Вторая группа - это те системы и производственные операции, в которых спутниковая навигационная информация используется непосредственно в системах управления и обеспечения безопасности движения объектов железнодорожного транспорта. Для таких функциональных приложений требуется навигация с точностью определения положения объекта подвижного состава до конкретного рельсового пути, что соответствует точности позиционирования (СКП) 0,33 м.
Третья группа - это системы обеспечения контроля путевого хозяйства и путевого строительства, которые требуют "сантиметровой/миллиметровой" точности определения местоположения. Технически это возможно только в случае совместного использования сигналов систем ГJIOHACC/GPS/ГАЛИЛЕО с данными систем дифференциальной коррекции (дифференциальными поправками) с использованием спутниковых широкозонных или наземных локальных (региональных) дифференциальных дополнений. Сводные данные к требуемым точностям позиционирования по направлениям деятельности хозяйств и служб ОАО "РЖД", определяемые действующими нормативно-техническими документами, приведены ниже в табл. 2.8.
Таблица 2.8. Технические требования потребителей к точности определения места
Область (виды) применения координатной информации | Объекты, требующие координатного определения | Требования по точности определения местоположения | Требования к надёжности определения местоположения | Основные нормативно-технические источники |
| 1. Инженерно-геодезические изыскания для строительства новых и капитального ремонта действующих железных дорог | Пункты специальной геодезической сети (СГС) | СКП взаимного положения пунктов СГС не должна превышать 2...3 см в плане | Предельные погрешности, равные 5 см, не должны превышаться на  % | 1. Инструкция по топографической съёмке в масштабах 1:5000-1:500. ГКИНП-02-033-82.2. Свод правил СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства.3. Richtlinie DB 883.0031. Fahrbahnen abstecken (Руководство по полевому трассированию). |
| Чёткие объекты (элементы) местности | СКП определения чётких объектов местности относительно пунктов СГС не должна превышать 0,4...0,5 мм на топографическом плане. | Предельные погрешности, равные 0,8 мм в масштабе плана не должны превышаться на %. | ||
| Рельеф местности | СКП изображения рельефа горизонталями не более 1/4 от принятого сечения рельефа | Предельные погрешности, равные 1/2 от принятого сечения рельефа, не должны превышаться на % | ||
| 2. Полевое трассирование (перенос проекта в натуру) | Основные элементы рельсовой колеи, стрелочных переводов и т.п. | СКП переноса элементов рельсовой колеи не должны превышать 1,5 см в продольном направлении 0,25 см в поперечном направлении относительно пунктов СГС | Удвоенные СКП не должны превышаться на  % | |
| 3. Контроль геометрических параметров рельсовой колеи с помощью путеизмерительных средств для вычисления установочных данных для выправки пути | Каркасные пункты СРС | СКП положения пункта - 25 мм;СКП взаимного положения - 5 мм в плане | Удвоенные СКП не должны превышаться на  % | Специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в профиле и плане.Технические требования, утверждённые МПС России 26 марта 1998 г. |
| Главные и промежуточные (рядовые) пункты СРС | СКП взаимного положения пунктов через 10 км - 15 мм в плане;через 500 м - 4 мм в плане;через 500 м - 2,5 мм по высоте | |||
| Рабочие пункты СРС | СКП взаимного положения - 2,5 мм в плане и - 1,5 мм по высоте | |||
| Геометрическиехарактеристики рельсовой колеи | Относительные СКП определения отклонений оси пути от заданного положения не должны превышать 0,04 мм/м в плане и 0,03 мм/м по высоте | При использовании путеизмерительного вагона и тележки, для повышения надёжности и точности, с применением спутниковых приёмников и спутниково-инерциальных систем на практике производят избыточные измерения с таким расчётом, чтобы съём информации производился каждые 20...25 см пути. | Материалы обоснования инвестиций в строительство высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Санкт-Петербург. Инженерно-геодезические изыскания. РЖДП-077/03-008. | |
| 4. Содержание земляного полотна | Элементы земляного полотна, водоотводных, укрепительных защитных сооружений | Требования к видам, периодичности, сроки и порядок осуществления надзора за земляным полотном установлены Инструкцией по содержанию земляного полотна. Определён каталог дефектов земляного полотна. Цифровая модель земляного полотна составляется на основе выполнения специальных периодических съёмок с использованием спутниковых, аэрокосмических, бортовых и наземных методов съёмки, в том числе с использованием радиолокаторов. По точности цифровая модель земляного полотна соответствует точности масштаба 1:1000 | Для укрепления устойчивости земляного полотна на каждой дистанции пути утверждается перечень видов деятельности по содержанию земляного полотна, рассчитанный на полное устранение деформаций. | Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути. Утверждена МПС России 30.03.1998 г. ЦП-544. |
| 5. Содержание искусственных сооружений | Элементы искусственных сооружений (мостов, путепроводов, эстакад, виадуков, тоннелей, водопропускных труб, лотков, галерей, селеспусков и т.д.) | Требования к видам, периодичности, сроки и порядок осуществления надзора за искусственными сооружениями установлены Инструкцией по содержанию искусственных сооружений. Цифровая модель искусственных сооружений составляется на основе инструментальных периодических съёмок с использованием спутниковых приёмников, лазерных сканирующих систем, высокоточных электронных тахеометров-автоматов, геотехнических датчиков. Для оперативного наблюдения динамических свойств наиболее важных и ответственных объектов должна быть обеспечена высокая точность измерения пространственных данных в мм и см диапазоне в режиме реального времени. | Надёжность надзора за искусственными сооружениями обеспечивается автоматизированной системой, создаваемой для постоянного наблюдения за искусственными сооружениями. | Инструкция по содержанию искусственных сооружений. Утверждена МПС России 28.12.1998 г. ЦП-628 |
| 6. Межевание полосы отвода железной дороги | Межевые знаки полос отвода железной дороги | СКП положения межевых знаков относительно пунктов СГС должна быть не более 10 см (0,1 мм на плане масштаба 1:1000) | Надёжность полученных результатов контролируется на основе установленной процедуры межевания земель | Инструкция по межеванию земель. Утверждена Роскомземом 18 апреля 1996 г.Основные положения об опорной межевой сети. Утверждены Росземкадастром 15 апреля 2002 г. |
| 7. Обеспечение безопасности железнодорожного движения | Подвижные средства, специальные подвижные средства | В соответствии с требованиями безопасности СКП определения местоположения поезда должна составлять <0,5 м (для распознавания пути, на котором находится поезд), эксплуатационная готовность - 99,98 % и длительность тревожного состояния (ТТА) - 1 с. | Для обеспечения надежности определения местоположения поезда в СДКМ ГЛОНАСС и ГАЛИЛЕО создаются сервисы по повышению надёжности спутниковой навигации на железных дорогах. | Проект "ГАЛИЛЕО для железных дорог" |
В части характеристик доступности данных спутниковых навигационных определений для систем железнодорожного транспорта требуемое значение соответствует 0,98-0,99 во всех условиях, включая железнодорожные операции на территории предприятий и в городах с высотной застройкой, операции в глубоких карьерах и на перегонах в глубоких выемках.
Для обеспечения устойчивости функционирования и повышения точности позиционирования на подвижных объектах железнодорожного транспорта необходимо внедрять мультисистемную ГЛОНАСС/GPS, а в перспективе - ГЛОНАСС/GPS/ГАЛИЛЕО навигационную аппаратуру с корректирующими поправками, получаемыми с помощью спутниковой широкозонной системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ). Сантиметровый и более высокий уровень точности может быть достигнут с использованием локальных дифференциальных подсистем.
2.2.6. Требования в интересах геодезического обеспечения территории России
Требования к радионавигационным системам в интересах геодезического обеспечения задаются так, чтобы обеспечивались точности измеряемых параметров, необходимые при проведении геодезических и картографических работ. Координатная основа Российской Федерации представлена референцией системой координат, реализованной в виде государственной геодезической сети, закрепляющей систему координат на территории страны, государственной нивелирной сети, распространяющей на всю территорию страны систему нормальных высот (Балтийская система, исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока; ГОСТ Р 51794-2008).
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, начиная с 1 июля 2002 года, принята единая государственная система геодезических координат 1995 года (СК-95). Единая система геодезических координат 1942 года (СК-42), введенная постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 года N 760, заменяется СК-95.
За отсчетную поверхность в СК-95 принята поверхность референц-эллипсоида Красовского с параметрами: большая полуось - 6378245 м; сжатие - 1:298,3. Значения координат пункта государственной геодезической сети Пулково и ЦКЗ (центр круглого зала), в системах СК-95 и СК-42 совпадают.
Положение пунктов в принятой системе координат задается следующими координатами:
- пространственными прямоугольными координатами X, Y, Z (направление оси Z совпадает с осью вращения отсчетного эллипсоида, ось X лежит в плоскости начального меридиана и направлена в точку пересечения начального меридиана и экватора, а ось Y дополняет систему до правой; началом системы координат является центр отсчетного эллипсоида);
- геодезическими координатами: широтой - В, долготой - L, высотой - Н;
- плоскими прямоугольными координатами х и у, вычисляемыми в проекции Гаусса-Крюгера.
Геодезическая высота Н образуется как сумма нормальной высоты и высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом, а высота квазигеоида вычисляются над эллипсоидом Красовского.
Система координат 1995 года строго согласована с государственными геоцентрическими системами координат из документов "Параметры Земли 1990 года" и ПЗ-90.02.
Точность СК-95 характеризуется следующими среднеквадратическими погрешностями (СКП) взаимного положения пунктов по каждой из плановых координат:
- 2...4 см - для смежных пунктов АГС; 0,3...0,8 м - при расстояниях от 1 до 9 тысяч км.
Точность определения нормальных высот, в зависимости от метода их определения, характеризуется следующими среднеквадратическими погрешностями:
- 6...10 см - в среднем по стране из уравнивания нивелирных сетей I и II классов;
- 0,2...0,3 м - из астрономо-геодезических определений при создании АГС.
Точность определения превышений высот квазигеоида астрономо-гравиметрическим методом характеризуется следующими среднеквадратическими погрешностями:
- 6...9 см - при расстояниях 10...20 км;
- 0,3...0,5 м - при расстоянии 1000 км.
Система координат СК-95 отличается от системы координат СК-42:
- повышением точности передачи координат на расстояния свыше 1000 км в 10... 15 раз и точности взаимного положения смежных пунктов в государственной геодезической сети в среднем в 2...3 раза;
- одинаковой точностью распространения системы координат для всей территории Российской Федерации и стран, входивших в состав СССР;
- отсутствием региональных деформаций государственной геодезической сети, достигающих в системе координат 1942 года нескольких метров;
- возможностью создания высокоэффективной системы геодезического обеспечения на основе использования глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.
Федеральный закон от 26 декабря 1995 г. N 209-ФЗ "О геодезии и картографии" с изменениями, п. 2, ст. 6, устанавливающий задание, поддержание и воспроизведение системы координат на уровне требований, обеспечивающих решение фундаментальных перспективных задач в области геодезии, геофизики, геодинамики и космонавтики, обусловливает необходимость создания геодезической сети на качественно новом, более высоком, уровне точности. Построение такой сети - составная часть новой высокоэффективной 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, создаваемая в настоящее время, 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.
На основе новых высокоточных пунктов спутниковой сети создаются постоянно действующие дифференциальные станции с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме, близком к реальному времени.
По мере развития сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 выполняется уравнивание ГГС и уточняются параметры взаимного ориентирования геоцентрической системы координат и системы геодезических координат СК-95.
В табл. 2.9 дан перечень важнейших решаемых задач и точностные характеристики, полученные в настоящее время в России, а также современные требования к геодезическому обеспечению, в значительной мере уже реализованные с использованием спутниковых методов.
Для решения прикладных задач геодезии измерения выполняются относительно пунктов опорной геодезической сети с использованием способов относительных определений. Выход на сантиметровый уровень точности астрономо-геодезических сетей, а в дальнейшем на миллиметровый уровень, является одной из основных целей обеспечения решения задач геодинамики. Это особенно важно для обширных сейсмоактивных районов в интересах решения задач прогнозирования землетрясений.
Требуемый уровень точности определения координат межевых знаков относительно пунктов Государственных геодезических сетей вытекает из требований к геодезическому обоснованию кадастровых съемок крупного масштаба и закреплению границ землепользования.
Фундаментальные задачи решаются средствами и методами спутниковой и традиционной наземной геодезии и гравиметрии.
Прикладные задачи геодезии решаются методами и средствами наземной геодезии, гравиметрии и фотограмметрии.
Таблица 2.9. Достигнутые и требуемые точности геодезического обеспечения
N п/п | Виды | СКП взаимного положения | Основные | |
геодезического обеспечения | достигнутые в России | перспективные требования | потребители | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | Высокоточная основа для развития ГГС | (КГС - 200 мм)Не соответствует по точности | 3 мм +  D мм на каждые 1000 км (ФАГС) | Росреестр Минобороны России, МЧС России, РАН |
2 | Глобальная и региональная геодинамика | КГС - 200 ммНе соответствует по точности и оперативности | 20...30 мм при неограниченных расстояниях (ФАГС) | РАН, МЧС России, Росреестр |
3 | Высокоточная геодезическая основа для создания СДГС и СГС-1 | 30...50 ммНе соответствует по точности | 3 мм +  D мм при расстояниях 150-200 км (ВГС) | Росреестр Минобороны России, Госстрой |
4 | Локальная геодинамика | 5 мм на 10 км (ГДП)Не соответствует по точности | 3 мм+  D мм при расстоянии между пунктами 25-30 км (СГС-1) | Госстрой, МЧС России, РАН |
5 | Основа развития ведомственных систем геодезического обеспечения | 20...30 мм на 5-15 кмНе соответствует по точности | 10 мм на 30 км (СГС-1) | Росреестр, Роснедвижимость, Госстрой, Минобороны России |
6 | Геодезическое обеспечение потребителей всех уровней | 20...40 мм в плане при расстояниях 10...15 км250...800 мм в плане при расстояниях от 1 до 9 тыс. кмНе соответствует по оперативности и точности | 20...50 мм в плане на расстояниях до 500... 1000 км | Росреестр Минобороны, МВД России, Роснедвижимость, Минприроды России, Госстрой |
| 10 мм+ 30 мм по высоте на каждые 100 км | РАН, Госстрой, МЧС России | |||
7 | Высотноеобеспечение | Астрономо-гравиметрическое нивелирование100...200 мм на 150...300 км; 1...1,5 м на 7000 км. Не соответствует по точности определения нормальных высот | (ФАГС, ВГС совместно с детальными картами высот квазигеоида) | Росреестр Госстрой, Роснедвижимость |
| Трудоемкие и дорогостоящие методы традиционного нивелирования не соответствуют по оперативности | 5 мм + 10...30 мм на каждые 100 км (спутниковое нивелирование) | |||
8 | Единая глобальная система высот | 200...300 ммНе соответствует по точности | З0...50 мм(ФАГС, ВГС, спутниковое нивелирование совместно с гравиметрическим методом) | Росреестр Росгидромет, РАН, МЧС России |
Требования различных потребителей к исходным астрономо-геодезическим и гравиметрическим данным (АГГД) значительно отличаются по точности и оперативности. В табл. 2.10 приведены требования потребителей к точности исходных АГГД данных при решении специальных задач.
Для решения фундаментальных и прикладных задач геодезии ведутся исследования по разработке новых методов и средств и, в первую очередь, по использованию космических радионавигационных систем, космических геодезических комплексов и радиоинтерферометрического комплекса "Квазар-КВО".
Геодезические работы имеют своей целью:
повысить точность земной системы координат, создать новую высокоэффективную государственную систему геодезического обеспечения территории Российской Федерации, основанную на применении спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС и средств функциональных дополнений к ней, других средств наземного и космического базирования, а также передовых технологий, позволяющих повысить точность, оперативность и экономическую эффективность решения задач геодезического обеспечения в интересах экономики, науки, обороны страны и ее населения, создать высокоточную геодезическую сеть, карты местности, земельный кадастр России, а также изучить деформации земной коры, предваряющих и сопровождающих землетрясения, оползни, цунами и другие опасные природные явления, и создать систему постоянных наблюдений за динамикой уровня моря на уровенных постах и прогноза его состояния.
Таблица 2.10. Требования потребителей к точности исходных АГГД
Задачи геодезического обеспечения | Потребители | Погрешность(СКП) |
| 1. Создание геоцентрической системы координат (точность отнесения к центру масс Земли), м | Космические исследования.Фундаментальная наука.Навигация. Океанография.Космическая геодезия. | 0,05 |
| 2. Определение параметров гравитационного поля Земли: | ||
| - высоты геоида глобально, м | 0,1...0,2 (глобально) 0,02...0,03 (тер.РФ) | |
| - уклонения отвесной линии, угл. сек. | 0,5...1,0 | |
| 3. Определение связей систем координат: | ||
| - линейные элементы, м | 0,05...0,1 | |
| - угловые элементы, угл. сек. | 0,01 | |
| 4. Определение параметров ориентации Земли, угл. сек. | 0,001 |