Разработка современных технологий реконструкции и развития государственной геодезической сети с учетом особенностей территории Азербайджанской Республики (Том I)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва - 2005

Специальность — 25.00.32 - Геодезия.
Геодезия на современном этапе занимается решением обширного круга задач, важных как для развития цикла наук о Земле, так и для обеспечения функционирования различных отраслей народного хозяйства в любой стране. Назовем главные из них [50,92,116,125,144]:
распространение и закрепление системы геодезических координат, заданных на некоторую эпоху;
- установление связи геодезических систем координат (СК) между собой и фундаментальными системами координат;
- изучение фигуры Земли и её потенциала;
создание геодезической основы для картографирования территории страны (суши, акватории и морского дна);
- обеспечение воздушной и морской навигации;
геодезический мониторинг геодинамических явлений во всём их спектре (глобальные, региональные, локальные).
Следует особо подчеркнуть, что необходимой базой для решения перечисленных задач является создание единой системы координат на
некоторую эпоху. Материальным носителем такой системы являются геодезические сети (ГС), построенные различными методами.
Геодезические сети на территории Азербайджанской Республики (АР) создавались по общей схеме, принятой в СССР, но с некоторыми особенностями, зависящими от физико-географических условий АР. Современное состояние геодезической основы во всех странах СНГ, в том числе и в АР, характеризуется наличием геодезических сетей различных по происхождению, плотности и точности. В настоящее время часть пунктов во всех видах сетей утрачена.
Современная государственная геодезическая сеть (ГГС) АР неоднородна по точности и имеет разрывы по размещению и не в полной мере отвечает своему назначению - быть носителем единой системы координат на территории 
Азербайджана. В связи с несовершенством сети возникла проблема реконструкции и развития ГГС АР.
Внедрение спутниковых методов координатного позиционирования с использованием глобальных спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС повлекло за собой проблему разработки соответствующих технологий для реконструкции и развития государственных геодезических сетей с учетом особенностей развития территорий, например, Азербайджанской Республики. Решение данной проблемы поставило следующие научные задачи:
- выбор СК и отсчетного эллипсоида для территории АР;
- установление связей с СК соседних стран и общеземной;
- определение нормальных высот спутниковыми методами;
- построение точных карт высот квазигеоида для АР;
- методы математической обработки спутниковых сетей;
- методы совместной обработки спутниковых и наземных сетей.
Необходимо отметить, что проблема реконструкции ГГС считается
актуальной и в других странах СНГ. Так, в РФ разработаны «Основные положения о ГГС России, 1997г.», в которых предполагается, что носителем СК будет ФАГС - фундаментальная астрономо-геодезическая сеть, создаваемая спутниковыми методами и с помощью длиннобазисных радиоинтерференционных систем (расстояние между пунктами 800-1000 км, средняя квадратическая ошибка положения пунктов относительно центра масс Земли - 10'8R, где R- радиус Земли). Далее к ФАГС присоединяется и
опирается на нее так называемая ВГС — высокоточная геодезическая сеть. Последняя может состоять как из новых пунктов, определенных методами спутниковой геодезии, так и из прежних, входящих в существующую АГС. Построение новых фрагментов сети может осуществляться как спутниковыми, так и традиционными наземными методами. Здесь главным критерием является соответствие методов друг другу по точности определения пунктов ([111], п.4.6 и 5.2). 
В связи с широким использованием спутниковых технологий по-новому ставится проблема определения нормальных высот. Это весьма обширная проблема, которая требует самостоятельного рассмотрения, но определенные предложения по определению высот должны быть внесены в рамках предлагаемой программы построения современной системы геодезического обеспечения, поскольку без высотной компоненты характеристики системы будут неполными.
Важной особенностью народно-хозяйственной деятельности в АР является разведка, разработка и эксплуатация нефтяных месторождений в азербайджанском секторе Каспийского моря. Геодезическое обеспечение этой деятельности сопровождает ее на всех этапах (навигация, определение координат объектов в ходе разведочных работ, вынос в натуру и т.д.). Основным видом геодезических построений при обеспечении работ на море, как показывает практика, являются геодезические засечки на эллипсоиде (шаре), полученные по измерениям наземными системами или в пространстве - по спутниковым наблюдениям. Но, по-видимому, наиболее распространенными станут комбинированные засечки, для решения которых используются оба вида измерительной информации совместно.
С учетом сказанного вырисовывается следующая структура диссертации.
В первом разделе рассматриваются основные физико-географические зоны Азербайджана, экономическое районирование, требования к точности геодезического обеспечения работ со стороны различных отраслей народного хозяйства, анализ состояния ГГС АР, факторы, влияющие на деформации геодезических сетей.
Второй раздел является одним из основных в диссертации. В нем рассмотрены вопросы установления СК на территории АР и её связи с международными и принятыми в соседних странах СК. Разработаны концепция, методика, технология и проект создания современной высокоточной опорной геодезической сети АР на основе спутниковых технологий, которая будет
реализовать единую СК на территории Республики, выполнена априорная оценка точности уравненных элементов и выбрана оптимальная схема для её построения.
Третий и четвертый разделы посвящены вопросам уравнивания. Определены принципиальные основы математической обработки
геодезических измерений при реконструкции и развитии ГГС АР. Рассмотрены вопросы уравнивания спутниковых сетей ВГС и СГС-1 как раздельно, так и совместно с существующими наземными сетями. Можно ожидать, что значительное число пунктов АТС и сетей сгущения сохранились, в целях получения элементов взаимного трансформирования координат, при стыковке участков модернизации к опорной геодезической сети и т.п. случаях, возникает необходимость совместного уравнивания спутниковых и наземных сетей.
В пятом разделе рассмотрены методы определения нормальных высот, их связи с системами высот, принятых в соседних странах. Разработаны принцип установления спутниковой системы нормальных высот и на его основе концепция построения современной системы высотного обеспечения на территории АР. Особое место уделено спутниковым методам, которые позволяют найти непосредственно только геодезические высоты, но в комбинации с другими способами можно определить и нормальные высоты. В этих целях разработана современная методика и технологическая схема составления детальной карты высот квазигеоида (ВК) на ЭВМ и по имеющимся у автора топографо-гравиметрическим материалам построена карта ВК с сечением 0,5м для территории АР.
В шестом разделе рассмотрены вопросы геодезического мониторинга сектора Каспийского моря, принадлежащего Азербайджанской Республике, в котором расположены и будут развиваться далее нефтедобывающие объекты. Даны предложения по координированию объектов на морском дне, узловых точек геологоразведочных профилей и т.п. На основе анализа размещения существующих и проектируемых объектов в экономическом секторе АР и
имеющихся технических средств определения координат предложен конкретный проект геодезического обеспечения работ на море.

Введение 6
1. Анализ состояния существующей государственной геодезической сети Азербайджана
1.1. Физико-географические условия и экономическое районирование в Азербайджанской Республике (АР)
1.2. Стабильность геодезических сетей Азербайджана в связи с тектоническими, сейсмическими, техногенными и антропогенными 14
факторами
1.3. Современные требования к точности геодезических работ (по всем видам обеспечения на шельфе и на суше)
1.4. Анализ геодезической изученности территории АР 25
1.4.1. Анализ плановой государственной геодезической сети АР. Оценка деформаций
1.4.2. Состояние высотной основы в АР. Система высот 43
1.4.3. Геодинамические полигоны 48
1.4.4. Характеристика гравитационного поля АР 51
1.4.5. Морские геодезические сети 57
1.5. Постановка проблемы реконструкции и развития ГГС Азербайджана 59
1.6. Выводы 61
2. Разработка проекта реконструкции ГГС АР 63
2.1. Вопросы установления системы геодезических координат для АР 63
2.2, Связи системы геодезических координат АР с системами координат
соседних стран
2.2.1. Постановка задачи. Переход от одной системы координат к другой 65
2.2.2. Установление связи между системами координат с помощью
дифференциальных формул
2.2.3. Связь системы геодезических координат АР с системами координат соседних стран
2.3. Технические средства определения координат и высот, используемых
в АР
2.4. Разработка проекта реконструкции и развития высокоточных
геодезических сетей в АР
з
2.4.1. Концепция реконструкции и развития ГГС АР на современном этапе
2.4.2. Двухзвениая сеть ВГС и СГС-1 как носитель системы координат на территории Азербайджана
2.4.3. Схема и программа реконструкции и развития ГГС в Азербайджане 81
2.4.4. Априорная оценка точности уравненных элементов проектируемой сети
2.5. Выводы 101
3. Уравнения связи измеренных величин в геодезических сетях 103
3.1. Измеренные величины в ВГС 103
3.1.1. Измеренные величины и их уравнения связи в ВГС (I ступень) 103
3.1.2. Уравнения поправок для сети ВГС 104
3.2. Измеренные величины и их уравнения в СГС-1 (II ступень) 105
3.3. Уравнения поправок в сетях, подлежащих реконструкции 106
3.3.1. Уравнения связи в наземных сетях 106
3.3.2. Уравнения поправок в пространственной системе координат 108
3.4. Редукция измеренных величин к принятой системе координат 109
3.5. Приведение спутниковых измерений к центрам пунктов 110
3.6. Выводы 114
4. Уравнивание геодезических сетей АР 115
4.1. Постановка задачи на уравнивание 115
4.2. Уравнивание ВГС в пространственной системе координат (I ступень) 116
4.3. Уравнивание СГС-1 (II ступень) 121
4.4. Совместное уравнивание спутниковых сетей и наземных ГГС АР . 122
4.5. Особенности уравнивания участков модернизации ГТС АР 128
4.6. Выводы 129
5. Нормальные высоты пунктов ГГС АР 131
5.1. Принцип установления спутниковой системы нормальных высот 131
5.2. Связь спутниковой и наземной систем нормальных высот 134
5.3. Вычисление аномалии высоты 136
5.4. Особенности получения нормальных высот с помощью спутниковых 137
измерений
5.5. Методика и технологическая схема построения детальной карты щр
высот квазигеоида на территории АР. Первичные результаты
5.6. Некоторые рекомендации по созданию современной системы 151
высотного обеспечения в АР
5.7. Выводы 152
6. Геодезический мониторинг И обеспечение работ В экономическом 154
секторе АР на Каспийском море
6.1. Геодезические аспекты установления границ морских пространств и 154
зон
6.2. Схема размещения нефтегазодобывающих объектов в экономическом
секторе АР на Каспийском море
6.3. Геодезическая обеспеченность береговой зоны и эстакад 165
6.4. Особенности определения координат объектов геодезическими 166
засечками в азербайджанском секторе Каспийского моря
6.4.1. Выбор оптимальной поверхности относимости для решения ^6
геодезических засечек
6.4.2. Геодезические засечки на поверхности эллипсоида и анализ их 168
точностных характеристик
6.4.3. Алгоритмы решения линейных пространственных засечек. ІУ2
Априорная оценка точности положения объекта
6.5. Подходы к обработке комбинированных геодезических засечек на 174
море
6.6. Анализ и усовершенствование существующих алгоритмов 175
определения координат объектов на морском дне
6.6.1. Исследование особенностей использования синхронных
спутниковых и гидроакустических измерений
6.6.2. Разработка алгоритмов определения координат донных пунктов с 179
использованием эстакад на Каспийском море
6.6.3. Разработка технологии приведения спутниковых и
гидроакустических измерений на судне к единому центру и единому 182
моменту времени
6.7. Разработка проекта геодезического мониторинга и обеспечения работ j g5
в экономическом секторе АР на Каспийском море
6.7.1. Геодезический мониторинг положений морских объектов 185
6.7.2. Геодезическое обеспечение работ в экономическом секторе АР на JQJ
Каспийском море
6.8. Выводы 202
Заключение 204
Список литературы 209
Приложения (Том II)
1. Информация об этапах построения ГГС АР
2. Таблица точностных показателей ГС различных классов на
территории АР по уравниванию 1982 года  
3. Таблица значений ∆gcp, D и ТКдля площадей осреднения: l0xl0
0,5ox0,5o и 0,25θx0,25θ
4. Информация о структуре ГГС стран Европы
5. Априорная оценка точности уравненных элементов сети ВГС
6-15. Априорная оценка точности уравненных элементов опорной сети ВГС и СГС-1 АР (варианты 1-7)
16-21. Априорная оценка точности уравненных элементов сплошной сети СГС-1 (варианты 8-13)
22. Априорная оценка точности уравненных элементов опорной сети ВГС и СГС-1 с семью исходными пунктами (вариант 2z)