Система координат 1995 года «СК-95»

На протяжении шестидесятых-семидесятых годов XX века в соответствии с "Основными положениями ГГС-61" в стране велись основные геодезические работы по их дальнейшему развитию и топографическим съемкам масштабов 1:25000, 10 000 и более крупных масштабов. На этом этапе формирования астрономо-геодезической сети (АГС) было создано 10525 геодезических пунктов, 1480 астрономических пунктов, задействовано и измерено 535 базисов, 1230 азимутов.

С 1982 по 1985 годы проводились подготовительные работы и сбор данных результатов измерений к уравниванию АГС страны, которое выполнялось последовательно несколькими этапами.

На первом этапе были произведены различные варианты уравнивания астрономо-геодезической сети, состоящей из более, чем 400 полигонов триангуляций I класса, с участками сплошного заполнения сети пунктами II класса.

На втором этапе выполнялось уравнивание локальными блоками, состоящих из 30-60 тысяч геодезических пунктов, по трапециям с масштабом 1:1000000.

На третьем этапе в астрономо-геодезической сети осуществлялось общее уравнивание сплошной свободной сети, которое было выполнено к середине 1991 года. Результатами по оценке качества АГС на этом этапе стали следующие величины:

• общее количество пунктов уравненной астрономо-геодезической сети составило 164300 пунктов, 7870 базисов, 3580 пунктов Лапласа;
• СКП измеренных направлений I класса составили 0,52";
• СКП измерений II класса составили 0,75";
• СКП измерений астрономических азимутов составили 1,27";
• относительные погрешности измеренных линий I класса равны 1:377000;
• относительные погрешности измеренных линий II класса соответственно 1: 246000;
• среднеквадратические поправки в азимуты 1,36";
• поправка по абсциссе 11,17м;
• поправка по ординате 8,26м;
• значение средней относительной поправки в длину линий 1:246000;
• значения средних смещений АГС по оси Х – 7,89м, оси Y – 4,23м;
• при удалении от начальных пунктов сети Пулково в восточном направлении поправки достигают максимальных значений в 24 метров (по оси X) и 27 метров (по оси Y).

Огромный объем работ, растянувшийся на почти десятилетний период, почти на порядок (в 9 раз) превысил обработанный объем измерительных сведений и каталогов баз данных по сравнению с уравниванием пятидесятилетней давности 40-х годов.

Параллельно с наземными способами создания астрономо-геодезической сети в СССР в 1965 году были приняты решения о построении космических геодезических систем высокой точности. Космические аппараты первой серии «Сфера» запускались в космос в течение десяти лет с 1968 по 1978 годы в общем количестве восемнадцати аппаратов. В 1977 году приняты решения по разработке аппаратов другой серии нового поколения «Муссон», известные еще под наименованием Гео-ИК. Испытания начались с 1981 года и практически ежегодные запуски способствовали постоянному применению «Муссонов», которое началось с 1986 года.  Начиная с 1987 и до середины 90-х годов, в России стала формироваться Космическая ГС с применением искусственных спутниковых систем Гео-ИК и Доплеровская ГС, завязанная на СНС GPS Tranzit. КГС построена Военно-топографическим управлением ВС России. В ее основе содержалось 26 пунктов на всей территории России. ДГС создавалась главным управлением геодезии и картографии. С помощью доплеровских наблюдений в сети было задействовано 160 пунктов.

В 1993-1995 годы Центральным НИИ геодезии, аэросъемок и картографии выполнялась математическая обработка и совместное уравнивание трех сетей: Космической ГС, Астрономо ГС, Доплеровской ГС. К этим вычислительным работам были привлечены все пункты космической и доплеровской ГС, а также совместные, привязанные наиболее близко расположенные пункты АГС и охватывающие всю территорию страны.

Результатом этих работ стала новая сформированная из 134 геодезических опорных пунктов ГС, с помощью которых была сориентирована и задана система координат 1995 с аббревиатурой СК-95.

Как и в предыдущих случаях с СК-32, СК-42 утверждающими и учреждающими документами о введении новых систем координат с ее параметрами, определенными организационными и техническими мероприятиями к их переходу становятся Постановления Правительства и Основные положения ГГС. Для «СК-95» одноименный документ ОП ГГС был принят в 2000 и введен с 2002 года.

Взаимосвязь «СК-95», ПЗ-90, WGS-84

В связи с развитием в последние десятилетия новых методов высокоточных геодезических измерений и применением спутниковых систем, возникли альтернативные способы создания геодезических сетей. Учитывая это научные, технические, технологические подходы, возможности и системы были применены в практической деятельности основных геодезических работ. Интересный пятнадцатилетний период по развитию государственной ГС был связан, если можно так назвать, с гибридной системой координат 1995 года. Такое популярное в настоящее время определение осмелюсь высказать на основании того, что в ее основе использовались различные принципы, методы измерений, результаты и точность.

На основе опорных пунктов Космической ГС задается ориентация геоцентрической СК. Доплеровская ГС распространяет геоцентрическую СК через пункты, связанные с СНС (GPS). АГС задает прямоугольную СК-95 и уже доводит ее исходные данные до конечного потребителя для практического применения в геодезической отрасли.

Очевидно, что к моменту готовности и задания прямоугольной СК-95 в стране действовала совершенно новая геоцентрическая СК ПЗ-90, основанная на данных космической ГС. Поэтому ориентирование СК-95 на поверхности  референц-эллипсоида Красовского не совсем логично. Так как параметры эллипсоида ПЗ-90 и Красовского отличаются друг от друга.

Начало пространственного положения СК-95 совпадало с СК-42 через одинаковые исходные данные ГГС в районе Пулково. Эллипсоид Красовского признан за отсчетную правильную форму в СК-95 с его параметрами. Также была установлена пространственная связь между прямоугольной СК95 и геоцентрической ПЗ90 системой координат, выраженная в математической форме.

где ΔX₀, ΔY₀, ΔZ₀ – приращения координат, на которые отличаются СК-95 от ПЗ-90 при пространственном ориентировании начала координат. Эти линейные элементы имеют следующие числовые значения:

Сама СК-95 ориентирована традиционным способом: ось Z совместима с малой полуосью эллипсоида, ось X  в пересечении плоскости нулевого (Гринвичского) меридиана и экватора, ось Y перпендикулярна обеим осям (X и Z) с правосторонним направлением.

Расположение пунктов ГГС в СК-95 может задаваться в плоских и преобразовываться в пространственных прямоугольных и геодезических координатах.

Следует отметить, сто интересным моментом в образовании СК-95 существует взаимосвязь с WGS84 в рамках организации и проведения доплеровских наблюдений с использованием пунктов ДГС на территории России с применением СНС GPS Navstar (Tranzit). Геоцентрическая система отсчета WGS84, опорные точки которой не принимали участия в формировании СК-95, в любом случае используется в геодезическом производстве. Поэтому для практической деятельности следует осуществлять правильный переход из одной системы в другую. Он регламентируется государственным стандартом с применением методов преобразования определяемых координат. Изначально от координат точек из СК-95 осуществляется переход в ПЗ-90, после чего уже преобразования завершаются переходом в систему отсчета WGS-84.