Методы применения спутниковой системы (проект «Москва») для геодезического обеспечения кадастра объектов недвижимости

Спутниковые технологии определения координат объектов на основе глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) нашли широкое применение в мире, в том числе и в России. Их основные преимущества по сравнению с традиционными технологиями триангуляции и полигонометрии общеизвестны [51] и заключаются в высокой точности и высокой производительности. Определение координат со средней квадратической ошибкой 1 см и менее является для этих технологий освоенной задачей. Производительность же выше в несколько раз, поскольку в их реализации, с одной стороны, отсутствуют процессы, длительные по времени выполнения (прокладка по-лигонометрических ходов, рубка просек, постройка высоких наружных знаков и т. д.), а с другой — спутниковые технологии обладают высокой степенью автоматизации. Эти преимущества по сравнению с традиционными технологиями и обеспечивают более высокую производительность и более низкую себестоимость конечной продукции — координат объектов.

В России переход на спутниковые технологии в области геодезии осуществляется в соответствии с федеральной целевой программой (ФЦП) «Глобальная навигационная система» [1]. Такой переход связан с разработкой и применением отечественной Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС. В землеустройстве в соответствии с ФЦП «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учета объектов недвижимости (2002;2007 гт.)» [14] предусматривается широкое использование спутниковых технологий в координатном обеспечении кадастра объектов недвижимости.

Актуальность темы

диссертации.

Спутниковые технологии уже прошли определенный путь в своем развитии. Наиболее распространенной до последнего времени была технология автономной базовой станции, позволяющая обеспечить геодезические определения на территориях площадью в десятки кв. км. В настоящее время наиболее прогрессивной технологией геодезического обеспечения на больших по площади территориях является технология постоянно действующих рефе-ренцных станций, объединенных в сеть. Примерами такой технологии являются Спутниковые системы точного позиционирования в Германии (SAPOS), Швейцарии (SWIPOS, AGNES), Швеции (SWEPOS), США (CORS).

Учитывая роль новой технологии в хозяйственной деятельности, внедрение Спутниковых систем точного позиционирования в России является актуальной и давно назревшей задачей. В России впервые внедрены две подобные системы — Спутниковые системы межевания земель (проекты «Москва» и «Санкт-Петербург»). В настоящее время они работают, в основном, с ГНСС GPS. Приобретенный опыт облегчит и ускорит применение ГНСС ГЛОНАСС в задачах точного позиционирования. С вводом её в эксплуатацию в полном составе Спутниковые системы (проекты «Москва» и «Санкт-Петербург») будут переориентированы на ГНСС ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS. Автор диссертации принимал непосредственное участие во внедрении двух Спутниковых систем, исследовании их возможностей, создании геодезической инфраструктуры, обеспечивающей эффективное применение Систем. Основные направления исследований и результаты диссертации связаны со спутниковой системой (проект «Москва»).

Спутниковая система межевания земель г. Москвы и Московской области (проект «Москва») внедрена в соответствии с Соглашением Правительства Российской Федерации и Правительства Швейцарской конфедерации от 30.03.2001 г., одобренным постановлением Правительства Российской Федерации от 09.07.2001 г. № 525.

Основным назначением Спутниковой системы является координатное обеспечение государственного кадастра объектов недвижимости, в том числе инструментальное определение границ и площадей земельных участков граждан и юридических лиц, разграничение государственной собственности на землю, определение местоположения объектов недвижимости. Она может быть использована также в строительстве, геодезии, планировании территорий, прокладке коммуникаций, мониторинге смещений грунтов и сооружений, в других сферах хозяйственной деятельности [20,31]. 5.

Спутниковая система (проект «Москва») состоит из 22 референцных станций, расположенных на территории г. Москвы и Московской области. Они осуществляют непрерывный прием спутниковой измерительной информации. В состав Системы также входят вычислительный центр (ВЦ), осуществляющий управление референцными станциями, прием от них спутниковой измерительной информации, вычисление, формирование и передачу пользователям корректирующей информации в режиме реального времени, математическую обработку измерительной информации пользователей в режиме постобработки (с задержкой от одного часа и более) — каналы связи, в том числе радиорелейные и волоконно-оптические для связи ВЦ с референцными станциями, GSM каналы — для связи ВЦ с пользователямиприборный пул в составе 50 двухчастотных спутниковых приемников SR530 (ф. Leica Geosystems, Швейцария), предназначенных для сдачи в аренду пользователям.

Поскольку подобная Система внедрялась в России впервые, исполнителям внедрения также впервые пришлось решать ряд сложных организационных и технических задач, в том числе выбор мест установки референцных станций и вычислительного центра, организация связи, установка, наладка и запуск оборудования, его испытания, создание геодезической инфраструктуры Системы. Под геодезической инфраструктурой здесь понимаются три взаимосвязанные проблемы. Первая: геодезическая привязка референцных станций к общеземной координатной системе (ITRF2000). Вторая: разработка методик спутниковых измерений и их математической обработки в задачах координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости. Третья: определение согласующих параметров перехода (трансформирования) от общеземной системы координат к государственной системе 1995 г. (СК-95), местным системам координат. Объектами исследований автора, а в дальнейшем и объектами защиты, явились вторая и третья проблемы.

Вторая проблема на первый взгляд кажется уже решенной. Так, уже на протяжении нескольких лет успешно применяются спутниковые технологии по определению координат объектов, основанные на использовании технологии автономных базовых станций. Эта технология изложена в ряде норма6 тивных технических документов, в том числе в «Инструкции по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением ГЛО-HACC/GPS» [28], «Руководстве по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием ГЛОНАСС/GPS» [50], а также в технической документации, поставляемой со спутниковым оборудованием и программным обеспечением. Технология Спутниковых систем на основе сети PC значительно отличается от технологии АБС. Это требует переработки или уточнения положений прежней технологии АБС, адаптации новой технологии в кадастровом производстве и с учетом современного состояния геодезической инфраструктуры в Московском регионе.

Остановимся подробней также и на третьей проблеме. Спутниковые технологии обеспечивают определение координат объектов в общеземной геоцентрической системе, для определенности будем считать в системе WGS-84. В кадастровых работах результаты координатных определений должны представляться в государственной и местных системах координат, высоты — в Балтийской системе высот [4]. Это требует определения параметров перехода от системы WGS-84 к государственной и местным системам координат. Опубликованные параметры перехода вычислены, как правило, для всей территории страны или её отдельных регионов и не учитывают локальных деформаций геодезических сетей [34, 51]. К примеру, взаимное положение соседних пунктов государственной геодезической сети (ГТС) в местной системе 1963 г. (СК-63) на территории Московской области определено со ср. кв. ошибками 15 см, а удаленных — до 40 см. Доказательства этого будут представлены в 3 главе диссертации. Если определять и использовать параметры перехода для всей территории Московской области, неизбежно обнаружатся эти локальные деформации. Они проявятся, как разности координат объекта, полученных по спутниковым измерениям с переходом в местную систему координат (СК-63) посредством таких параметров трансформации, и координатами объекта, полученными непосредственной привязкой к ближайшим пунктам. Но если параметры определены в локальной области, координаты точки окажутся согласованными с координатами окружающих 7 пунктов, расположенных в этой же локальной области. Поэтому в конкретных условиях и приходится определять локальные параметры перехода. Вполне понятно, что кардинальное решение задачи заключается в создании высокоточной геодезической основы, но это вопрос будущего. Сегодня же приходится мириться с данной ситуацией и находить другие пути решения.

Укажем и другую причину определения и применения параметров перехода Системы координат, используемые в спутниковых технологиях, являются частными реализациями системы WGS-84, в Спутниковой системе (проект «Москва»), например, это система ITRF2000, фиксированная на эпоху 1997.0. Эти частные реализации отличаются от системы WGS-84, закрепленной совокупностью всех опорных пунктов, участвующих в выводе оригинальной системы. Это отличие также учитывается согласующими параметрами перехода.

Для получения координат объектов в государственной и местных системах с точностью, регламентированной требованиями к координатному обеспечению кадастра объектов недвижимости, трансформирование координат в локальной области должно выполняться с высокой точностью. Эту проблему можно решить с применением самой Спутниковой системы. В качестве локальных областей при этом могут быть приняты г. Москва и Московская область, отдельные районы Московской области, трапеции масштаба 1:100 000. Для надежного решения проблемы требуется определить в системе ITRF2000 координаты достаточно большого числа пунктов ГГС.

Созданная инфраструктура обеспечит решение многих задач. Назовем те из них, решению которых автор посвятил основное внимание. В любой сфере хозяйственной деятельности основной задачей, решаемой с помощью Спутниковой системы, является определение координат объектов, в том числе координат пунктов опорных межевых сетей, поворотных точек границ земельных участков, точек планово-высотной подготовки аэрофотоснимков и т. д. В кадастровом производстве важной задачей является координатное обеспечение аэрофотосъемки. Определение линейных элементов внешнего ориентирования аэрофотоснимков (координат центров фотографирования) на уровне.

10 см позволит частично или полностью отказаться от традиционной полевой 8 подготовки снимков при создании ортофотопланов [36, 45]. Экономический эффект этого очевиден. В диссертации на реальном измерительном материале доказывается возможность решения указанной задачи с использованием Спутниковой системы.

С учетом вышеизложенного автор полагает, что тема диссертации является актуальной и имеет важное научное и практическое значение. Цель и задачи диссертации.

Целью диссертации явилась разработка методов практического применения Спутниковой системы (проект «Москва») для координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости. В соответствии с целью в диссертации решались следующие основные задачи:

Основные выводы о точности ГГС в системе координат 1995 г. на территории Московской области сводятся к следующему;

• Ср. кв. ошибки положения пунктов 1, 2 классов составляют в плане шх = шу = 4.0 см (в положении 5.6 см);

• Ср. кв. ошибки положения пунктов 3 класса составляют в плане шх = шу = 4.6 см (в положении 6.4 см);

• Ср. кв. ошибки взаимного положения соседних пунктов 1, 2 классов (S < 30км) составляют в плане пг,= тх = 4.5 см (в положении 6.3 см);

• Ср. кв. ошибки взаимного положения соседних пунктов 3 класса (S < 15км) составляют в плане ms = шх = 4.5 см (в положении 6.3 см);

• Ср. кв. ошибки положения пунктов в среднем по 40 трапециям масштаба 1:100 000 составляют в плане шх = шу = 2.0 см (в положении 2.6 см).

Полученные результаты по точности ГТС в системе 1995 г. согласуются с оценками, приведенными в работах [34,51].

В качестве исходной информации для исследования точности ГТС в СК-63 послужили координаты 455 пунктов ГТС в системах СК-63 и ITRF2000.

Методология исследования осталась, в основном, той же, которая была использована для исследования точности ГТС в СК-95. Некоторые отличия заключаются в следующем. Деление сети пунктов в СК-63 на классы и исследование точности положения пунктов 1, 2, 3 классов в отдельности нецелесообразно ввиду невысокой точности сети в целом. Кроме того, анализу подверглись только плановые координаты. Поскольку координаты пунктов в СК-63 даны в двух зонах (2 и 3), анализ выполнен для каждой зоны. Окончательные же результаты приведены в целом по сети. Из 455 пунктов из-за недопустимых остаточных уклонений (Vx, Vy > 30 см) отбраковано 82 пункта. В таблицах 35−38 приведены фрагменты расчетов. Обобщенные характеристики, в том числе.

IV2, m даны для каждой из зон в отдельности и для всей сети в целом.

Остаточные уклонения Vx, Vy пунктов ГГС 1,2, 3 классов (СК-63) пунктов в проекте Названия пунктов Vx (см) Vy (см).

52 Шахово2 37.9 -11.0.

54 43 км 11.1 -4.0.

76 Зверево 24.6 0.9.

80 Клопово 0.3 4.3.

81 Покровское -0.3 5.8.

82 Иславское -9.2 10.1.

85 Ершово -18.9 16.5.

87 Липки -18 15.6.

92 Петровское -28.5 18.8.

109 Ламаново -29.1 20.1.

• • • •.

2 зона IV2 n-число пунктов тх, ту Шху 57 264.48 113 22.51 25.94 18 775.66 12.89.

3 зона ТУ1 n-число пунктов Шх, Шу Шху 91 112.46 260 18.72 25.38 76 324.81 17.13 сеть IV2 n-число пунктов mx, ту Шху 148 376.94 373 19.94 25.55 95 100.47 15.97.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Учитывая цель диссертации, которая заключалась в разработке методов практического применения Спутниковой системы (проект «Москва») для координатного обеспечения кадастра объектов недвижимости в диссертации получены следующие конкретные результаты.

1. Разработаны и внедрены методики спутниковых измерений и их математической обработки в режимах постобработки и реального времени, адаптированные к условиям и требованиям геодезического обеспечения кадастра объектов недвижимости, мониторинга земель и землеустройства. Они обеспечивают создание ОМС, определение координат поворотных точек границ земельных участков с требуемой точностью.

2. На обширном экспериментальном материале с определением координат ~ 600 пунктов ГГС исследованы точностные возможности Спутниковой системы (проект «Москва»). Спутниковая система с её аппаратно-программными средствами обеспечивает определение координат объектов в режиме постобработки со ср. кв. ошибками 1−2 см, в режиме реального времени — 2−3 см. Эти результаты явились доказательством высоких возможностей Спутниковой системы и основанием выдачи уполномоченным органом государственной власти двух сертификатов на соответствие Спутниковой системы заявленным точностным характеристикам (сертификаты № 03.009.0293 [52], № 03.009.0294 от 31.10.2005 г. [53]).

3. Определены локальные параметры перехода (согласующие элементы трансформирования) от геоцентрической системы WGS-84 к государственной системе СК-95, местным системам, в том числе СК-63. Точность перехода лимитируется только точностью взаимного положения пунктов геодезических сетей, закрепляющих перечисленные системы координат. Спутниковая система (проект «Москва») обеспечена, таким образом, геодезической инфраструктурой, позволяющей решать все задачи геодезического обеспечения кадастра объектов недвижимости, мониторинга земель и землеустройства.

Подтверждением высокой эффективности является её активное использование государственными и коммерческими организациями, в том числе ФГУП «Госземкадастрсъемка"-ВИСХАГИ, ГУЛ Мосгоргеотрест, ЛИИ им. Громова, НПФ «Талка-ТДВ», ИФЗ РАН, ФГУП «НИиПИ Градостроительства», более чем 50 частными коммерческими предприятиями в работах по геодезическому обеспечению кадастра, строительства, инфраструктуры аэропортов и пр.

4. Независимым средством и методом исследована точность Государственной геодезической сети на территории Московской области. Установлено, что взаимное положение соседних пунктов ГГС 1−3 классов в системе 1995 г. определено в плане со ср. кв. ошибками порядка 6 см. ГГС в системе 1963 г. имеет точность в 2.5 раза ниже (ср. кв. ошибка в плане составляет 15 см). Точность ГГС в системе 1995 г. удовлетворяет современным требованиям координатного обеспечения кадастра, ГГС в системе 1963 г. этим требованиям не удовлетворяет.

5. Исследована возможность применения Спутниковой системы по определению координат центров фотографирования (ЦФ) в процессе аэрофотосъемки (АФС). На территории г. Москвы и Московской области, обслуживаемой указанной Системой, ср. кв. ошибки определения координат центров фотографирования составляют 3 см в плане, 5 см по высоте.

Полученные автором результаты внедрены в производственную практику и обеспечили эффективное применение Спутниковой системы (проект «Москва») в решении геодезических задач в сферах землеустройства, строительства, планирования территорий и т. д.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Методики спутниковых измерений в режимах реального времени и постобработки с использованием Спутниковой системы, обеспечивающие выполнение требований к созданию кадастра объектов недвижимости.

2. Методика постобработки измерений в Спутниковой системе, обеспечивающая выполнение требований к созданию кадастра объектов недвижимости.

3. Согласующие локальные параметры перехода (на территории г. Москвы и Московской области) от системы WGS-84 к системам координат СК-95, СК-63, к Балтийской системе высот.

4. Точностные характеристики Спутниковой системы (проект «Москва») по определению координат объектов в режимах постобработки и реального времени.

5. Точностные характеристики ГГС на территории г. Москвы и Московской области в системах координат СК-95 и СК-63, полученные с использованием Спутниковой системы.

6. Обоснование возможностей Спутниковой системы (проект «Москва») по определению координат центров фотографирования при аэрофотосъемке местности.

По теме диссертации автором самостоятельно и в соавторстве опубликованы работы:

• Спутниковые технологии точного позиционирования. Режим реального времени. Первый опыт в России // журн. Информационный бюллетень Гис ассоциации — 2004 № 4.

• Спутниковые технологии точного позиционирования. Исследование точностных возможностей режима реального времени // журн. Информационный бюллетень Гис ассоциации — 2004 № 5.

• Исследование точностных возможностей Спутниковой системы позиционирования в режимах статики и реального времени / соавт.: Е. А. Булаева // журн. Геодезия и Картография — 2005 № 9.

• Опыт геодезического применения Спутниковой системы точного позиционирования (проект «Москва») // журн. Известия вузов. Геодезия и Аэрофотосъемка — 2006 № 6.

• Создание и опытно-производственная эксплуатация Спутниковой системы межевания земель Москвы и Московской области / соавт.: В. В. Бойков // журн. Автоматизированные технологии изысканий и проектирования — 2006 № 2.

• Возможности Спутниковой системы (проект «Москва») по высокоточному определению координат объектов / соавт.: А. В. Бойков, Е. А. Булаева // журн. Геодезия и Картография — 2006 № 8.. Исследование точности Государственной геодезической сети на территории Московской области с использованием Спутниковой системы (проект «Москва») / соавт.: С. А. Логинов, В. В. Бойков, В. П. Рогозин // журн. Геодезия и Картография — 2007 № 3.

Кроме того, результаты исследований автора нашли отражение в научно-технических отчетах [37−39,46−47,56,58].

Диссертационные исследования доложены и обсуждены на ежегодных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАИК (№ 60−2005 г., № 61−2006 г., № 62−2007 г.), на конференции, посвященной 75-летию ФГУП «Госземкадастрсъемка"-ВИСХАГИ (г. Москва, 24−25 мая 2007 г.).

В заключение автор выражает искреннюю благодарность руководству и коллективу ФГУП «Госземкадастрсъемка"-ВИСХАГИ, кафедре астрономии и космической геодезии МИИГАиК.