Создание сети базовых GPS станций

    ВВЕДЕНИЕ 

    Обеспечивая многие практические потребности экономики  и обороны страны, существующие наземные геодезические методы по точности, оперативности, экономической эффективности  не соответствуют некоторым крайне важным современным требованиям  науки и практики.

    Основой современных геодезических спутниковых методов оперативного определения координат являются технологии, основанные на использовании глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS

    За  последние несколько лет системы  спутникового позиционирования прочно вошли в маркшейдерскую практику и широко используются при создании опорного маркшейдерско-геодезического обоснования. Существующая геодезическая основа, созданная с помощью традиционных методов геодезических измерений не обеспечивает на должном уровне возможности эффективного использования современных высокоэффективных спутниковых технологий по следующим основным причинам:

-  пункты опорных геодезических сетей, как правило, располагаются в труднодоступных местах, неблагоприятных для их последующего использования в системе геодезического обеспечения с аппаратурой ГЛОНАСС/GPS;

- большой объем геодезических пунктов, существующих опорных геодезических сетей, и места их расположения делают задачу их поддержания в рабочем состоянии практически трудно выполнимой в современных условиях.

    Поэтому применение современных геодезических технологий будет значительно сокращать работы по времени и увеличивать точность измерений и повышать эффективность уровня производства на предприятии.

    Актуальность  темы заключается в том, что применение спутниковых геодезических систем позволяет не только повысить производительность полевых и камеральных работ, но и улучшить качество маркшейдерского обслуживания нефтегазодобывающего предприятия.

    Объектом  исследования курсовой работы являются работы по созданию сети базовых ГЛОНАСС/GPS станций. Предмет исследования – порядок создания сети станций с учётом требований действующих нормативных документов.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. НОРМАТИВНО-ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ.  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОСУДАРСТВЕННЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЯХ

    1. Нормативно-правовое регулирование выполнения комплекса работ по созданию базовых ГЛОНАСС/GPS станций
 

     Федеральный закон «О геодезии и картографии» N 209-ФЗ от 22.11.1995 направлен на создание условий для удовлетворения потребностей государства, граждан и юридических лиц в геодезической и картографической продукции, а также условий для функционирования и взаимодействия органов государственной власти Российской Федерации в области геодезии и картографии.

     В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. N 568 "Об установлении единых государственных систем координат" для использования при осуществлении геодезических и картографических работ на территории России устанавливается, начиная с 1 июля 2002 г., единая государственная система геодезических координат 1995 года (СК-95).

«Основные положения о Государственной  геодезической сети» ГКИНП(ГНТА)-01-006-03   являются основополагающим документом в области создания и развития государственной геодезической сети Российской Федерации.

     В настоящих «Основных положениях о государственной геодезической  сети Российской Федерации», в соответствии с Федеральным законом «О геодезии и картографии», отражено состояние  государственной геодезической  сети на эпоху формирования системы геодезических координат 1995 года, приведены основные характеристики этой системы и основные принципы ее установления.

     Определены  структура и основные принципы дальнейшего  развития государственной геодезической  сети Российской Федерации. Даны основные характеристики создаваемых сетей и указаны требуемые точности их элементов.

     Появление принципиально новых технических  средств - спутниковых геодезических приемников потребовало существенного пересмотра традиционных подходов к проблеме создания геодезических сетей.

     Основным  документом, осуществляющим нормативное  регулирование создания базовых GPS/Глонасс  станций, является «Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS» ГКИНП (ОНТА)-01-271-03.

     В Руководстве изложены сведения о  спутниковых радионавигационных системах (СРНС) ГЛОНАСС и GPS, классификации  спутниковых городских геодезических  сетей, освещены принципы построения городской  геодезической сети с использованием спутниковых технологий, этапы создания и реконструкции городских геодезических сетей.

     «Инструкция по развитию съемочного обоснования  и съемке ситуации и рельефа с  применением глобальных навигационных  спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS»  ГКИНП (ОНТА)-02-262-02 дополняет нормативно-техническую базу, в части применения аппаратуры глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS для производства названных видов работ.

     Основанием  для производства работ является: соблюдение требований «Инструкции  по производству маркшейдерских работ» РД 07-603-03, утвержденной постановлением Госгортехнадзора России от 06.06.03 № 73:

- п. 14 «В  проектах на строительство на  территории производственно- хозяйственной  деятельности пользователя недр  предусматриваются топографические и маркшейдерские работы, необходимые для обеспечения рационального использования и охраны недр, безопасного ведения горных работ, строительства, реконструкции маркшейдерской опорной сети или восстановления утраченных пунктов опорной и разбивочной сетей, обновления планов земной поверхности в процессе строительства или после его завершения, съемки горных выработок и составления горной графической документации перед сдачей объекта в эксплуатацию. В необходимых случаях осуществляют экспертизу охраны недр»;

- п. 23 «Организация  на территории своей производственно-хозяйственной  деятельности в дополнение к  геодезической сети создает маркшейдерскую  опорную сеть»

- п. 234 «Все  текущие изменения, происшедшие  на месторождениях, вносят на  маркшейдерско-геодезические планы ежеквартально. Если топографическая ситуация на местности изменилась по сравнению с ее изображением на имеющемся плане более чем на 35%, то производят новую маркшейдерско-геодезическую съемку. Пополнение картографической документации может осуществляться на основе воздушного и наземного лазерного сканирования, построения ортофотокарт по материалам аэрокосмосъемок».

      Инструкция  «О порядке контроля и приемки  геодезических, топографических и  картографических работ» ГКИНП(ГНТА)-17-004-99 регламентирует особенности контроля и приемки измерений, выполняемых геодезической спутниковой аппаратурой.

      На  современном этапе нормативное  регулирование создания базовых 

ГЛОНАСС/GPS станций осуществляется:

  1. Федеральным законом от 26.12.1995 № 209-ФЗ «О геодезии и картографии»;
  2. Руководством «по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS» ГКИНП (ОНТА)-01-271-03, утвержденным Приказом Роскартографии от 13.05.2003 № 84-пр.;
  3. Инструкцией «по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS» ГКИНП (ОНТА)-02-262-02, утвержденной Приказом  руководителя Роскартографии от 18.01.2002 № 3-пр.;
  4. Инструкцией «по производству маркшейдерских работ» РД 07-603-03, утвержденной Постановлением Госгортехнадзора России от 06.06.03     № 73;
  5. Инструкцией «О порядке контроля и приемки геодезических, топографических и картографических работ» ГКИНП(ГНТА)-17-004-99 регламентирует особенности контроля и приемки измерений, выполняемых геодезической спутниковой аппаратурой, утвержденной Приказом Роскартографии от 29.06.1999 г. № 86-пр.
 
    1. Назначение государственной геодезической сети
 

     Для составления карт и планов, решения  геодезических задач на поверхности Земли расположен ряд точек, связанных между собой единой системой координат. Эти точки маркируют на поверхности Земли или в зданиях и сооружениях центрами. Cистему точек земной поверхности, взаимное положение которых определено в некоторой единой системе координат и высот на основании геодезических измерений, называют геодезическими сетями.

    Государственная геодезическая сеть (далее - ГГС) представляет собой совокупность геодезических пунктов, расположенных равномерно по всей территории страны и закрепленных на местности специальными центрами, обеспечивающими их сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени.

    ГГС предназначена для решения следующих  основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:

  • установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;
  • геодезическое обеспечение картографирования территории России и акваторий окружающих ее морей;
  • геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и освоения природных ресурсов;
  • обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;
  • изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени;
  • изучение геодинамических явлений;
  • метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования.

    Наряду  с ГГС созданы государственные  нивелирная и гравиметрическая сети, а также геодезические сети специального назначения.

    Государственные геодезическая, нивелирная и гравиметрическая сети, созданные за счет средств  федерального бюджета, относятся к федеральной собственности и находятся под охраной государства (ст. 16 Федерального закона «О геодезии и картографии» от 26 декабря 1995 г. № 209-ФЗ (с изменениями).

    1. Основные  принципы развития государственной геодезической сети
 

    Создание  и поддержание системы координат на уровне требований, обеспечивающих решение фундаментальных перспективных задач в области геодезии, картографии и маркшейдерии, обусловливает необходимость создания геодезической сети на качественно новом и высоком уровне точности.

    Построение  такой сети – основная цель государственной системы геодезического обеспечения территорий Российской Федерации, основанной на применении методов космической геодезии и использовании глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. Государственная геодезическая сеть структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности:

  • фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС),
  • высокоточную геодезическую сеть (ВГС),

    • спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1).

    В указанную систему построений вписываются  также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1-4 классов.

    Для сохранения потенциала традиционной ГГС 1-4 классов каждый пункт ФАГС и  ВГС связан с двумя пунктами триангуляции 1-4 классов, и каждый третий пункт СГС-1 совмещён или связан также с пунктами триангуляции. Эти связи и обеспечат нам совместное уравнивание спутниковой и традиционной геодезических сетей.

      1. Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть
 

    На  высшем уровне ГГС находится фундаментальная астрономо-геодезическая сеть пунктов постоянных наблюдений искусственных спутников земли (далее - ИСЗ) ГЛОНАСС, GPS, а в перспективе и ГАЛЛИЛЕО. Средние расстояния между пунктами ФАГС составляют порядка тысячи километров. В настоящее время эта сеть включает в себя 38 пунктов, из них 28 пунктов открытого пользования. Данные наблюдений с этих пунктов, в конечном счёте, формируют основу национальной геоцентрической системы координат и одновременно служат для определения точных эфемерид ИСЗ ГЛОНАСС. Все пункты ФАГС фундаментально закреплены с обеспечением долговременной стабильности их положения как в плане, так и по высоте.

    Пространственное  положение пунктов ФАГС определяется методами космической геодезии в геоцентрической системе координат относительно центра масс Земли со средней квадратической ошибкой 10-15 см, а средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов ФАГС должна быть не более 2 см по плановому положению и 3 см по высоте с учетом скоростей их изменения во времени. В число основных задач построения ФАГС входит достижение требуемой точности и достоверное оценивание точности создаваемой новой геоцентрической системы координат и определение изменений координат пунктов ФАГС во времени. 

      1. Высокоточная геодезическая сеть
 

    На  следующей ступени спутниковой  ГГС находится высокоточная спутниковая  геодезическая сеть. Среднее расстояние между пунктами ВГС составляет порядка 300-500 км. Точность взаимного положения 2-3 см. Общее количество пунктов ВГС к настоящему моменту составляет порядка 250 пунктов. Основные функции ВГС состоят в дальнейшем распространении на всю территорию России геоцентрической системы координат и уточнении параметров взаимного ориентирования геоцентрической системы и системы геодезических координат.

    Для связи существующей сети с вновь  создаваемыми геодезическими построениями определяется взаимное положение пунктов  ФАГС и ВГС с ближними пунктами АГС со средней квадратической ошибкой, не превышающей 2 см по каждой координате. Для связи с главной высотной основой пункты ВГС привязываются к реперам нивелирной сети I ... II классов или совмещаются с реперами соответствующих линий нивелирования. 

      1. Спутниковая геодезическая сеть 1 класса
 

    На  третьей ступени спутниковой  ГГС находится спутниковая геодезическая сеть 1-го класса. Среднее расстояние между пунктами СГС-1 составляет порядка 30 км, точность взаимного положения 2-3см. К настоящему времени сеть СГС-1 насчитывает порядка 2 000 пунктов.

    Создана для обеспечения оптимальных условий и реализации точностных и оперативных возможностей спутниковой аппаратуры при переводе геодезического обеспечения территории России на спутниковые методы определения координат.

    СГС-1 может строиться отдельными фрагментами. В каждый фрагмент должны включаться все пункты ВГС и ФАГС, попадающие в область, перекрывающую фрагмент на треть расстояния между смежными пунктами ВГС на данной территории.

    Нормальные  высоты должны определяться на всех пунктах  СГС-1, либо из геометрического нивелирования  с точностью, соответствующей требованиям к нивелирным сетям II . III классов, либо из спутникового нивелирования как разности геодезических высот, определяемых относительными методами космической геодезии, и высот квазигеоида.

    Окончательная точность положения пунктов СГС-1 определяется по материалам обработки в соответствии с нормативно-техническими актами по построению СГС-1, утверждаемыми Росреестром. 

1.3.4. Геодезические сети специального назначения 

    Геодезические сети специального назначения создаются  в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов ГГС экономически нецелесообразно или когда требуется особо высокая точность геодезической сети.

    Геодезические сети специального назначения создаются  в единых государственных системах координат или в установленном порядке в местных системах координат.

    Учет  и хранение исходных данных, раскрывающих переход от местных систем координат  к государственным системам координат (ключи перехода) осуществляется органами государственного геодезического надзора.

    Специальные геодезические сети создают для геодезического обеспечения строительства сооружений. Плотность пунктов, схема построения и точность этих сетей зависят от специфических особенностей строительства.

    Опорные маркшейдерско-геодезические сети являются сетями специального назначения, развиваются на территории месторождения на основе пунктов Государственной геодезической сети и создаются собственными силами или специализированными организациями, привлекаемыми для этой цели на договорной основе. 

    1. Опорные маркшейдерско-геодезические сети
 

      Маркшейдерские  опорные сети создаются спутниковой  радиогеодезической аппаратурой, традиционными  средствами измерений и их комбинацией.

     В качестве исходных пунктов для построения маркшейдерской опорной сети служат пункты Государственной геодезической сети и геодезических сетей сгущения.

     Средняя плотность пунктов Государственных  геодезической и нивелирной сетей  должна быть доведена на территориях, подлежащих съемке:

     в масштабе 1:10000 - до одного пункта триангуляции или полигонометрии на 50-60 км2;

     в масштабе 1:5000 - до одного пункта триангуляции или полигонометрии на 20-30 км2 и до одного репера нивелирования на 10-15 км2;

     в масштабе 1:2000 и крупнее - до одного пункта триангуляции или полигонометрии на 5-15 км2 и одного репера нивелирования на 5-7 км2.

       Для труднодоступных районов указанная  плотность пунктов может быть уменьшена не более чем в 1,5 раза.

       Дальнейшее  увеличение плотности геодезической  основы достигают развитием сетей  сгущения 1 и 2 разрядов.

       Плотность геодезической основы должна быть доведена до одного пункта на 7-10 км2 для съемок масштаба 1:5000 и одного пункта на 1 км2 - для съемок в масштабе 1:2000.

       Для крупномасштабных съемок населенных пунктов  и территорий промышленных площадок плотность пунктов должна быть доведена до четырех пунктов на 1 км2 в застроенной части и до одного пункта на 1 км2 - на незастроенной территории.

     Пункты  опорной сети, используемые в качестве исходных для определения опорных  реперов профильных линий наблюдательных станций при наблюдениях за деформацией земной поверхности, должны располагаться в местах, обеспечивающих их устойчивость на период проведения наблюдений.

     Пункты  маркшейдерской опорной сети закрепляют центрами, рекомендованными для местных  условий инструкциями Росреестра, а также ведомственными инструктивными и методическими указаниями.

     При построении (реконструкции) опорной  сети сторонними организациями места  закладки центров и реперов согласовывают  с главным маркшейдером предприятия.

       Пункты  опорной сети, расположенные на территории производственно-хозяйственной деятельности предприятия, сдают для наблюдения за сохранностью предприятию в порядке, предусмотренном Постановлением Правительства Российской Федерации № 1170 от 07.10.1996 г. "Положение об охранных зонах и охране геодезических пунктов на территории Российской Федерации". 
 
 
 
 

     2. ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ СЕТИ БАЗОВЫХ ГЛОНАСС/GPS СТАНЦИЙ

     2.1. Общие сведения

     Техническим проектом по созданию базовых ГЛОНАСС/GPS станций на территорию Парусовых лицензионных участков  предусмотрено создание высокоэффективной системы маркшейдерско-геодезического обеспечения, доступного планово-высотного обоснования и дальнейшее развитие эффективного использования глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS, необходимой для выполнения любых топографо-геодезических и маркшейдерских работ, а также для ведения Единой географической информационной системы (ЕГИС), предназначенной для автоматизации и оптимизации процессов сбора, хранения, анализа, обработки и отображения пространственно-координорованной и картографической информации.

     Геодезические работы выполнены в государственной   СК-95 и местной системе координат, система высот – Балтийская 1977 г. 

    2.2. Технология производства и объемы работ

     Техническим проектом по развитию опорной маркшейдерско- геодезической сети с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS (далее – пунктов ОМГС) на Парусовых лицензионных участках ООО «Газпром добыча Ямбург» предусматриваются следующие виды работ:

  • предпроектное обследование пунктов и контрольные измерения;
  • проектирование схемы наблюдений;
  • рекогносцировка, обследование и закладка пунктов;
  • полевые наблюдения и предварительная обработка результатов на исходном пункте;
  • камеральная обработка спутниковых наблюдений;
  • определение координат базовой станции.
 

     2.3. Закладка и оборудование пунктов ОМГС.

     При проектировании сети учитывают наличие  сохранившихся исходных пунктов  и определяют желаемые места расположения вновь определяемых пунктов. Особенность  спутниковой технологии состоит  в том, что нет необходимости  располагать пункты так, чтобы между ними была бы обеспечена взаимная видимость. Пункты располагаются там, где их впоследствии будет удобно использовать, например вблизи проектируемых на месторождении объектов.

     Каждый  пункт ОМГС опирается на локальную  сеть пунктов ГГС. (Приложение Б) Она в обязательном порядке включает в себя два репера нивелирования I-II классов и не менее четырех пунктов государственной геодезической сети.

     Перед началом полевых работ выполняется  рекогносцировка, обследование, определение  степени пригодности пунктов и фундаментальных реперов привязки. Выбор пунктов ГГС с благоприятными условиями наблюдений и их сохранности является основным условием получения качественных результатов построения высокоточных спутниковых сетей. Наличие препятствий прохождению спутниковых сигналов выше требуемой маски по углу возвышения, особенно полупрозрачных для радиосигналов (кустарник, деревянные и металлические конструкции), могут приводить к значительным и даже грубым ошибкам результатов спутниковых определений.

      При выполнении рекогносцировки и проектировании базовых станций соблюдается условие легкой доступности к ним автомобильным транспортом при последующем их использовании и обеспечивать долговременную сохранность центров, а также возможность выполнения наблюдений в любое время суток и круглогодично.

      По  результатам выполненных рекогносцировочных работ составляется картографический материал, в который входят обзорные схемы, карты соответствующих масштабов, с нанесением на них проектируемой сети базовых станций, а также существующих и проектируемых скважин (разведочных, поисково-оценочных и др.).

      Закрепление (закладка) пунктов ОМГС на местности  зависит от физико-географических условий и осуществляется в соответствии с «Правилами закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети».    (Приложение В)

      По  результатам инженерно-геологической  разведки конструкцию пункта разрешается скорректировать, но качественные характеристики не должны уступать характеристикам центров, предусмотренных «Правилам закрепления центров пунктов спутниковой геодезической сети». (Приложение Г)

     Рабочие центры пунктов ОМГС должны обеспечены устройством для принудительного центрирования спутниковых антенн геодезических приёмников и соответствовать ОСТ 68-12-97 «Приспособления для принудительного центрирования геодезических приборов». (Приложение Д)

     Конструкции центров, приспособлений принудительного  центрирования, а также их внешнее  оформление обеспечивает  их необходимую стабильность и длительную сохранность. Методика закладки и технологическое соответствие центров обеспечивает стойкость к пучению, механическим нагрузкам и химическому воздействию грунта на центр

      На  территории Парусовых лицензионных участков были заложены пункты ОМГС:

  1. Северо-парусовое месторождение – пункт YAPN. Создание производилось от исходных пунктов: Половинный 1кл, Круглый 1кл, Озеро Сор 2кл, Айваяха 2кл,Нелякоайваяха 2кл, Пюнгъяха 2кл.

    - Пункт  YASS, исходными пунктами для которого послужили: Нгаркатаръяха 3кл, Юретане 2кл, Нальцияха 3кл, Айсяньяха 2кл, Юмбседаяха 2кл, Нелякоайваяха 2кл.

  1. Парусовое месторождение – пункт YAP. Наблюдения осуществлялись на пунктах: Половинный 1кл, Пюнгъяха 2кл, Нгаркаяха 2кл, Сармикъяха 2кл, Паюта-Тарка 2кл, Парусный 1кл.

    Южно-парусовое  месторождение – пункт YAPS. Наблюдения пункта производились от пунктов ГГС: Лайяхатарка 2кл, Верх.Ярэйяха 2кл, Нелякото 2кл, Аледерга 2кл, Торфяной 2кл, Водораздел 2кл.

    Cхема  сети базовых ГЛОНАСС/GPS  станций представлена в    Приложении Е. 

    1. Наблюдения  базовых ГЛОНАСС/GPS станций