следует отдать рассмотренным в диссертации строгим способам, тем более что объем вычислений увеличивается по сравнению с приближенным способом не намного.

129

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гудето Гетачеу Брхане Мескел, 2006 год

1. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. М.:Картгеоцентр,2005. - 334 с.

2. Архангельский Б. В., Черняховский В.В.Поиск устойчивых ошибок в программах. М.:Радио и снизь, 1989. - 240 с.

3. Баранов В.Н., Бойко Е.Г., Краснорылов И.И. Космическая Геодезия: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986. - 407с.

4. Бовшин Н.А., Зубинский В.И., Остач О.М. Совместное уравнивание общегосударственных опорных геодезических сетей.// Геодезия и картография, 1995, №8.

5. Бойков В.В., Галазин В.Ф., Каплан Б.Л. Опыт создания геоцентрической системы координат ПЗ-90 //. Геодезия и картография. 1993. - № 11. - С. 17 - 21.

6. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Уравнивание геодезических построений: Справочное пособе. — М.: Недра, 1989. — 413с.

7. Бугаевский JI.M. Математическая картография .'Учебник для вузов. -М :1998. -400 с.

8. Генике А.А., Лобазов В .Я., Ямбаев Х.К. Результаты исследований аппаратуры спутникового позиционирования GPSWild System 200//. Геодезия и картография. 1993. - № 1.-С. 17-21

9. Генике А.А.,Побединский Г.Г. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии.Изд.2е,перераб.и доп. М.:Картгеоцентр,2004. - 355с.

10. Герасимов А.П Уравнивание государственной геодезической сети . «М.:Картгеоцентр»-«Геодезиздат», 1996. - 216 с.

11. Глас Р. Руководство по надежному программированию. М.: Финансы и статистика. 1982. - 256 с.

12. Горнунг М. Б., Старушенко Г. Б. и др Восточная и Южная Африка.- М.: Мысль, 1981. 269 с.

13. Гудето Гетачеу Брхане Мескел. Референц Эллипсоид, применяемый в Эфиопии. //Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.-2006 -№1.-С. 67 -72.

14. Гудето Гетачеу Брхане Мескел. Численный расчет геометрического фактора (GDOP) возникающий вследствие неоптимального взаимного расположения спутников. //Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 2006 -№2.-С. 47-53.

15. Ефимов Г.Н. Результаты уравнивания астрономо геодезической сети.// Геодезия и картография, 1995, №8.

16. Закатов П.С. Курс высшей геодезии. М. Недра, 1976.

17. Инструкция о построении государственной геодезической сети СССР. М., Недра, 1966.

18. Инструкция по полигонометрии и трилатерации.- М.: Недра,1974.

19. Кленицкий Б.М., Насретдинов К.К., Хотин М.М. Методика совместного уравнивания спутниковой и наземной геодезических сетей.- М. Геодезия и картография. № 5, 1987, с. 12-15.

20. Красовский Ф.Н. Избранные сочинения, t.IV.- М.: Геодезиздат, 1955.

21. Маркузе Ю. И. Поиск грубых ошибок при рекуррентном уравнивании наземных и спутниковых геодезических сетей // Геодезия и картография. 1995.-№ П. -С 8 - 16.

22. Маркузе Ю.И. Алгоритм объединения наземных и спутниковых геодезических сетей//Геодезия и картография.- 1997.- № 9.- С. 23 -28.

23. Маркузе Ю.И. Алгоритмы для уравнивания геодезических сетей на ЭВМ М.: Недра, 1989. - 248с.

24. Маркузе Ю.И. Два алгоритма объединений наземных и спутниковых геодезических сетей//Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 1995 -№2.-С. 45-64.

25. Маркузе Ю.И. Пашков Н.П., Гудето Гетачеу Брхане Мескел. Объединение спутниковиых и наземных геодезических сетей, расположенных в разных координатных зонах //Геодезия и картография.- 2006.- № 1.

26. Маркузе Ю.И. Основы метода наименьших квадратов и уравнительных вычислений: Учебное пособие. — М.: МИИГАиК, 2005.-280с.

27. Маркузе Ю.И. Основы уравнительных вычислений. М.: Недра, 1990.-240с.

28. Маркузе Ю.И. Уравнивание геодезических сетей с контролем грубых ошибок//Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. -1986. -№5.- С. 9- 18.

29. Маркузе Ю.И., Антипов А.В. Возможности улучшения алгоритмов объединения спутниковых и наземных сетей.// Геодезия и картография.- 2004.- № 3.- С. 16-21.

30. Маркузе Ю.И., Бойко Е.Г., Голубев В.В. Геодезия: Вычисление и уравнивание геодезических сетей. М.: Картгеоцентр Геодезиздат, 1994.-432с.

31. Маркузе Ю.И., Пашков Н.П., Гудето Гетачеу Брхане Мескел. Объединение спутниковиых и наземных геодезических сетей, расположенных в разных координатных зонах //Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 2006 -№1.-С. 20 28.

32. Медведев П.П., Баранов И.С. Глобальные космические навигационные системы. Итоги науки и техники. Т.29, 1982.14

33. Морозов В.П. Курс сфероидической геодезии. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1979. 296 с.

34. Муджахид Яхья Сайд Аль Дафиф. Разработка схемы и программы построения высокоточной государственной геодезической сети Йеменской Республики с использованием спутниковых технологий. Автореферат кандидатской диссертации. М., 1995.

35. Основные положения о государственной геодезической сети России (проект). М., 1997.

36. Суригна К.К. Совершенствование опорной государственной геодезической сети Лаоса. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МГУГиК, 1994.

37. Яковлев Н.В. Высшая геодезия. М., Недра, 1989.

38. El-Rabbany, Ahmed. Introduction to GPS: the Global Positioning System. Boston, London: Artech House, 2002. 176p.

39. Ethiopia United state cooperative program for water resources by U.S. department of commerce coast and geodetic survey Addis Ababa, 1961.-77 p.

40. Ethiopian investment guide Electronic resource. Режим доступа :http://www.ipanet.net/uncad/investmentguide/Ethiopia/iv.htm.

41. Ethiopian mapping authority map catalogue. Addis Ababa, 2002. -54p

42. Ethiopian population Electronic resource. Режим flocTyna:http://www.maps4free.com/map-of-ethiopia.shtml.

43. Ethiopian program for water resources development by department of water resources development Addis Ababa, 1989. -42p.

44. Fifth International Seminar on the Global Positioning System. Institute of engineering Surveying and Space Geodesy. Nottingham University. 1992.

45. Habrich, H. Geodetic Applications of the Global Navigation System(GLONASS) and of GLONASS/GPS Combinations Electronic resource./ H. Habrich 1999.-147 p - Режим доступа :http://www.ifag.de/misk idx.htm.

46. Jan Van Sickle GPS for land surveyors Second edition Chelsea, Michigan: Ann Arbor press, 2001. 283p.

47. Merrigan, M.J. A Refinement to the World Geodetic System 1984 Reference Frame Electronic resource./ M.J Merrigan etc — 2002. Режим доступа :http://l64.214.2.59/GandG/sathtml/IONReport8-20-02.pdf.

48. Report on horizontal and vertical control surveys of the Blue Nile river basin, by U.S. department of commerce coast and geodetic survey Addis Ababa, 1961.-563p.

49. Report on horizontal and vertical control surveys of the Ethiopian geodetic network by U.S. department of commerce coast and geodetic survey Addis Ababa, 1957. -154p.

50. Rizos, C. Principles and Practice of GPS Surveying Electronicresourse./C.Rizos,-1999.Режим дocтyпa:http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/gps/gps.survey/.