Предварительный анализ геодезической сети Алмалыкской промышленной зоны

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ АЛМАЛЫКСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЫ Мирмахмудов Э.Р.1, Юсупжонов О.Г.2, Тошонов Б.Ш.3, Хасанбаева Д.О.4

'Мирмахмудов Эркин Рахимжанович - кандидат физико-математических наук, доцент;

2Юсупжонов Отабек Гаибжонович — преподаватель;

3Тошонов Бекзод Шермамат угли — магистрант;

4Хасанбаева Дилнавоз Олимжон кизи — студент, кафедра геодезии и геоинформатики, Национальный университет Узбекистана, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье рассматривается роль геодезической сети для горнодобывающего объекта. Анализируются GPS измерения для повышения точности геодезических пунктов в окрестности карьера. Выполнен дисперсионный анализ точности координат на плоскости, по высоте и ковариационной матрице для геодинамического пункта вблизи Алмалыкской промышленной зоны. Предложена схема сгущения геодезической сети вокруг карьера, включая пункты Центрально-Азиатской геодинамической сети и проектируемых GPS пунктов. Ключевые слова: ГНСС, CATS, АФГС, триангуляция, нивелирование.

Проектирование геодезической сети это выбор местоположения пунктов на поверхности с соблюдением определенных инструкций. Плотность пунктов должна соответствовать назначению сети, а форма сети обеспечить определение элементов сети с расчетной точностью. Полевые измерения, связанные с опорной геодезической сетью, геоцентрической системой координат, фигурой и гравитационным полем земли, должны быть редуцированы на определенную эпоху с учетом вариации скорости вращения земли, движения земной коры и других эффектов. А если вблизи этой сети расположены или построены промышленные объекты, то их роль приобретает особый статус из-за изменения пространственных размеров, обусловленные добычей полезных ископаемых. Поэтому в период строительства горнодобывающего объекта одной из важных направлений - это создание планово-высотной основы геодезической сети.

В 1960-1990 гг. при строительстве сооружений и объектов производились угловые и линейные измерения с помощью оптических теодолитов и нивелиров [1]. С появлением высокоточных спутниковых навигационных приемников точность пунктов повысилась на несколько порядков [2]. Достоинством использования этих приемников является оперативная обработка результатов измерений с возможностью экспорта данных в любом формате. Существующие классические способы уравнивания отличаются от спутниковых методов точностью координат пунктов. Комбинация классических и спутниковых измерений на примере Алмалыкской промышленной зоны (АПЗ) даст точную и корректную систему определения координат вблизи карьера.

Геодезическая сеть АПЗ характеризуется высокой точностью определения взаимного положения смежных пунктов в местной системе координат (рис. 1). Последний раз эта сеть переуравнивалась в 1980г. предприятием №12 главного управления геодезии и картографии на основе триангуляции и нивелирования. Уравненные прямоугольные координаты в продольно-поперечной проекции Гаусса Крюгера и ортометрические высоты хранятся в специальном каталоге координат [3]. Естественно, открытый доступ к этим данным ограничен из-за специфики работ и точности топографических карт. Тем не менее, пункты триангуляции и нивелирования, расположенные в окрестности карьера, могут быть использованы для глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Топографические карты масштабов 1:100000 - 1500000 имеются в открытом доступе и можно скопировать из интернета. Карта масштаба 1:100000 территории АПЗ была скопирована из [4], составленная на основе масштаба 1:50 000 по материалам аэрофотосъемки 1957 г. и обновлены стереофотограмметрическим методом в 1980-1990гг. Сплошные горизонтали проведены через 40 метров при высоте сечения рельефа от 1 до 10 градусов, а при высоте сечения 10-40 градусов сплошные горизонтали проведены через 200м. С момента обновления сети прошло 40 лет, что говорит о необходимости уточнения, как по точности, так и по ситуации. На рисунке 1 приведена схема карьера с пунктами ГГС, обозначенными треугольниками, координаты которых хранятся в архиве, но приближенные координаты можно вычислить по карте. Нанесенные окружности вокруг карьера - это проектируемые GPS пункты, предназначенные для ГНСС измерений. Для контроля измерений и вычисления координат пунктов геодезической сети целесообразно осуществить привязку к

координатам пункта Центрально-Азиатской геодинамической сети (CATS - Central Asian Tectonic Science) "ALMA". Тем самым достигается повышение точности всей сети вокруг карьера. Координаты пунктов периодически следует переопределять и уравнивать, но, в силу организационных мероприятий, топографические измерения в АПЗ производились эпизодически.

Л ггс О GPS • CATS

-о-С

Рис. 1. Геодезические пункты в окрестности Алмалыкского карьера

В 2006 г. центральным аэрогеодезическим предприятием Республики Узбекистан были произведены измерения на территории АПЗ, но окончательных результатов не было получено из-за отсутствия специального программного обеспечения.

В 2016-2015 гг. сотрудниками кафедры геодезии и маркшейдерского дела Ташкентского государственного технического университета измерены углы и превышения внутри карьера с помощью электронного тахеометра и нивелира Н3. В процессе нивелирования 3 класса заложены 50 реперов на северо-западном склоне карьера, из которых сохранились всего 8.

В 2013 году сотрудниками кафедры геодезии, картографии и кадастра национального университета Узбекистана (НУУз.) произведена рекогносцировка пунктов CATS вблизи Алмалыкского карьера с целью использования его в качестве опорного пункта для геодезической сети и вновь проектируемых GPS пунктов [5]. Для поиска геодинамических пунктов был использован мобильный навигационный спутниковый приемник "Магелан". Предварительно были известны пространственные и сфероидические координаты исследуемого пункта " ALMA". В процессе рекогносцировки найдены 2 пункта геодинамической сети с обозначениями "NEW 5" и "ALMA 4" (рис. 2). Повторно были определены приближенные координаты этих пунктов.

Рис. 2. Пункты CATS ALMA № 4, № 5

В 2019 году преподаватели, магистры и студенты кафедры геодезии и геоинформатики НУУз. произвели ГНСС измерения на пунктах №4 и №5 "ALMA" CATS сети с помощью навигационного

107

приемника GNSS TRIMBLE R4. Несмотря на то, что прошло около 30 лет, как установлены оба пункта, повреждений и деформаций не обнаружены, что нельзя сказать о сигналах и пирамидах традиционных сетей, которые требуют реконструкции и восстановления [6]. Возможно, изменения координат пунктов "ALMA" произошли под влиянием глобальных и локальных смещений микроплит. В первую очередь, это касается самого карьера, изменяющегося со временем. Во-вторых, смещение почвы из-за грунтовых вод, расположенных под карьером. Всего произведено 10 циклов измерений с интервалом 10 минут в режиме RTK при отсутствии влияния внешних факторов.

По измеренным данным на кафедре произведена оценка точности измерений и вычислены пространственные координаты пунктов. Исходными данными для обработки результатов измерений были параметры референц-эллипсоида, система относимости и поправка к координированной системе времени (UTC - Coordinated Universal Time). После постобработки получены координаты на плоскости (х,у), реферец-эллипсоиде (L™, Вэл, Нэл) и всемирной геодезической системе (WGS84). Оценку точности пространственных координат осуществлено по диагональным элементам ковариационной матрицы [7]. Ниже в таблице 1 приведены средние квадратические ошибки на плоскости (axy), по высоте (ah) и данным ковариационной матрицы (acov).

Таблица '. Точность координат базовой линии (база - ALMA) в метрах

№ Оцт Oh Ocov PDOP

1 0.020 0.024 0.015 1.518

2 0.028 0.029 0.020 1.420

3 0.022 0.032 0.019 1.418

4 0.018 0.022 0.014 1.416

5 0.020 0.027 0.017 1.413

6 0.030 0.027 0.020 1.471

7 0.020 0.020 0.014 1.403

8 0.018 0.020 0.013 1.354

9 0.015 0.018 0.011 1.352

10 0.014 0.015 0.010 1.349

На основе данных таблицы 1 видно, что дисперсия точности координат на плоскости, по высоте и ковариационной матрице близки между собой и имеют одинаковый тренд, что говорит о корректности результатов измерений. Показатель точности PDOP=1.411 для всех серий наблюдений имеет почти одинаковое значение, т.е. влияние внешних факторов незначительно. По результатам дисперсий построен график зависимости точности от количества измерений.

Рис. 3. Изменение точности координат на плоскости

Анализ данных графика показывает о зависимости точности базовой линии от цикла измерений, хотя дистанция между базовой станцией и определяемым пунктом составляет 3м. Незначительное отклонение присутствует для 6 цикла измерений, обусловленной, видимо, конфигурацией спутников. Точность определения координат и базовой линии удовлетворяет всем требованиям по использованию их в качестве исходных пунктов при проведении геодезических работ на пунктах вокруг карьера. Также можно

использовать эти пункты при модернизации существующей и проектируемой ГНСС сети [8]. Ниже приведены некоторые рекомендации по совершенствованию АПЗ.

Работы по дальнейшему развитию, модернизации и повышению точности координат пунктов должны продолжаться практически непрерывно с использованием современных геоинформационных технологий и цифровых геодезических инструментов, включая международные пакеты вычислительных программ по уравниванию ГНСС сети, как внутри карьера, так и в его окрестности. Для этого, прежде всего, необходимо реанимировать существующую сеть путем рекогносцировки и восстановления поврежденных сигналов и пирамид. Далее, необходимо разработать генеральный проект Алмалыкской фундаментальной геодезической сети (АФГС), где все классические и репера спутникового позиционирования следует связать с высокоточным пунктом Центрально-Азиатской геодинамической сети №4 "ALMA" CATS и международными станциями IGS. Каждый пункт должен стать стационарной фундаментальной геодезической станцией, на которой по определенной программе должны периодически выполняться измерения. Помимо определения точных положений на станции, ГНСС должна регистрировать изменение уровня грунтовых вод, вызывающих соответствующие изменения высоты пункта и уклонения отвеса от нормали [10]. Следовательно, переход на более высокий уровень точности потребует математической обработки результатов геодезических измерений в четырехмерном пространстве X,Y,Z, t. Благодаря созданию АФГС и выполнению повторных измерений по определенной программе появится возможность построить систему опорных геодезических пунктов, мгновенные координаты которых будут известны с высокой точностью на каждый момент времени. Разработка и постепенная реализация конкретной схемы построения сети зависит от уровня квалификации специалистов, которые будут участвовать в этом важном направлении геодезической науки.

Из выше описанного можно сделать вывод о том, что использование ГНСС повысит точность координат пунктов, а также позволит получать информацию о грунтовых водах в реальном времени. Полученные данные будут основой для разработки пространственной цифровой модели карьера и моделирования техногенных процессов внутри объекта. В связи с этим, следует разработать комплексную программу модернизации геодезической сети в окрестности Алмалыкского карьера с использованием ГИС, GPS, CATS и сейсмологических станций Узбекистана.

Список литературы

1. Яковлев Н.В. Высшая геодезия. Учебник для вузов. Н.В. Яковлев.М.: Недра, 1989. 445 с.

2. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. / К.М. Антонович. М: Картгеоцентр, 2005. Т. 1.

3. Справочник по картографии / А.М. Берлянд, А.В. Гедымин, Ю.Г. Кельнер и др. М.: Недра, 1988. 430 с.

4. Топографическая карта. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http//www.google.ru/ (дата обращения: 27.04.2020).

5. Мирмахмудов Э.Р. Об улучшении точности координат пунктов геодезической сети в окрестности Ангрен-Алмалыкской промышленной зоны / Э.Р. Мирмахмудов, С. Кудратов. Известия географического общества Узбекистана.Ташкент, 2017. № 49. С. 191-194.

6. Основные положения о построении государственной геодезической сети СССР. М. Геодезиздат, 1961.

7. Большаков В.Д. Теория математической обработки геодезических измерений / В.Д. Большаков, П.А. Гайдаев. М.:Недра, 1977. 368 с.

8. Мирмахмудов Э.Р. О необходимости создания ГНСС полигона для республик Центральной Азии. Э.Р. Мирмахмудов // Вестник науки и образования. Москва, 2020. № 4 (86). Часть 1. С. 108-111.

9. Мирмахмудов Э.Р. Предварительный анализ точности координат уровенных постов Узбекистана // Наука, техника и образование. Москва, 2020. № 4 (68). С. 93-98.