Нехомогеността на държавните координатни системи не е проблем, срещан само в Република Македония, а в почти всички страни в света

Oт досегашните опити на развитите страни, може да се заключи, че в повечето случаи има две паралелни референтни координатни системи. Едната система представлява т.нар. референтна мрежа или Държавна Тригонометрична мрежа, а втората система представлява комбинация от активните GNSS референтни станции и пасивната GPS мрежа. Това позволява двете системи да се използуват едновременно, при което възниква проблемът със свързването на системите (WGS'84 и Държавната система), като крайният резултат от измерването трябва бъде съвместим със системата, която е официално в употреба.

С оглед на това, че в миналото държавните системи са били развивани разделно по положение и височина, а и това, че тяхната главна цел са били кадастралните работи в геодезията, днес, когато се разполага със съвременни геодезически уреди и системи за глобално позициониране, все повече се сблъскваме с проблеми от подобен характер.

Поради различни причини, а преди всичко поради техническите възможности на геодезическата техника, която е използувана в миналото, както и различните техники на измерване и изчисляване на получените данни, през годините са възникнали много грешки, които допринасят държавната мрежа само привидно да бъде хомогенна.

Целта на този труд e да покаже, че чрез прилагане на съвременни технологии за измерване, могат лесно да се видят несъвършенствата на съществуващата геодезическа основа, а също така и да покаже, че в голяма част от случаите с прилагането на определени алгоритми и математически модели, проблемите могат да се отстранят. С това крайният резултат винаги ще бъде в границите на необходимата точност и ще осигури ниво на сигурност и достоверност при използуването на нови технологии.

През 2009 г. в моя магистърски труд на тема - Определяне на трансформационни параметри при обработка на GNSS измервания за линейни обекти, които преминават през съществуващите нехомогенни тригонометрични мрежи, беше разгледан един практически проблем от този тип, при което беше разработено решение на локално ниво.

Още тогава беше установено, че трябва да се намери решение, което ще даде отговор на проблема за разрешаване на нехомогеността в точността на геодезическите мрежи за цялата територия на държавата.

Разрешаването на проблема с нехомогеността на мрежите на държавно ниво представлява практически проблем, за който са необходими много средства и време.

В периода от 2009 г. до днес са предприети редица действия в тази посока, като част от процесите за развитие на геодезическата основа като сгъстяване на пасивната GPS мрежа, изграждането на мрежа от активни референтни GNSS станции и полското измерване на точките от съществуващата Държавна мрежа са завършени, докато прецизните нивелачни измервания, гравиметричните измервания и GNSS измерванията за свързване с Европейската вертикална референтна система са в ход.
Целта на настоящата дисертационна работа е Хомогенизация на Държавната мрежа на Р.Македония и предложение за преобразуване на GNSS измерванията в Държавната координатна система.

С оглед на историческото развитие на референтната геодезическа основа в Република Македония, която е описана в глава 1 от този документ, проблемите, които се появяват днес, когато се използуват съвременните технологии, базирани на сателитни системи за позициониране представляват неотменна част от работата на геодезическите специалисти.

В досегашната практика тези проблеми се решават на локално ниво в зависимост от практическата задача, която се осъществява на терен.

В труда основен акцент е даден на предложението за трансформация на GNSS измервания в съществуващата държавна система, докато за хомогенизацията са дадени само резултатите от изчисленията и възможните начини, по които тя може да се осъществи.

Една от причините за това е, че съществуващата държавна система е в експлоатация повече от 70 години и всички данни, свързани с кадастъра (планове, карти и др.) се сравняват въз основа на него.

Конверзията на такъв брой данни, част от които са и в растерен формат, представлява почти невъзможна задача не само заради огромния брой на необходимите средства и време, а и поради факта, че данните ежедневно се променят и допълват.

Втората причина е, че за пълното дефиниране на една пространствена координатна система е необходима и височина, за която в момента не разполагаме с достатъчен брой измервания и данни т.е. в употреба са отделно планова и височинна референтна система.
Основните цели на този труд са следните:

• 
  Анализ на качеството на координатите на точките от съществуващата Държавна референтна система, въз основа на извършените измервания със съвременните сателитни методи за позициониране;
  
• 
  Анализ на възможностите за използване на GNSS методи за локализация при геодезическите работи;
  
• 
  Създаване на методи и математически модел за свързване на двете референтни системи (ETRS'89 и Държавната система), които днес са в употреба ;
  
• 
  Формулиране на предложение за оптимален подход при трансформация на GNSS измеванията в Държавната координатна система.
  

Дисертационната работа е разработена в 9 глави.

В Глава 2 на дисертацията направен е анализ на геодезическата основа в Република Македония, нейното историческо развитие, реализираните дейности за нейното сгъстяване, подобряване на качеството и реализираните дейности за включването й в съвременните Световни и Европейски координатни системи.

Даден е кратък преглед на референтните системи, с които се определя плановата, височинната и гравиметричната мрежа в Република Македония, описани са действията от реализираните кампании за плановото и височинното свързване на Държавните координатни системи с Европейските (EUREF-MAK'96 и UELN'97) , както и описание на съществуващата пасивна GPS мрежа, описана е и мрежата от активни GNSS референтни станции - системата МАКПОС.

В Глава 3 подробно са описани референтните системи за позициониране, техните математически модели, с които се определят и тяхната взаимовръзка.

В Глава 4 са разработени модели за трансформация на координати, които имат значение при преминаване от една в друга координатна система и са дадени алгоритмите за тяхното евентуално приложение при решаване на различни практически проблеми.

В Глава 5 е описан подробно и математическия модел за интерполация "Кригинг" (англ. Kriging).

Глава 6 Предмет и цели на изследването

Глава 7 описва резултатите и анализа на измерените данни, които са предмет на този труд.

Глава 8 са направени основните изводи и заключения.

Глава 9 са изложени претенции за приноси на автора.
Състояние на проблема

Съществуващата Държавна референтна система се основава на негеоцентричен Беселов елипсоид и Гаус-Крюгерова проекция. Системата на практика се е осъществила чрез тригонометрични точки от няколко класа (1-5), а допълнително са разработени и местни тригонометрични мрежи. (Blagoevic, 2008)

Координатите на точките са определянни и изчислявани в по-дълъг период от време, поради което се използват и различни техники и методи за измерване и изчисляване, което пряко влияе върху изходната точност и степента на надеждност на координатите, които са в употреба.

Следвайки съвременните тенденции в геодезията Агенцията по кадастър на Недвижими имоти, в новата история е разработена стратегия за създаването на нова Държавна референтна система на ETRS89.

Тази задача е реализирана със създаването на относително хомогенно поле от точки от цялата територия на държавата, които са материализирани на терена и определяне на съответните координати.

На практика системата се състои от точки от EUREF-MAK96 кампанията, точки от пасивната GPS мрежа и от точки от мрежата на активни GNSS референтни станции от системата МАКПОС.

Основната разлика между двете съществуващи системи е, че наскоро реализираните системи се различават от старата и по положение, и по ориентация, и по мащаб.

Тъй като и двете системи са официално в употреба, от тук произтича и необходимостта от формулиране на подходящ модел за трансформация, който ще осъществи връзката между системите в двете посоки, като същевременно под внимание ще бъдат взети и различията, които възникват от прилагането на едната или пък на двете системи.

Изборът на подходящ модел за трансформация трябва да обхване всички практични аспекти от използването на системите, когато се отнася за нуждите на позициониране като например: Държавно заснемане, Кадастър на Недвижими имоти, инженерно-технически задачи, GIS, съгласуване в съответствие с Европейската референтна система или системите от съседните държави, навигация и др.

Анализ на използуваните данни

Основната тригонометрична мрежа от 1 клас (ТМ1) е разделена е в класове от I - V клас, като най-гъстата мрежа е от точките от IV и V ред, чиито средни разстояния на страните са между 1,5 - 3 km. За точността, важи принципът, че по-високите класове от сгъстената тригонметрична мрежа са по-точно определени от по-ниските класове, ето защо точките от IV и V клас се използват най-вече за топографски измервания на различни обекти и решаване на инженерни задачи. Плановата точност на точките от по-ниските класове варира между 0,15 m до 0,35 m. (Vuckov, 2008.)

Държавната тригонометрична мрежа на Република Македония на терена е материализира с 16138 тригонометрични точки и съответните им координати. Поради обхвата на задачата, практическата реализация на мрежата и полските измервания на страните между точките в долните класове са направени т.нар тригонометрични секции.

В базата данни на АКН има общо 30 тригонометрични секции представени на фигура 6.1.

Освен това са разработени местни тригонометрички и полигонометрички мрежи, чиито детайли са показани в Таблица 6.2.

Фигура 6.1. Тригонометрични секции