Местные системы координат

В историческом прошлом имели привязку к той местности исследований, в которых исполняли топографические съемки для составления карт. Для выполнения этих работ требовалось сделать выбор начальной точки отсчета и ориентирования ее относительно какого-то характерного направления, например на север по компасу. Или это могли быть направления на удаленные точки с предполагаемой долговременной сохранностью. И уже относительно этого исходного направления, которое и можно считать началом системы координат фиксировать все объекты на поверхности. В разных регионах, странах выбирались разные системы ориентирования, и все результаты работ разнились между собой.

Начиная с XVII века, у геодезистов всех стран возникает потребность в объединении или выработке единых системы координат, мер измерений и геодезических принципов выполнения работ. К тому времени изобретаются зрительная труба Галилео, способ триангуляции Снелиусса. Возникают задачи по организации закрепления опорных геодезических пунктов. На основании геодезических измерений и вычислительной обработки получали опорные сети из пунктов с координатами на них в единой системе отсчета. К 1864 году в ряде стран Европы были построены триангуляционные сети. С ней была соединена часть триангуляции, проходящей по территории России.

Начало системы отсчета в России

Было заложено еще в XIX веке и в это же время намечена первая программа по развитию единой геодезической сети по всему государству руководителем военных топографов Померанцевым И.И., которая не смогла быть завершенной. Наиболее развитым регионом России в начале XX века в плане геодезических сетей считался район Донецкого каменноугольного бассейна. С 1910 по 1917 годы на его территории по инициативе профессора Баумана В.И. была создана опорная геодезическая сеть в новом на тот момент промышленном районе.       Это было связано, в том числе и для маркшейдерского обеспечения горнодобывающей промышленности. Но так сложилось в нашем государстве, что из-за исторических событий, протяженной территории до середины 40-х годов XX столетия имела место не связанность координат геодезических пунктов. По сути, применялись разные системы отсчета, которые можно назвать местными системами координат (МСК).

На европейской территории страны к 1932 году было закончено уравнивание государственной сети, начатой по программе ее строительства с 1928 года. Появилась система координат СК-32, которая получила развитие в Западной Сибири, на территории Казахстана и получила наименование «Пулковская». 

В дальневосточном районе и восточносибирском регионах с 1934 года развивалась отдельные геодезические сети, снова можно сказать в местной системе координат. К таким относятся Свободненская, Алданская, Хабаровская системы. Соединив в 1936 году Пулковскую и Свободненскую системы отсчета через геодезические пункты в районе Красноярска были получены фактические плановые невязки со значениями:

• Δx= -270м;
• Δy= +790м.

При развитии государственного геодезического обоснования в среднеазиатском регионе применялась Ташкентская местная система, на камчатском полуострове – Петропавловская, в северо-восточном округе – Магаданская местные системы координат. Абсолютные высотные координаты также исходили от различных уровенных поверхностей, рядом соседствующих с ними морей от Балтийского до Японского, а также Черного, Каспийского и Охотского.

Переход от МСК к общей государственной системе и обратно

Отклонения в координатах пунктов в Пулковской и Свободненской системах на величину почти 800 метров даже на значительные расстояния в 7000 км привели к определенным предположениям. Выводы о несоответствии принятых параметров эллипсоида Бесселя, определенных в 1841году, фактическим размерам Земли, в дальнейшем подтвердились. По новым расчетам референц-эллипсоида Красовского расхождение в значениях большой полуоси с эллипсоидом Бесселя составило 845м. После уравнивания всех включенных пунктов астрономо-геодезической сети от Пулкова до Дальнего Востока была создана единая государственная система координат 1942 года (СК-42).

На основе общегосударственной СК-42 в 1963 году была создана, новая распространенная по всей территории страны система координат (СК-63). В это время происходил качественный технологический космический скачок, после запусков первых искусственных спутников земли. Предположительно СК-63 возникла со специальными искажениями относительно СК-42 в разных регионах по разным параметрам с целью дополнительной секретности. Хотя характер секретности с появлением новой СК-63 почти не изменился. Может быть, даже информационные данные стали более доступны, в том числе для геодезистов и картографов. Полностью засекреченным, конечно, был алгоритм ее построения. Система координат 1963 года была выстроена блоками, охватывая все пространство страны. То есть практически каждый блок можно было считать местной системой отсчета.

Самое удивительное, что произошло в дальнейшем с СК-63. Изначально ее появление считалось как возникновение новой государственной системы координат, но в то же время на базе геодезических пунктов СК-42 со всеми ее погрешностями. Так как она создавалась с применением пересчета из СК-42 с угловыми разворотами и линейными смещениями по сетки координат для каждой зоны, на краях каждой из которых возможны наложения. Таким образом, ее можно характеризовать и как совокупность местных систем координат, соединенных между собой.

Дополнительно к этому следует отметить, что СК-63 все-таки не проекция Гаусса-Крюгера и способы редуцирования и определения поправок за эту составляющую в ней не оговорены. Но самое интересное, что вроде бы всегда стремились к наибольшему набору, охвату точек и полигонов в геодезических сетях, их уравнивания, для определения параметров Земли, возможностью определять координаты в любой точке земной поверхности и установления единых систем координат. В СК-63 произошло все до наоборот. Наверное, в первую очередь из-за режима секретности. А с другой стороны возможно изначальное ее предназначение состояло в использовании для территорий ограниченных площадью в пять тысяч квадратных километров в пределах разных субъектов государства.

Отсюда следует определенный вывод, что местной системой координат можно считать любую условную систему отсчета в пределах ограниченной местности с обязательной привязкой координатной сетки через параметры перехода, так называемые «ключи». При невыполнении этого требования такая система считается условной. Очень часто условные системы используют при небольших одиночных объектах строительства в городской черте. МСК предусмотрена для ведения топографических работ, межевании земельных участков, ведении кадастрового учета в регионах.

Современная ситуация с МСК

Практическая ситуация с геодезическим хозяйством страны со времен СССР и развитием регионов привела к ситуации использования СК-63 как местной системы для составления крупномасштабных карт, генеральных планов в городах в управлениях архитектуры и землеустройства. В 1988 году вроде бы использование ее было отменено. Но в связи с наличием больших архивных фондов топографических планов и из-за того, что ничего не было предложено взамен СК-63 еще долгое время используется. Уже в другой стране все это наследие привело к идее создания местных систем координат для каждого региона. Что и реализовалось с 2000-х годов на практике.

В России инициатива по установлению местных систем координат принадлежит исполнительным органам федеральной и региональной властей. С 2007 года в каждом регионе разрабатываются и принимаются программы по внедрению автоматизации земельного кадастра, реестра недвижимости и положения о МСК.

Утвержденное положение считается основным документом, устанавливающим МСК. В нем, как правило, содержатся все необходимые сведения для трансформирования систем координат с применением определенных алгоритмов, заложенных в ГОСТ Р 51794-2001 «Системы координат» методами преобразований для перехода:

• из общеземной СК WGS-84 (ПЗ-90) в МСК и обратно;
• из общегосударственной СК-95 снова к МСК и также обратно.

В «Положениях о МСК», как правило, указываются:

• номенклатурные номера всех листов карт в масштабе 1:100000, на которых формируется МСК;
• общая площадь ею охватываемой местности;
• параметры преобразований, так называемые «ключи перехода», от государственной геоцентрической (ПЗ-90) к местным СК. В них входят семь величин: сдвиги по осям X,Y,Z (Δx, Δу, Δz), углы вращения вокруг осей X,Y,Z (Wx, Wy, Wz), масштабный коэффициент.
• параметры перехода от общегосударственной СК-95 к местной СК, также в количестве семи параметров;
• среднеквадратические погрешности преобразования плановых координат и СКП высотных отметок;
• параметры математической поверхности в МСК, в качестве которой принимают эллипсоид Красовского со значениями сжатия равного 1/298,3 и большой полуоси 6378245м;
• параметры проекции Гаусса для вычисления плоских координат в МСК. К ним относятся сдвиги МСК по осям абсцисс (X), ординат (Y), масштабный коэффициент на принятом осевом меридиане и значение долготы осевого меридиана;
• списки всех геодезических пунктов соответственно в плоской МСК с прямоугольными координатами и пространственной МСК с геодезическими координатами.

МСК в регионах устанавливаются для производства всех геодезических работ на своих территориях:

• топографических;
• изыскательских;
• строительных;
• землеустроительных;
• кадастровых;
• при эксплуатации уникальных сооружений;
• других специальных работ.