Современное состояние государственной системы геодезического обеспечения РФ и основные направления ее развития

В соответствии с «Концепцией развития отрасли геодезии и картографии до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.12.2010 №2378-р, под системой геодезического обеспечения Российской Федерации понимается генеральная совокупность параметров фигуры Земли и внешнего гравитационного поля Земли, реализуемых на территории Российской Федерации через государственную координатную основу и структуру государственных сетей.

Геодезическое обеспечение Российской Федерации состоит из:

• единой государственной системы геодезического обеспечения, включающей в себя:
• государственные координатную, высотную и гравиметрическую основы;
• систему обеспечения потребителей информацией, необходимой для точного определения места положения объектов в реальном режиме времени;
• систему определения параметров фигуры Земли и внешнего гравитационного поля;
• систему мониторинга деформаций земной поверхности;
• систему геодезического обеспечения картографирования Антарктиды;
• геодезического обеспечения ведомственного, регионального и муниципального значения, в том числе и геодезического обеспечения кадастровых работ;
• геодезического обеспечения специального назначения, к которому относятся геодезические сети сгущения, создаваемые для решения задач инженерно-геодезических изысканий, развития городской инженерной и архитектурной инфраструктуры, для обеспечения наблюдений за смещениями зданий и сооружений, съемки подземных коммуникаций, геодезических работ при строительстве и эксплуатации промышленных объектов (рис. 1).

Рис. 1. Структура геодезического обеспечения Российской Федерации

Оценка современного состояния единой государственной системы геодезического обеспечения и основные направления ее дальнейшего развития характеризуются следующими показателями.

1. Государственная геодезическая система координат 2011 года

Постановлением Правительства Российской Федерации от 24 ноября 2016 г. №1240 «Об установлении государственных систем координат, государственной системы высот и государственной гравиметрической системы» для использования при осуществлении геодезических и картографических работ установлена в качестве государственной геодезическая системы координат 2011 года.

Целесообразность введения системы координат ГСК-2011, которая является геоцентрической, состояла в повышении эффективности использования спутниковых технологий координатных определений, что в свою очередь должно повысить точность и оперативно­сть решения задач геодезического обеспечения, отвечающего современным требованиям экономики, науки и обороны страны. Кроме того, введение системы координат ГСК-2011 повысит эффективность использования системы ГЛОНАСС и осуществления мониторинга деформаций земной поверхности, что чрезвычайно важно при решении как народнохозяйственных, так и целого ряда научных задач.

Построение системы координат ГСК-2011 осуществлялось в рамках выполнения мероприятий Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» в период 2002-2011 годы.

Надо сказать, что большинство высокоразвитых стран, имеющих значительные территории, принимая активное участие в международных проектах и программах по созданию единой общеземной геоцентрической системы координат, создают свои национальные (государственные) геоцентрические системы координат, оптимальным образом ориентированные на сохранение и развитие геодезического и картографического потенциала, уже созданного к этому времени (рис. 2).

Рис. 2. Национальные системы координат стран, имеющих большие территории

Государственная геодезическая система координат Российской Федерации ГСК-2011 представляет собой геоцентрическую систему координат, отсчитываемых от центра, осей и поверхности общего земного эллипсоида. По принципам ориентировки в теле Земли ГСК-2011 идентична Международной земной опорной системе координат ITRS, установленной в соответствии с рекомендациями Международной службы вращения Земли (International Earth Rotation and Reference Systems Service - IERS) и Международной ассоциации геодезии (International Association of Geodesy - IAG).

Основные параметры системы координат ГСК-2011, ее физические и геометрические характеристики определены постановлением Правительства Российской Федерации от 24 ноября 2016 г. №1240 и приказом Росреестра от 23.03.2016 №П/0134 «Об утверждении геометрических и физических числовых геодезических параметров государственной геодезической системы координат 2011 года».

Значение размеров большой полуоси отсчетного эллипсоида ГСК-2011 принято равным 6 378 136,5 метров, что соответствует принятым к настоящему времени размерам большой полуоси общего земного эллипсоида.

Неотъемлемой частью системы координат ГСК-2011 является новая отечественная глобальная модель гравитационного поля Земли ГАО-2012, которая по уровню точности и детальности не уступает современным зарубежным моделям геопотенциала EIGEN5C и EGM2008 (рис. 3).

Рис. 3. Расхождения модельных высот квазигеоида для территории Российской Федерации

Основу системы координат ГСК-2011 составляют государственные спутниковые геодезические сети, использованные при выводе параметров этой системы:

• сеть пунктов постоянных наблюдений ГНСС – фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) (64 пункта) (рис. 4);
• сеть пунктов периодически повторяемых наблюдений ГНСС – высокоточная геодезическая сеть пунктов (ВГС) (343 пункта);
• спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1) (4574 пункта).

В структуру государственной геодезической сети, практически реализующих систему координат ГСК-2011 и обеспечивающих ее доступность для использования потребителями, также входят сети триангуляции, полигонометрии и трилатерации 1–4 классов (~283 000 пунктов), уравненные с опорой на пункты ФАГС, ВГС и СГС-1, что обеспечивает возможность использования в системе координат ГСК-2011 огромного количества геодезических, топографических и картографических материалов, созданных ранее на основе традиционных методов и технологий.

Рис. 4. Картограмма пунктов Росреестра государственной фундаментальной астрономо-геодезической сети

Система координат ГСК-2011 практически на порядок точнее по сравнению с СК-95 и на два порядка по сравнению с СК-42.

Дальнейшее повышение точности государственной системы координат, также как и системы высот и гравиметрических измерений, связано с необходимостью учета и прогнозирования геодинамических процессов. На современном уровне развития средств и методов геодезических измерений недостаточный учет геодинамических процессов может привести к значительным искажениям при выполнении геодезических работ в составе кадастровой деятельности, проектно-изыскательских и строительных работах, особенно на высокоскоростных магистралях и иных сооружениях большой протяженности.

Вышедшая в январе 2016 г. новая версия реализации Международной земной системы координат ITRS предназначена именно для учета геодинамических явлений, включая пост сейсмические деформации. Введение новой версии Международной земной системы координат ITRF2014 связано с тем, что в результате геодинамических явлений, таких как тектонические движения плит, землетрясения, влияние эффектов, генерируемых в атмосфере, циркуляция вод океана и влияние гидрологии суши, происходят современные движения земной поверхности.

Горизонтальные скорости движения пунктов по данным сайта ITRF2014 показаны на рисунке 5.

Рис. 5. Скорости движения пунктов по данным сайта ITRF2014

Развитие сети постоянно действующих пунктов ФАГС в перспективе должно вестись с учетом геотектонической структуры территории России и возможностями передачи наблюдений в единый центр обработки в режиме реального времени. С другой стороны, важным требованием к размещению пунктов ФАГС является их относительно равномерное распределение на территории России с расстоянием между пунктами в среднем порядка 500-800 км. Эти требования к размещению новых пунктов ФАГС, во-первых, обеспечат дифференцированный подход к определению скоростей изменений координат во времени для разных геотектонических структур, во-вторых, обеспечат более благоприятные условия для распространения единой системы координат и скоростей на пункты геодезических сетей более низкого уровня (прежде всего, при дополнительных или периодических определениях пунктов ВГС). В-третьих, они создадут более благоприятные условия для развития систем функциональных дополнений ГНСС (RTK, VRS, PPP и др.).

Увеличение числа постоянно действующих пунктов ФАГС, при условии выбора их местоположения в соответствии с геотектонической структурой, позволит, с одной стороны, более детально учитывать влияние этих региональных деформационных процессов на точность государственной системы координат, с другой стороны, регистрация региональных характеристик движения земной поверхности даст ценную информацию для анализа этих процессов их последующего моделирования и прогнозирования.

Поскольку территория России имеет сложную геотектоническую структуру, то наряду с глобальными изменениями на территории России присутствуют и региональные деформационные процессы, вызывающие движения земной поверхности.

2. Главная высотная основа Российской Федерации

На всей территории России вычисление высот производится в системе нормальных высот, где за начало отсчета принят средний уровень Балтийского моря.

Единую систему нормальных высот на всю территорию страны распространяет Главная высотная основа Российской Федерации. Главную высотную основу РФ составляют 169 замкнутых полигонов линий нивелирования I класса с протяженностью линий 148 тыс. км и 860 полигонов линий нивелирования II класса с протяженностью линий 173 тыс. км. (рис. 6). Средний периметр полигона I класса для территории России составляет 1640 км, полигоны II класса имеет периметры от 400 до 1000 км.

На сегодняшний день государственная нивелирная сеть I класса состоит из 97 547 нивелирных пунктов, государственная нивелирная сеть II класса – из 124 931 пункта.

Рис. 6. Государственная нивелирная сеть I и II классов

В настоящее время Росреестром в рамках работ по оптимизации и модернизации государственной нивелирной сети завершаются работы по замыканию 25 приграничных полигонов I класса и подготовки исходных данных для переуравнивания Главной высотной основы Российской Федерации и установления системы нормальных высот на новых принципах, которые были изложены в диссертационной работе выдающегося ученого-геодезиста России, профессора Г.В.Демьянова, а именно:

• система отсчета высот определяется поверхностью общего земного эллипсоида и потенциалом на поверхности этого эллипсоида, принимаемым за нормальный;
• система отсчета высот должна основываться на единой системе фундаментальных геодезических параметров Земли, которые приняты при установлении системы координат и системы измерений силы тяжести;
• систему координат и систему высот должна определять одна и та же совокупность геодезических пунктов;
• для надежного определения поправки за переход от региональной системы высот к общеземной должна использоваться достаточно густая сеть опорных пунктов, равномерно распределенная на территории, реализующей данную региональную систему высот.
• Частично эти принципы уже апробированы при создании общеевропейской нивелирной сети (UELN), которой занимается с 80-х годов прошлого века Федеральное агентство по геодезии и картографии Германии в рамках реализации решений Европейской подкомиссии Международной ассоциации геодезии. Вначале в проекте участвовало 20 стран, позднее присоединились еще пять. На рисунке 7 приведены поправки в национальные нивелирные системы за переход к одной из практических реализаций этой системы, а именно EVRF2007.

Рис.7. Поправки в национальные системы высот при переходе к EVRF2007

Кроме того, в рамках Международной ассоциации геодезии создана рабочая группа по разработке стратегии реализации международной общеземной системы высот.

Следует также сказать и о том, что на состоявшейся 18-19 октября 2016 года в г. Кишиневе (Республика Молдова) XXXVIII сессии Межгосударственного совета по геодезии, картографии, кадастру и дистанционному зондированию Земли государств – участников Содружества Независимых Государств (СНГ) принято решение о создании Рабочей группы по системам координат и высот государств-участников СНГ, основными задачами которой являются:

• обеспечение эффективного взаимодействия и координации деятельности специалистов государств-участников СНГ в области геодезии;
• оказание помощи в развитии и поддержании национальных геодезических инфраструктур как необходимого условия создания единых геодезической системы координат и системы высот государств-участников СНГ;
• внедрение практики открытого обмена геодезическими данными и информацией о геодезических стандартах и методах в целях создания, совершенствования и использования единых геодезической системы координат и системы высот государств-участников СНГ;
• содействие разработке информационно-просветительских программ, нацеленных на повышение осведомленности широкой общественности о единых геодезической системе координат и системе высот государств-участников СНГ.

3. Государственная гравиметрическая основа

Гравиметрическую основу территории страны реализует высокоточная государственная гравиметрическая сеть, которая представляет собой совокупность закрепленных на местности и гравиметрически связанных между собой пунктов, на которых выполняются относительные или абсолютные измерения ускорения силы тяжести и осуществляется определение высот и координат этих пунктов.

В настоящее время государственная гравиметрическая сеть состоит из 71 пункта государственной фундаментальной гравиметрической сети, 54 из которых совмещены с пунктами ФАГС, и 690 основных пунктов государственной гравиметрической сети 1-го класса.

Дальнейшее развитие государственной фундаментальной гравиметрической сети с точки зрения экономии финансовых и материальных затрат планируется вести по пути совмещения ее пунктов с новыми пунктами ФАГС. Развитие же государственной гравиметрической сети 1-го класса не целесообразно в силу того, что она создавалась с помощью маятниковых относительных определений ускорения силы тяжести, которые в настоящее время повсеместно заменяются абсолютными высокоточными измерениями.

4. Обеспечение потребителей информацией, необходимой для точного определения места положения объектов в режиме реального времени

В целях обеспечения потребности в геодезической информации, необходимой для определения места положения объекта в реальном режиме времени, к настоящему времени создан и функционирует Центр точных эфемерид Росреестра, одной из основных задач которого является вычисление точных орбитальных параметров спутников ГЛОНАСС на основе результатов наблюдений на пунктах ФАГС, а также доведение результатов вычислений до потребителей в режиме реального времени посредством интернет-сайта центра (рис. 8). Также для решения этой же задачи на территории Российской Федерации создана и эксплуатируется сеть спутниковых дифференциальных геодезических станций, предназначенных для обеспечения потребителей информацией о местоположении объектов в режиме реального времени.

Рис. 8. Сайт Центра точных эфемерид Росреестра

В настоящий момент на территории Российской Федерации эксплуатируются порядка 1500 спутниковых дифференциальных геодезических станций (далее – СДГС), принадлежащих как субъектам Российской Федерации, так и различным ведомственным и коммерческим организациям, что составляет всего лишь 12% от количества СДГС по требуемым нормам плотности.

На создание еще 12 500 станций потребуется 20 млрд руб. и еще 810 млн руб. ежегодно на их обслуживание.

В связи с этим, развитие сети спутниковых дифференциальных геодезических станций за счет бюджетных средств не целесообразно. Скорее всего, более приемлем комбинированный вариант создания интегрированной сети координатно-геодезического обеспечения деятельности кадастровых инженеров и внедрения сервисов предоставления дифференциальной информации на базе этой сети за счет объединения дифференциальных станций и сетей, созданных и создаваемых за счет средств федерального, региональных и местных бюджетов.

Для этого необходимо выполнение следующих основных мероприятий:

• разработка и принятие нормативно-правовых и нормативно-технических документов, определяющих как порядок создания и использования СДГС и дифференциальных сетей, созданных за счет федерального, региональных и местных бюджетов, так и технические требования к ним;
• создание Центра мониторинга спутниковых дифференциальных геодезических станций (возможно на базе ФГБУ «Центр геодезии картографии и ИПД»), в состав задач которого будут входить не только функции регистрации станций и сетей дифференциальной коррекции и выдачи лицензий на право предоставления потребителям дифференциальной информации, но и функции периодического контроля правильности определения координат станций в системе координат ГСК-2011;
• разработка документов, регламентирующих порядок эксплуатации Центра мониторинга СДГС;
• создание Интернет-сервиса на сайте Росреестра с опубликованием основных сведений о станциях и сетях дифференциальной коррекции;
• создание единого реестра СДГС;
• создание системы контроля качества измерительных данных и сервисов, предоставляемых СДГС.

В настоящее время в части, касающейся нормативной базы, определяющей порядок создания и использования СДГС и дифференциальных сетей и технические требования к ним, уже выполнены следующие мероприятия:

• принят и вступил в действие Федеральный закон от 22.12.2015 №431-ФЗ «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (статья 9);
• подготовлен проект приказа Минэкономразвития России «Об установлении Порядка предоставления физическим и юридическим лицам информации, полученной с использованием сетей дифференциальных геодезических станций, созданных за счет средств федерального бюджета и бюджетов субъектов Российской Федерации»;
• подготовлен проект приказа Минэкономразвития России «Об установлении требований к программным и техническим средствам, используемым при создании сетей дифференциальных геодезических станций»;
• подготовлен проект приказа Минэкономразвития России «Об установлении требований к содержанию технического проекта геодезической сети специального назначения».

А пока в связи с отсутствием единого государственного реестра СДГС и нормативной правовой базы, требующей их обязательной регистрации, создаются различного рода некоммерческие партнерства.

Так, в августе 2014 г. было создано Некоммерческое партнерство «Операторов сетей высокоточного спутникового позиционирования» (НП «ОСВСП»). Его миссией является формирование и развитие российского рынка высокоточного спутникового позиционирования путем объединения и стимулирования российских компаний к созданию сервисов услуг и аппаратно-программных средств, удовлетворяющих требованиям потребителя, а также формирования основы для повышения их конкурентоспособности и обеспечения импортозамещения в сфере высокоточной спутниковой навигации.

Идея создания некоммерческого партнерства родилась в результате анализа эффективности использования сетей референцных станций и возникшей необходимости оптимизации процесса формирования зон покрытия высокоточными сервисами.

НП «ОСВСП» ведет разработку сервисов, предназначенных для широкого круга пользователей, и обеспечивает:

• техническую поддержку функционирования интеграционной вычислительной платформы;
• ведение базы данных СДГС;
• техническую поддержку функционирования биллинговой системы расчетов;
• технологию обмена данными между поставщиками и потребителями информации от СДГС;
• функционирование электронной площадки для публикации информации о СДГС национальной сети высокоточного спутникового позиционирования и взаимодействия членов НП «ОСВСП» по заключению сделок между поставщиками и потребителями корректирующей информации.

В соответствии с Федеральным законом от 05.05.2014 № 99-ФЗ Некоммерческое партнерство «Операторов сетей высокоточного спутникового позиционирования» было преобразовано в Союз «Операторов сетей высокоточного спутникового позиционирования».

Список литературы

1. Государственные геодезические сети, современное состояние и перспективы развития, д.т.н. Г.В. Демьянов, «Геодезия и картография» №2, 2008 г.

2. Инструкция по вычислению нивелировок, М., Недра, 1971.

3. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов, ГКИНП (ГНТА)-03-010-02, М., 2002.

4. Инструкция по построению государственной геодезической сети, ЦНИИГАиК, М., 2006.

5. Инструкция по построению государственной геодезической спутниковой сети, утвержденная Федеральной службой геодезии и картографии, 2000 г.

6. «Инструкция по развитию высокоточной государственной гравиметрической сети России», утвержденная приказом Роскартографии от 28.12.2003 г. №182-пр.

7. Концепция развития отрасли геодезии и картографии до 2020 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.12.2010 №2378-р.

8. Методические указания по построению государственных геодезических сетей с применением глобальных навигационных спутниковых систем, Москва, 1997 г.

9. Нивелирование I и II классов (практическое руководство), М., Недра, 1982.

10. Плешаков И.Я., Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В. Состояние и перспективы развития системы геодезического обеспечения страны в условиях перехода на спутниковые методы. Материалы юбилейной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития геодезии, фототопографии, картографии и геоинформационных систем», посвященная 850-летию г. Москвы: (Москва, ЦНИИГАиК, сентябрь 1997 г.). Часть 1. М. — ЦНИИГАиК, 1998. — с.21–30.

11. Постановление Правительства Российской Федерации от 09.04.2016 №289 «Об утверждении Положения о государственной геодезической сети и Положения о государственной нивелирной сети».

12. Постановление Правительства Российской Федерации от 24.11.2016 №1240 «Об установлении государственных систем координат, государственной системы высот и государственной гравиметрической системы».

13. Проблемы непрерывного совершенствования ГГС и геоцентрической системы координат России, Г.В. Демьянов, А.Н.Майоров, Г.Г. Побединский, «Геопрофи» №2, 2011 г.

14. Пункт фундаментальной астрономо-геодезической сети (пункт ФАГС), Руководство по эксплуатации, БГЕИ.443300.003 РЭ, ЦНИИГАиК, М., 2011.

15. Распоряжение Прави­тельства Российской Федерации от 03.11.2016 № 2347-р «Об утверждении норм плотности размещения на территории Российской Федерации геодезических пунктов государственной геодезической сети, нивелирных пунктов государственной нивелирной сети и гравиметрических пунктов государственной гравиметрической сети».

16. Современное состояние и направления развития геодезического обеспечения РФ. Системы координат (начало) // Горобец В.П., Демьянов Г.В., Майоров А.Н., Побединский Г.Г. // Геопрофи. — 2013. — № 6. — с. 4–9.

17. Современное состояние и направления развития геодезического обеспечения РФ. Высотное и гравиметрическое обеспечение (окончание) // Горобец В. П., Демьянов Г. В., Майоров А. Н., Побединский Г. Г. // Геопрофи. — 2014. — № 1. — с. 5–11.

18. Федеральный закон от 30.12.2015 № 431-ФЗ «О геодезии, картографии и пространственных данных».