Однако предполагается, что во время национальных чрезвычайных ситуаций Министерство обороны США может воспользоваться своим контролем над GPS, т.е. не дать гражданским пользователям доступа к сигналу или уменьшить сигнал так, что навигационная система не сможет обеспечивать гражданскую авиацию.

Преимущества и недостатки СНС

Спутниковые навигационные системы обладают рядом преимуществ по сравнению с действующими радиотехническими системами (РТС) навигации. К основным преимуществам спутниковой навигации следует отнести обеспечение точной и надежной 4-х мерной навигации во всех районах и на всех высотах полета ВС и, как следствие:

снижение риска катастроф, связанного с неточностью информации о местоположении ВС, особенно в тех районах (высотах) полета ВС, где использование действующих средств невозможно или экономически нецелесообразно;

использование единого средства навигации для обеспечения всех этапов полета ВС, включая точные заходы на посадку на необорудованные аэродромы;

возможность реализации автоматического зависимого наблюдения, обеспечит повышение пропускной способности при сокращении продольных и боковых интервалов разделения ВС в тех районах, где организация наблюдения при использовании радиолокационных станций невозможна или экономически нецелесообразна;

повышение гибкости и экономичности полетов ВС при высокой точности самолетовождения и использовании зональной навигации за счет сокращения полетного времени и экономии топлива;

снижение затрат на обслуживание воздушного движения при списании парка действующих средств навигации и посадки и на эксплуатацию ВС путем замены разнотипного бортового оборудования едиными средствами.

Однако длительная эксплуатация GPS и ГЛОНАСС показала, что спутниковым навигационным системам свойственны следующие недостатки :

чувствительность к непреднамеренным помехам, вызванными атмосферными эффектами;

блокировка сигнала при затенении антенны элементами конструкции воздушного судна во время выполнения эволюций;

чувствительность к преднамеренным помехам, которые могут ограничивать область обслуживания;

недостаточная точность при использовании для целей точного захода на посадку.

Приведенные выше недостатки могут быть устранены при использовании различного рода функциональных дополнений. Существуют три категории функциональных дополнений: бортовые, наземные и спутниковые.

Стратегия ИКАО в области развития аэронавигации при использовании СНС

В течение последних лет происходит активное внедрение спутниковых навигационных систем для решения задач зональной навигации на различных этапах полёта. В перспективе СНС постепенно заменит все наземные навигационные системы и станет единственным средством, обеспечивающим навигацию на всём протяжении маршрута.

В настоящее время в ИКАО разработаны требуемые навигационные характеристики (RNP), которые определяют требования, предъявляемые к точности выдерживания навигационных параметров в пределах конкретного воздушного пространства. Этот показатель не связан с конкретным видом навигационного оборудования, что придаёт ему общий характер и делает применимым и для спутниковых навигационных систем. Значение RNP определяется величиной удержания, которая характеризует размер области с центром в точке заданного местоположения ВС, в пределах которой оно будет находиться в течение 95% полётного времени (рис. 2.1) .

Рис. 2.1. Область RNP

Величина удержания выражается в морских милях. Для упрощения использования RNP при планировании воздушного пространства, эллиптическая форма этой области заменяется круговой. Поэтому, например, тип RNP 1 означает, что в произвольный момент времени с вероятностью 0.95 воздушное судно должно находиться в радиусе одной морской мили от точки, указанной органом воздушного движения.

Типы RNP определяют минимальную точность выдерживания навигационных характеристик в данной области воздушного пространства. Они устанавливаются с учетом точности бортового навигационного оборудования, а также погрешностей пилотирования.

В целях обеспечения требуемого уровня точности на различных этапах полета разработаны следующие типы RNP: маршрутные и аэродромные.

К примеру, в условиях полёта по маршруту, где плотность движения не столь велика, значение RNP будет находиться в пределах от 20 до 1,а при маневрировании в районе аэродрома в условиях захода на посадку от 0.5 до 0.3.

Маршрутные типы RNP представлены в табл. 2.2. .

Таблица 2.2

Маршрутные типы RNP

Тип RNP 1 предусматривается для обеспечения наиболее эффективных полетов по маршрутам ОВД в результате использования наиболее точной информации о МВС, а также для применения метода зональной навигации, позволяющего получить наибольшую гибкость при организации маршрутов, изменении маршрутов и осуществлении в реальном времени необходимых корректировок в соответствии с потребностями структуры воздушного пространства. Этот тип RNP предусматривает наиболее эффективное обеспечение полетов, использование правил полетов и организации воздушного пространства при переходе из района аэродрома к полету по маршруту ОВД и в обратном порядке, т.е. при выполнении SID и STAR.

Тип RNP 4 предназначается для маршрутов ОВД основанных на ограниченном расстоянии между навигационными средствами. Этот тип RNP обычно используется в воздушном пространстве, расположенном над континентом. Данный тип RNP предусматривается для сокращения минимума бокового и продольного эшелонирования и повышения эксплуатационной эффективности в океаническом воздушном пространстве и районах, где возможности использования наземных навигационных средств ограничены.

Тип RNP 10 обеспечивает сокращенные минимумы бокового и продольного эшелонирования и повышает эксплуатационную эффективность в океаническом воздушном пространстве и отдельных районах, где возможности аэронавигационных средств ограничены.

Тип RNP 12.6 обеспечивает ограниченную оптимизацию маршрутов в районах с пониженным уровнем обеспечения навигационными средствами.

Тип RNP 20 характеризует минимальные возможности по точности определения МВС, которые считаются приемлемыми для обеспечения полетов по маршрутам ОВД любым ВС в любом контролируемом воздушном пространстве в любое время.

Анализ предложенных ИКАО типов RNP показывает, что для обеспечения возможности продолжения использования имеющегося навигационного оборудования без изменения, существующей структуры маршрутов ОВД в некоторых районах или регионах, может быть установлено значение RNP 5 (9.3 км). Доказательством этого является внедрение метода зональной навигации с типом RNP5 (B-RNAV) в Европейском регионе в 1998 г.

Аэродромные типы RNP представлены в табл. 2.3 .

Таблица 2.3

Типы RNP при маневрировании в районе аэродрома

Типовая операция (и)		Точность в горизонтальной плоскости 95%	Точность по вертикали 95%
Начальный заход, Промежуточный заход, Неточный заход, вылет		220 м (720 фут)	Не назначена	От 0.5 до 0.3
		220 м (720 фут)	20 м (66 фут)
Заход на посадку с управлением по вертикали		16.0 м (52 фут)	8.0 м (26 фут)
Точный заход на			От 6.0 м до 4.0 м (20 -13 фут)

*) По данным .

Примечания:

1) Для осуществления планируемой операции на самой низкой высоте над поро­гом ВПП требуется 95% значения ошибки определения местоположения с помощью GNSS .

2) Требования к точности и задержке срабатывания сигнализации включают номинальные эксплуатационные характеристики безотказного приемника.

Применение СНС на этапе захода на посадку позволит в комплексе с системой функционального дополнения широкой зоны действия (WAAS) повысить свою точность до субметровой и, как следствие, обеспечить выполнение неточного захода на посадку (без наведения по глиссаде).

Использование СНС на этапе захода на посадку в комплексе с системой функционального дополнения с ограниченной зоной действия (LAAS) позволит повысить её точность до сантиметровой и обеспечить выполнение точного захода на посадку (с наведением по глиссаде).

Существующая система организации воздушного движения основана на концепции заранее определенного разведения маршрутов. Такая система гарантирует безопасность полетов за счет снижения пропускной способности. Применение СНС позволит изменить существующую структуру маршрутов путем сокращения норм (минимумов) эшелонирования. Это приведет к увеличению пропускной способности мировой транспортной системы, повышению ее эффективности и рентабельности вследствие оптимизации маршрутов. Первые шаги в этом направлении уже сделаны. Например, во-первых, ширина маршрутов (треков) в районе Тихого Океана для ВС, оснащенных оборудованием СНС, изменена с 60 м. миль (111 км) до 30 м. миль (55.5 км). Во вторых, с 1997 г. введено сокращенное вертикальное эшелонирование в районе Северной Атлантики с 600 м (2000 фут) до 300 м (1000 фут) между эшелонами полета 290 (8840м) и 410 (12500м). В Европейском регионе поэтапное введение норм сокращенного вертикального эшелонирования, между указанными выше эшелонами, началось с 2001г.

СНС и новые возможности технологий в области систем связи, навигации и наблюдения позволят в будущем осуществить идею свободного полета. Идея свободного полета означает оптимизацию маршрута в динамике полета в любой данный момент времени на основе знания точного местоположения ВС и вектора скорости в данном регионе. В этом случае план полета становится простым предварительным заявлением о намерениях.

Эта идея является конечной целью будущей системы воздушной навигации.

В свободном полете бортовые системы ВС рассчитывают и передают диспетчерским службам организации воздушного движения информацию о местоположении и краткосрочных намерениях. Диспетчерские службы выполняют мониторинг удовлетворительного разделения воздушных судов и вмешиваются кратковременно в процесс полета при наличии угрозы опасного сближения или столкновения.

Таким образом, спутниковые навигационные системы рассматриваются как необходимый инструмент для полетов по маршруту, выполнения неточных заходов на посадку, разведения воздушных судов в воздушном пространстве, оптимизации маршрутов и осуществлении идеи свободного полета.

Контрольные вопросы

Какие СНС входят в состав GNSS?

Какая конфигурация расположения спутников в системах GPS и ГЛОНАСС?

Из каких основных сегментов состоит спутниковая навигационная система?

Каким величинам соответствуют точностные характеристики GPS и ГЛОНАСС?

В каком случае Министерство обороны США может воспользоваться своим контролем над GPS?

Как расшифровывается аббревиатура RNP?

Каким величинам соответствуют маршрутные и аэродромные типы RNP?

Какая система функционального дополнения, совместно с СНС, позволит обеспечить выполнение точного захода на посадку?

Каким образом применение СНС позволит изменить существующую структуру маршрутов?

Что означает идея свободного полета?

СИСТЕМЫ КООРДИНАТ

Системы координат, используемые в геодезии

В геодезии используется три системы координат:

• геоцентрическая (привязанная к Земле);

  эллипсоидальная.

В отдельных странах применяются при обработке геодезических измерений эллипсоиды, выведенные по результатам геодезических работ охватывающих территорию данной страны или нескольких стран. Такие “рабочие” эллипсоиды называются референц-эллипсоидами . Система координат, определяемая на таком эллипсоиде, называется местной.

Референц-эллипсоид отличается от общего земного эллипсоида размерами, и центр его не совпадает с центром Земли. Вследствие несовпадения центров референц-эллипсоидов и реальной Земли малая ось референц-эллипсоида не совпадает с осью вращения Земли (рис. 3.1).

эллипсоид

Глобальный

эллипсоид

Рис.3.1. Различия между общеземным эллипсоидом

и референц-эллипсоидом

В качестве основной земной системы координат принята геоцентрическая, привязанная к Земле, пространственная прямоугольная система (X, Y, Z), началом которой является центр массы Земли S (геоцентр, т.е. центр массы, включая массу атмосферы) (рис. 3.2). Ось Z совпадет с осью вращения Земли.

Рис. 3.2. Геоцентрическая прямоугольная система координат (X, Y, Z)

Геоцентрическая система координат используется при определении места воздушного судна при решении соответствующей системы уравнений. Поверхность Земли можно достаточно точно аппроксимировать эллипсоидом вращения со сплюснутыми полюсами. При этом величина отклонений поверхности эллипсоида по высоте от геоида не превышает 100 м.

Эллипсоид вращения получается при вращении меридианного эллипса вокруг его малой оси. Поэтому форма эллипсоида описывается двумя геометрическими параметрами: большой полуосью a и малой полуосью b . Обычно b заменяют параметром сжатия (сплюснутости) эллипсоида:

Для пространственного определения положения точки на физической поверхности Земли (или в пространстве) по отношению к эллипсоиду вращения используют геодезические координаты: φ - широта и λ – долгота, h - высота от поверхности эллипсоида. Высота h над эллипсоидом измеряется вдоль нормали (перпендикуляра) к его поверхности (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Система геодезических координат и высота

Можно отметить тот факт,что в навигации обычно вместо геодезических координат используется понятие географические координаты. Причиной этого является то, что до появления СНС точность определения МВС была такой, что между названными системами координат не было необходимости делать различия.

Системы координат WGS -84 и ПЗ-90

Осуществление навигации невозможно без применения систем координат. При использовании СНС для целей аэронавигации используется геоцентрическая система координат.

В 1994 г. ИКАО в качестве стандарта рекомендовало для всех государств членов ИКАО с 1 января 1998 г. использовать глобальную геодезическую систему координат WGS-84 , т.к. в этой системе координат производится определение местоположения воздушного судна при использовании системы GPS. Причиной этого является то, что применение местных геодезических координат на территории различных государств, а таких систем координат более 200, приводило бы к дополнительной погрешности в определении МВС за счет того, что введенные в приемо-индикатор СНС пункты маршрута принадлежат системе координат, которая отличается от WGS-84.

Центр глобальной системы координат WGS-84 совпадает с центром массы Земли. Ось Z соответствует направлению обычного земного полюса, который перемещается из-за колебательного вращения Земли. Ось X лежит в плоскости экватора на пересечении с плоскостью нулевого (Гринвичского) меридиана. Ось Y лежит в плоскости экватора и отстоит от оси X на 90° (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Определение системы координат WGS-84

В Российской Федерации, в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач при использовании ГЛОНАСС, применяется геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 г.» (ПЗ-90) . Для осуществления геодезических и картографических работ, начиная с 1 мая 2002 г., используется система геодезических координат 1995 г. (СК-95). Переход от геодезической системы координат 1942 г. (СК-42) к СК-95 займет определенный промежуток времени, прежде чем все навигационные пункты на территории России будут переведены в новую систему координат.

Основные параметры рассмотренных выше систем координат, представлены в табл. 3.1 .

Таблица 3.1

Системы координат, применяемые в навигации

Параметр
Большая полуось, м
Малая полуось, м
Смещение от центра массы Земли по оси, м
Ориентирование относительно оси, углов. сек.		ω х
		ω у

Примечание. Значения ∆х, ∆у, ∆ z и ω х , ω у , ω z для ПЗ-90 даны относительно WGS-84, а для СК-95 и СК-42 относительно ПЗ-90.

Из табл. 3.1 видно, что системы координат WGS-84 и ПЗ-90 практически одинаковы. Из этого вытекает, что при полете по маршруту и в районе аэродрома при существующей точности определения МВС не принципиально, в какой системе координат будут определяться навигационные пункты.

В системе координат ПЗ-90 центр (S’) относительно центра WGS-84 (S) имеет смещение по осям X, Y, Z :

ΔX = 2 м, ΔY = 6 м, ΔZ = - 4,5 м,

а, кроме того, смещены и оси Y’ и Z’ относительно осей WGS-84 (Y, Z) на угловые величины:

ω Y = - 0,35’’, ω Z = - 0,11’’.

Ось X в WGS-84 и ось X’ в ПЗ-90 совпадают.

Угловое смещение оси Y’ ПЗ-90 относительно оси Y WGS-84 в 0,35’’ приводит к линейному смещению на поверхности эллипсоида на экваторе в 10,8 м , а смещение оси Z’ по отношению к оси Z в 0,11’’ - 3,4 м . Указанные смещения могут привести к общему (радиальному) смещению точки, расположенной на поверхности ПЗ-90 относительно WGS-84 на 11,3 м.

Контрольные вопросы

Дайте определение референц-эллипсоида?

Для каких целей используется геоцентрическая система координат при использовании СНС?

Какими геометрическими параметрами описывается эллипсоид вращения?

Какая система координат принята в ИКАО в качестве стандарта?

Какая система координат применяется в ГЛОНАСС?

Какие основные параметры характеризуют WGS-84 и ПЗ-90?

Принципиально ли в какой системе координат WGS-84 или ПЗ-90, будут измеряться навигационные пункты при полете по маршруту?

Чему равно радиальное смещение точки на поверхности эллипсоида в системе координат ПЗ-90 относительно WGS-84?

ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОГО СУДНА В СНС

Общие принципы функционирования СНС

Принципы функционирования GNSS сравнительно просты, однако для их реализации используются передовые достижения науки и техники.

Все спутники GPS или ГЛОНАСС являются равноправными в своей системе. Каждый спутник через передающую антенну излучает кодированный сигнал на двух несущих частотах (L1; L2), который может быть принят соответствующим приемником пользователя, находящегося в зоне действия спутника. Передаваемый сигнал содержит следующую информацию:

эфемериды спутников;

коэффициенты моделирования ионосферы;

информация о состоянии спутника;

системное время и уход часов спутника;

информация о дрейфе спутника.

В приемнике бортового оборудования ВС генерируется код, идентичный принимаемому со спутника. При сравнении двух кодов определяется временной сдвиг, который пропорционален дальности до спутника. Принимая одновременно сигналы от нескольких спутников, можно определить местоположение приемника с высокой точностью. Очевидно, что для функционирования системы необходима точная синхронизация кодов, генерируемых на спутниках и в приемниках.

Ключевым фактором, определяющим точность системы, является то, что все составляющие спутникового сигнала точно контролируются атомными часами. Каждый спутник имеет по четыре квантовых генератора, являющихся высокоточными стандартами частоты со стабильностью 10 -13 . Часы приемника менее точны, но их код постоянно сравнивается со спутниковыми часами и вырабатывается поправка, компенсирующая уход.

Наземный сегмент осуществляет контроль за спутниками, выполняет управляющие функции и определяет навигационные параметры спутников. Данные о результатах измерений, выполненных каждой контрольной станцией, обрабатываются на главной станции управления и используются для прогнозирования эфемерид спутников. Там же, на главной станции управления, формируются сигналы для коррекции спутниковых часов.

Местоположение воздушного судна с использованием GPS и ГЛОНАСС определяется в геодезических системах координат, которые могут отличаться от геодезических координат, используемых в бортовых навигационных комплексах.

Физико-технические принципы функционирования СНС.

Общеземной эллипсоид WGS84 - это геодезический эллипсоид с фиксированной геоцентрической общеземной системой координат. Эллипсоид WGS84 задан набором констант и параметрами модели эллипсоида, которые описывают размеры и форму Земли, гравитационное и магнитное поля. WGS84 является стандартным общеземным эллипсоидом, принятым за глобальную координатную систему Департаментом Обороны США, а также системой координат для глобальной системы позиционирования (GPS). Она совместима с Международной Земной Системой Координат (ITRS). В настоящее время WGS84 (G1674) придерживается критериев, описанных в Техническом Пояснении 21 (TN 21) Международной Службы Вращения Земли (IERS). Ответственной организацией является Национальное Управление Геопространственной Разведки США (NGA). Управление (NGA) планирует произвести регулировку координатной системы WGS84 в 2013, чтобы совместить ее с правилами Конвенции 2010 IERS Техническое Пояснение 36 (TN 36).

• Origin (Начало координат): За начало системы координат принят центр масс Земли, включая океаны и атмосферу.
• Z-Axis (Ось Z) : Направлена на опорный полюс, определенный Международной Службой Вращения Земли (IERS Reference Pole). Это направление соответствует направлению на условный полюс Земли (BIH Conventional Terrestrial Pole) (на период 1984.0) с погрешностью 0.005".
• X-Axis (Ось X) : Ось X лежит в плоскости опорного меридиана (IERS Reference Meridian) и проходит через начало координат по нормали к оси Z. Опорный меридиан (IRM) совпадает с нулевым меридианом (BIH Zero Meridian) (на период 1984.0) с погрешностью 0.005".
• Y-Axis (Ось Y) : Дополняет геоцентрическую фиксированнуюя систему ортогональных координат (Earth-Centered Earth-Fixed (ECEF) orthogonal coordinate system) до правой.
• Scale (Масштаб): Ее м асштаб - масштаб структуры Земли согласуется с альтернативной теорией гравитации (relativistic theory of gravitation). Совмещён с ITRS.
• Orientation (Ориентация): Представлена Международным Бюро Времени (Bureau International de l’Heure) на период 1984.0.
• Time Evolution (Временное развитие): Изменение во времени не будет создавать никаких невязок глобального вращения относительно земной коры.

Параметры

WGS84 можно идентифицировать с помощью четырех параметров: большая полуось эллипсоида (semi-major axis) WGS84, коэффициент сжатия (flattening factor) Земли, номинальная средняя угловая скорость (nominal mean angular velocity) Земли, и геоцентрическая гравитационная постоянная (geocentric gravitational constant). Значения параметров представлены в таблице ниже.

Параметр	Обозначение	Значение
Большая полуось (Semi-major Axis)	a
Коэффициент сжатия (Flattening Factor) Земли	1/f
Номинальная средняя угловая скорость (Nominal Mean Angular Velocity)	ω	7292115 10 -11 радиан/сек
Геоцентрическая гравитационная постоянная (Geocentric Gravitational Constant)	GM	3986004.418 10 8 м 3 /сек 2

Значение GM включает массу атмосферы Земли. Пользователи глобальной системы позиционирования (GPS) должны помнить первоначальное значение WGS84 GM равное 3986005.0 10 8 м3 /сек 2 , которое определено в контрольном документе GPS (ICD-GPS-200) и в Техническом отчете 8350.2 NIMA (Technical Report).

Реализации WGS84

База данных международной ассоциации производителей нефти и газа (EPSG database) и вебсайт NGS используют в названии "WGS 84" пробел между "WGS" и "84". База данных EPSG не содержит никаких особых реализаций эллипсоида WGS84.

Geog 2D Code	Код эллипсоида	Краткое название	Эпоха эллипсоида	Код района	Название района	Примечание	Смещение
4326	6326	WGS84	1984	1262	Всемирный (World)	Первая реализация установленная Министерством обороны США в 1987 используя доплеровские наблюдения. Также известен как WGS84 (1987), WGS84 (original), WGS84 (TRANSIT). Для научных целей, первоначальный WGS84 является идентичным NAD83 (1986). WGS84 связан с ITRF90 с помощью 7 параметров перехода по Хельмерту (Helmert).	нет
		WGS84 (G730)	1994.0			Реализация представлена Министерством обороны США от 29 июня 1994 основана на GPS наблюдениях. Буква G обозначает "GPS", а 730 - это номер недели GPS. Основан на ITRF91.	0.70 м
		WGS84 (G873)	1997.0			Реализация представлена Министерством обороны США от 29 января 1997 основана на GPS наблюдениях. Буква G обозначает "GPS", а 873 - это номер недели GPS. Основан на ITRF94.	0.20 м
		WGS84 (G1150)	2001.0			Реализация представлена Министерством обороны США от 20 января 2002 основана на GPS наблюдениях. Буква G обозначает "GPS", а 1150 - это номер недели GPS. Основан на ITRF2000.	0.06 м
		WGS84 (G1674)	2005.0			Реализация представлена Министерством обороны США от 08 февраля 2012 основана на GPS наблюдениях. Буква G обозначает "GPS", а 1674 - это номер недели GPS. Основан на ITRF2008.	0.01 м

Параметры трансформации

Ниже представлены параметры перехода между WGS84 (G1674) и предыдущими реализациями WGS84, а также некоторыми реализациями ITRF.

Параметры перехода между различными реализациями ITRF можно найти в файле .

Переход от	Переход к	Эпоха	T1 м	T2 м	T3 м	D ppb	R1 mas	R2 mas	R3 mas	Точность м
		2001.0	-0.0047	+0.0119	+0.0156	+4.72	+0.52	+0.01	+0.19	0.0059
ITRF2008	WGS84 (G1674)	2005.0	0	0	0	0	0	0	0	0.10
ITRF2000	WGS84 (G1150)	2001.0	0	0	0	0	0	0	0	0.10
ITRF94	WGS84 (G873)	1997.0	0	0	0	0	0	0	0	0.10
ITRF91	WGS84 (G730)	1994.0	0	0	0	0	0	0	0	0.10
ITRF90	WGS84 (original)	1984.0	+0.060	-0.517	-0.223	-11.0	+18.3	-0.3	+7.0	0.01

Направление вращения системы координат по часовой стрелке. Единицы измерения: м (метры), mas (угловых миллисекунд) и ppb (частей на миллиард).
1 mas = 0.001 " = 2.77778 e -7 градуса = 4.84814 e -9 радиан. 0.001 " приблизительно равна 0.030 м на поверхности Земли.

WGS84 и ITRF

Вообще ITRS (и её реализации ITRFyy) идентичны WGS84 в пределах одного метра. При этом есть два типа реализации WGS84.

• Старая реализация, основанная на навигационной спутниковой системе ВМС США, также известная как доплеровская система "Транзит" (DOPPLER Transit), и обеспечивающая координаты станций с точностью приблизительно в один метр.
  Что касается этой реализации, то Международной Службой Вращения Земли (International Earth Rotation Service) опубликованы параметры трансформации между ITRF90 и этой доплеровской системой в файле: WGS84.TXT .
• Обновленные реализации WGS84, основанные на данных GPS, такие как G730, G873 и G1150. Эти обновленные реализации WGS84 совпадают с ITRF с 10-сантиметровом уровнем точности.
  Для этих реализаций нет официально опубликованных параметров трансформации. Это означает, что координаты ITRF также могут быть выражены в WGS84 с уровнем точности 10 см.

Комитет производителей нефти и газа (OGP Surveying & Positioning Committee) рекомендует в своей пояснительной записке №4 (Guidance note 4) : "В качестве опорной геодезической системы для целей съёмки и позиционирования в реальном режиме времени использовать международную земную систему отсчета (ITRF)", в случае когда опубликованные значения параметров перехода позволяют трансформировать координаты с точностью хуже чем один метр - придерживаться старой формулировки "от местной системы координат к WGS84", и использовать новую формулировку "от местной системы координат к ITRFyy на эпоху yyyy.y" когда опубликованные значения параметров перехода обеспечивают субметровую точность.

WGS84, ITRF и NAD83

Исходная реализация WGS84 в значительной степени согласуется с NAD83 (1986). Последующие реализации WGS84, однако, приблизительно совпадают с реализациями ITRS.

Североамериканская система координат (North American Datum) от 1983 года (NAD83) используется на всей территории Северной Америки, за исключением Мексики. Эта система координат реализована на территории США и Аляски (Североамериканская плита) посредством Национальных референцных станций (National CORS), которые предоставляют основу для получения строгих параметров перехода между реализациями ITRF и NAD83, а также для бесчисленного количества научных работ.

Начиная с ноября 2011 года, сеть референцных станций (CORS) насчитывает свыше 1800 станций, на них работает более 200 различных организаций, и сеть продолжает расширяться. Самая свежая реализация системы NAD83 имеет техническое название NAD83 (2011/PA11/MA11) эпоха 2010.00, и образует структуру для определения Национальной пространственной системы координат (NSRS). В Канаде система NAD83 также контролируется посредством Канадской системы активного управления (Canadian Active Control System). Таким образом, за контроль и обслуживание системы NAD83 отвечают две организации Национальная геодезическая служба США (NGS), http://www.ngs.noaa.gov , и Министерство природных ресурсов Канады (NRCan), http://www.nrcan.gc.ca .

Мексиканская система координат от 1993 (Mexican Datum of 1993)

Национальный институт статистики и географии Мексики (INEGI), http://www.inegi.org.mx , Федеральное агенство, ответственное за геодезию и картографию в стране, приняли за свою геодезическую основу геоцентрическую систему координат ITRF92, на эпоху 1988.0. Реализация данной системы достигается посредством сети из 14 станций стационарных GPS приёмников Национальной геодезической сети (RGNA). Недавно за новую основу мексиканской системы координат была принята система ITRF2008, на эпоху 2010.0.

WGS84, ITRF и SIRGAS

Геоцентрическая референцная система Америки от 1995 года (SIRGAS 1995) была утверждена для использования на всём континенте Южной Америки в области геодезии и картографии. Большинство стран Южной Америки и стран Карибского бассейна принимали участие в этом предприятии, при этом использовалось 58 референцных станций, которые позже были распространены на территорию Центральной и Северной Америки. За начальную систему координат была принята ITRF94, на эпоху 1995.42. Геоцентрическая референцная система Америки от 2000 года (SIRGAS 2000) была реализована посредством наблюдений на сети из 184 станций в 2000 году и была установлена система ITRF2000, на эпоху 2000.40. Система координат SIRGAS 2000 включает привязку к уровенным постам и заменяет предыдущую систему SIRGAS 1995, использующуюся только в Южной Америке на систему координат SIRGAS, покрывающую также и Центральную Америку. Название было изменено в 2001 году для использования на всей территории Латинской Америки. В Интернете существует несколько страниц с информацией о системе координат SIRGAS, например: http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/sirgas .

WGS84, ITRF и ETRS89

Европейская земная система координат ETRS89 базируется на Международной системе отсчёта ITRF89, на эпоху 1989.0 и отслеживается посредством сети из приблизительно 250 постоянно действующих станций Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), известной как Европейская постоянно действующая референцная сеть (EPN). За обслуживание Европейской земной системы координат (ETRS89) отвечает подкомитет Международной геодезической ассоциации европейской референцной системы (IAG Sub-commission EUREF). Подробнее об этой системе можно узнать в Интернете на сайте: http://www.euref.eu . Центральное Бюро референцной сети (EPN) расположена в Королевской обсерватории в Бельгии (Royal Observatory of Belgium), http://www.epncb.oma.be .

WGS84, ITRF и GDA94

Геоцентрическая система координат Австралии от 1994 года (GDA94) изначально была отнесена к международной геодезической системе координат ITRF92, на эпоху 1994.0. Система GDA94 контролируется посредством австралийской региональной ГНСС сети (ARGN), включающей 15 постоянно действующих GPS станций на территории Австралии, а также с помощью 8 станций в Австралии, известных как австралийская основная сеть (AFN). Ответственной организацией за мониторинг системы GDA94 является австралийское агенство геофизических исследований (Geoscience Australia), http://www.auslig.gov.au .

Ссылки

• WGS84 (G730), (G873) и (G1150) - http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Articles
• ITRF94, ITRF96, ITRF97, ITRF2000, ITRF2005 и ITRF2008 -

Комментариев — 2

Как неоднократно упоминалось в других статьях, одна и та же точка земной поверхности имеет разные координаты в разных системах координат. Так как для территории России наиболее актуальными на текущий момент являются системы координат WGS 1984 и СК42 остановимся на сравнение координат в этих двух системах. В предыдущих статьях было показано, что эта разница может составлять порядка 140м в Калиниградской области или 100м на Урале. Логично ожидать, что разница зависит от региона где производится сравнение.

Цель данной статьи - провести масштабную оценку разницы между измерениями в двух системах координат и определить характер распределения этого параметра. В качестве параметра сравнения выбрано расстояние между точкой в системе координат WGS84 и этой же точкой в системе координат СК42. Для того, что бы избежать проекционных искажений расстояние расчитывается как длина дуги большого круга.

Данная статья НЕ ставит целью выяснение какая система координат точнее или какой набор параметров перехода следует использовать для пересчета. Ответы на эти вопросы следует искать в других статьях.

Результаты

Все преобразования 3-х параметрические. Все результаты вычислений можно скачать в виде shapefile .

Тест 1

Параметры трансформации: dx = 28, dy = -130, dz = -95 World Geodetic System 1984. NIMA, 2000 >>>

Минимальное расстояние: 1.05506, Максимальное расстояние: 165.88456

Результат сохранен в поле pulnima3 в результирующем shapefile.

Сравнение двух расчетов

Интересным является также пространственное распределение разницы между этими двумя расчетами. Часто возникает вопрос, на сколько мои расчеты будут различаться, если я сделаю их с двумя разными наборами параметров (например набором NIMA и набором по ГОСТу).

Результаты вычисления разницы содержатся в поле Diff результирующего shape-файла, присоединенного по универсальному идентификатору с рассчета расстояния между точками в Pulkovo-NIMA и Pulkovo-GOST. Приведем иллюстрацию расстояния между ними:

Таким образом, если мы пересчитаем наш набор данных с одним и другим набором параметров, то его отличие от другого может составить до 18.5 метров, разница, как следовало ожидать, зависит от региона, но практически для всей территории России она превышает 15 метров.

Дополнительные источники ошибок

Результаты данного эксперимента могут быть улучшены за счёт учета следующих факторов:

1. Расчет расстояния между точками как длины дуги эллипсоида, а не сферы.
2. Использования других наборов параметров трансформации (например 7-параметрических).

Несмотря на перечисленные выше факторы вряд ли стоит ожидать значительного изменения результатов расчетов при их учете. Мы планируем включить эти параметры в наши расчеты и опубликовать их в будущих версиях этой статьи.

Выводы

Как и следовало ожидать, разница между координатами в двух системах неодинакова и меняется в пределах от 0 до 170 метров (в зависимости от того как расчитывается эта разница). Области максимального соответствия двух систем координат находятся в Центральном Китае и Чили, в этих областях разница между точками в разных системах координат минимальна.

Обсудить в форуме

Конвертер систем координат

Конвертер координат МСК, СК-42/63, ПЗ-90, WGS-84

		-- Выбор системы координат --
0.00 X ↔ Y		0.00 X ↔ Y

Хотите пересчитать координаты из одной системы координат в другую?

Здесь Вы сможете преобразовать координаты точек из используемых в России местных систем координат (СК) в мировые или наоборот, а также из одной местной СК в другую местную. Пересчитать за один раз можно как одну точку, так и целыми контурами.

Необходимость пересчета возникает, например, при определении положения точки на публичной кадастровой карте, которая работает в мировой системе координат WGS-84 (проекция Меркатора), другие картографические сервисы также используют WGS-84 (долготу и широту): Google.Maps, Яндекс.Карты, OpenStreet и др.

Инструкция:

Выберите из выпадающих список слева исходную систему координат, справа - целевую систему координат. Введите координаты в левое текстовое поле. Вводите в одной строке по одной точке (пункту), координаты отделяйте друг от друга в строке: Tab, точкой с запятой, пробелом, либо запятой. Целую часть от дробной - точкой, либо запятой (если она не использована в качестве разделителя). При вводе долготы и широты вводите значения в градусах и десятичных долях градусов, отделяя целую часть от дробной точкой. Нажмите на кнопку Конвертировать . Вы можете менять направление конвертации с помощью кнопки . Для очистки текстовых полей нажмите кнопку Очистить .

Совет: Вы можете открыть программу серии и выделить всю таблицу с координатами, нажать на кнопку Копировать в программе, а затем вставить эту информацию в левое поле конвертера, нажать кнопку Конвертировать .

Внимание: конвертер "внутри" работает в математической системе координат, поэтому если Вы конвертируете из геодезической системы координат (местные СК), то поставьте галочку X ↔ Y в левой части. Если Вы конвертируете из мировой СК, например, WGS 84, то такую галочку ставить не нужно, так как эта система математическая. Для получения на выходе координат в нужной последовательности, используйте галочку X ↔ Y в правой части. Вы можете округлить координаты до сотых: как до конвертации - левая галочка 0.00, так и после - правая галочка 0.00.

Внимание: при большом количестве точек пересчет может занять некоторое время. Если операция выполняется слишком длительно, то обновите страницу клавишей F5. Конвертируйте меньшее количество информации за один раз.

Сервис работает бесплатно. Количество конвертируемых точек не ограничено.

Сервис работает бесплатно, но Вы можете нас отблагодарить:

• Поделитесь ссылкой в социальных сетях
• Напишите на форумах об этом сервисе
• Расскажите коллегам о существовании этого сервиса
• Напишите отзыв на

В порядке обсуждения.

Одна из составляющих ошибок спутниковых сетей - ошибка трансформации полевых данных из геоцентрической СК (WGS-84), в которой выполняются измерения, в референцную СК (СК-95, СК-42, СК-63, МСК…), где вычисляются окончательные координаты пунктов сети.
Официальные параметры связи WGS-84 и СК-42, указанные в ГОСТ Р 51794-2008, относятся к району Пулково (началу СК-42). По мере удаления, в СК-42 идет накопление ошибок сдвига, которые в районах Сибири и Дальнего Востока могут достигать нескольких метров. То есть, локальные параметры в различных регионах, могут существенно отличаться от официально известных.
Для определения (вычисления) локальных параметров связи нужны координаты 4-5 пунктов, известные в двух системах. И если одни координаты (СК-42, СК-63, МСК…) можно получить официальным путем, то точные координаты пунктов на основе WGS-84, как правило, не известны. Обычно их получают из спутниковых измерений, где сеть вычисляется от одного пункта, координаты которого в WGS-84 получены как навигационные (автономно, с использованием бортовых эфемерид спутников). Ошибка определения таких координат (сдвижка по X, Y) может быть 2-3 метра и более. Если те же самые пункты отнаблюдать в другое время, или в том же районе взять другую группу пунктов, то будут получены иные значения координат в WGS-84.
Следовательно, таким путём получить точные координаты в WGS-84 и, соответственно, точные параметры связи не получится. И чем меньше расстояние между пунктами "калибровки" локализации, тем грубее определяются параметры связи между системами.
Однако, в конечном счёте, нам важна не сама точность определения координат пунктов в WGS-84, а то, насколько ошибки определения параметров отразятся на точности преобразования векторов из WGS-84 в СК-42 (и другие СК, основанные на эллипсоиде Красовского)?
Так ли это важно – всякий раз определять локальные параметры связи? Например, работая в Европейской части России, где удаление от Пулково не столь велико, где СК-42 ещё не подверглась большим искажениям и эти искажения соизмеримы с ошибками автономного определения координат в WGS-84? Ведь от автономных координат (с ошибкой в несколько метров) параметры точнее получить не удастся.
Не лучше ли по ГОСТовским параметрам пересчитать координаты исходных пунктов в WGS-84, и использовать для первичной обработки спутниковых измерений?
Или сразу, используя ГОСТовские параметры, настроить программу на работу в СК-42 (СК-63, МСК…)? Это уж кому как удобнее и кто в каком ПО работает.

Когда-то, начиная свои спутниковые измерения, каждый раз выполнял локализацию. Со временем набралось несколько десятков пунктов, которые удалось объединить в единую сеть и получить уточненные параметры связи по большому числу пунктов и на большую площадь. Сравнивая приращения векторов, преобразованные из WGS в МСК по уточнённым и локальным параметрам, убедился в отсутствии существенной разницы. Из-за разворота может несколько различаться величина приращений, но длина проекции вектора на плоскость МСК практически не меняется. То же самое получалось при сравнении приращений векторов полученных по уточнённым и по ГОСТовским параметрам.
И это в местах, где локальные ошибки СК-42 достигали 10 метров.
Ошибка вычисления приращений векторов в разы меньше, чем ошибка взаимного положения пунктов ГГС.
После уравнивания на пункты ГГС невязки приращений разбрасываются, и окончательные координаты определяемых пунктов в том и другом варианте отличаются в первых миллиметрах.

Я вовсе не хочу сказать, что всегда и везде нужно применять именно ГОСТовские параметры связи между СК. Это, наверное, не приемлемо для длинных векторов или для обработки классных сетей. Но в топографических работах, когда исходных пунктов недостаточно для определения локальных параметров, вполне можно использовать ГОСТовские. Сеть с достаточным контролем может опираться всего на 2-3 исходных пункта.

Все желающие могут выполнить эксперимент без выхода в поле. На своём отработанном проекте, где ранее были определены параметры связи между WGS-84 и СК-42 путём локализации, заменить локальные параметры на ГОСТовские и заново обработать измерения (перед обработкой не забыть отредактировать координаты исходных пунктов – могут измениться после замены параметров связи).
Сравнить координаты определяемых пунктов из двух вариантов и огласить полученные расхождения "в студии". Было бы интересно.