Государственные геодезические сети на территории Российской Федерации

В соответствии с пунктом 1 статьи 5 Федерального закона от 30 декабря 2015 года № 431-ФЗ «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» было принято постановление Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2016 года № 289 «Об утверждении Положения о государственной геодезической сети и Положения о государственной нивелирной сети».

В постановлении содержится определение понятия государственная геодезическая сеть, которая представляет собой совокупность геодезических пунктов, местоположение которых определено в государственной системе координат, используемой при осуществлении геодезических и картографических работ. Говорится, что государственная геодезическая сеть предназначена для установления и распространения на территорию Российской Федерации государственной системы координат.

В состав государственной геодезической сети входят:
— фундаментальная астрономо-геодезическая сеть;
— высокоточная геодезическая сеть;
— спутниковая геодезическая сеть 1-го класса;
— сети триангуляции, астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети, сети полигонометрии, доплеровские геодезические сети, астрономо-геодезическая сеть 1-го и 2-го классов, геодезические сети сгущения 3-го и 4-го классов.

С учетом специфики задач в градостроительной сфере, пункт 5.1.5. Свода правил СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения» содержит определение геодезической основы для инженерно-геодезических изысканий, в котором приведен более широкий по сравнению с постановлением Правительства перечень, в который входят не только государственные сети, но и другие пункты, не образующие сетей:
— фундаментальная астрономо-геодезическая сеть;
— высокоточная геодезическая сеть;
— спутниковая геодезическая сеть 1-го класса;
— сети триангуляции, астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети, сети полигонометрии, доплеровские геодезические сети, астрономо-геодезическая сеть 1-го и 2-го классов, геодезические сети сгущения 3-го и 4-го классов;
— реперы и марки нивелирования I, II, III и IV классов;
— опорные геодезические сети (включая геодезические сети специального назначения);
— пункты постоянно действующих спутниковых сетей базовых (референцных) станций;
— пункты триангуляции, трилатерации и полигонометрии 1-го и 2-го разрядов;
— съемочные геодезические сети, геодезическая разбивочная основа строительства, геодезические сети для режимных наблюдений (водомерные посты).

Отмечается, что инженерно-геодезические изыскания выполняются с использованием государственных, местных, локальных и международных систем координат, государственной системы высот и государственной гравиметрической системы. В случае необходимости установления локальной системы координат, требования к ней разрабатываются в программе в соответствии с заданием. Результаты инженерно-геодезических изысканий представляются в системе координат и высот, указанных в задании и (или) программе (пункт 5.1.10 СП 47).

При этом необходимо понимать, что пункты государственной геодезической сети должны иметь каталожные координаты исключительно в государственных системах координат. Пункты, относящиеся к иной геодезической основе — в любых других.

В процессе проведения инженерно-геодезических изысканий геодезическая основа сгущается до плотности, необходимой и достаточной для выполнения инженерных изысканий, установкой на местности геодезических пунктов временного, долговременного или постоянного закрепления (пункт 5.1.6. СП 47).

В пункте 4.7. «СП 317.1325800.2017. Свод правил. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Общие правила производства работ» уточняется, что геодезическую основу инженерных изысканий создают путем сгущения государственной геодезической и/или нивелирной сетей или как самостоятельную сеть в зависимости от целей и задач выполняемых работ и топографо-геодезической изученности участка инженерных изысканий. .

В соответствии с пунктом 4.8. СП 317, на застроенных территориях геодезические сети развивают в ранее принятых для этих территорий системах координат и высот, если иное не предусмотрено заданием. Геодезическая основа для создания инженерно-топографических планов прибрежной зоны рек, морей, озер и водохранилищ должна создаваться в единой системе координат и высот с геодезическими и нивелирными пунктами прилегающей суши.

В целом, существующие на сегодняшний день геодезические сети можно подразделить на плановые, высотные, пространственные и гравиметрические.

Плановые геодезические сети представляют собой совокупность точек на местности, которые определяют горизонтальные координаты в определенной системе координат. Эти сети создаются для распространения системы координат и служат основой для определения проведения топографо-геодезических работ и построения карт местности.

В России к плановым геодезическим сетям относят Государственную геодезическую сеть (ГГС), Съемочную геодезическую сеть (СГС) и геодезические сети сгущения (ГСС), которые развиваются с целью сгущения ГГС до плотности, обеспечивающей развитие съёмочного обоснования крупномасштабных съёмок.

Съемочная геодезическая сеть — это совокупность точек на земной поверхности, закреплённых на местности и предназначенных для проведения топографической съемки, создания карт и планов, а также для решения других инженерно-геодезических задач. Эта сеть может создаваться различными методами, такими как теодолитная съемка, тахеометрическая съемка, нивелирование и другие традиционные методы.

Таким образом, ГГС является исходной для построения всех других геодезических сетей, а сеть СГС является геодезическим обоснованием для производства топографических съемок и выполнения инженерно-геодезических работ.

К плановым сетям относится также Астрономо-геодезическая сеть (АГС). Это часть Государственной геодезической сети (ГГС) СССР, которая подразделялась на АГС-I (Астрономо-геодезическую сеть I класса) и ГСС (Геодезические сети сгущения II, III и IV классов). АГС предназначалась как для картографирования страны, так и для решения научных проблем геодезии.

К плановым сетям относится Космическая геодезическая сеть (КГС), которая упоминается в СП. Она представляет собой систему пунктов, которые используются для определения геоцентрической системы координат. Эта сеть была создана на территории бывшего СССР, в Антарктиде и некоторых других странах. Координаты этих пунктов были определены различными методами, включая доплеровские, фотографические, дальномерные, радиотехнические и лазерные наблюдения искусственных спутников Земли. В России сохранилось семь пунктов этой сети, которые продолжают использоваться для уточнения геоцентрической системы координат. Точность их взаимного положения характеризуется среднеквадратичной ошибкой, равной 0,2-0,3 метра.

Также к плановым сетям относится Доплеровская геодезическая сеть (ДГС). Это геодезическая сеть, которая была создана в СССР и России в период с 1984 по 1993 годы. Взаимное положение и координаты пунктов этой сети были определены по доплеровским наблюдениям искусственных спутников Земли системы Transit. С помощью малогабаритных приемников Geoceiver определялись координаты с субметровой точностью, характеризуемыми средними квадратическими ошибками, равными 0,4-0,6 метров при среднем расстоянии между пунктами 500-700 километров. Доплеровская геодезическая сеть состояла из 131 пункта и предназначалась для распространения общеземной геоцентрической системы координат. По некоторым данным, она представлена 110 пунктами с точностью определения взаимоположения 1:1 200 000.

Высотные геодезические сети, также известные как нивелирные сети, представляют собой совокупность пунктов на земной поверхности, высоты которых определены из нивелирования относительно условного нуля. Эти пункты обозначаются на местности нивелирными марками, которые закреплены в стенах долговременных сооружений или частях конструкций. Высотные геодезические сети служат высотной основой для строительства и изучения вертикальных движений земной коры или зданий и сооружений.

В России Государственная нивелирная сеть (ГНС) состоит из нивелирных пунктов, заложенных в грунт, и используется для установления высотной системы координат. Это классическая высотная сеть. Её основное назначение — установление и распространение единой системы высот на территории страны. Нивелирные пункты ГНС используются для определения высот точек относительно уровня моря, что крайне важно для топографических съёмок, инженерных изысканий и многих других геодезических работ. Высота определяется в нормальной системе высот от нуля Кронштадтского футштока, который установлен в 1977 году и является высотной основой для всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ. Государственная нивелирная сеть России делится на классы точности в зависимости от требований к проведению измерений и работ.

Главная высотная основа (ГВО) является частью Государственной геодезической сети (ГГС) и представляет собой нивелирные сети I и II классов, предназначенные для распространения единой системы высот по территории страны. Эта сеть используется не только для установления высотной системы, но и для решения научных задач, таких как изучение изменения высот земной поверхности, определение уровня воды морей и океанов и др. Повторное нивелирование всех линий нивелирования I класса и некоторых линий II класса проводится как минимум каждые 25 лет. Общая протяженность сетей нивелирования I и II классов составляет примерно 400 тысяч км.

Геодезическая сеть ГГС (Государственная геодезическая сеть) включает в себя как плановые, так и высотные компоненты. То есть, она объединяет в себе элементы, необходимые для определения как горизонтального положения точек (плановые сети), так и их высотного положения (высотные сети). это система закрепленных на местности пунктов, положение которых определено в единой системе координат и высот, принятой в данной стране. ГГС обеспечивает распространение координат на территорию государства и является исходной для построения других геодезических сетей. Основной задачей ГГС является обеспечение топографических съемок в различных масштабах. В состав ГГС включались сети триангуляции, астрономо-геодезические пункты, сети полигонометрии, доплеровские геодезические сети и другие. Однако, согласно новым правилам, новые пункты некоторых категорий геодезических сетей больше не создаются. Вместо этого, при снижении плотности пунктов государственной сети, на этой территории создаются новые геодезические сети. ГГС также выполняет функции, связанные с изучением формы и размеров Земли, ее внешнего гравитационного поля, а также распространения единой системы координат.

Классы и состав ГГС определяются действующей нормативно-правовой документацией. В разные годы действовали разные нормативы на плотность пунктов ГГС Советского Союза и Российской Федерации, обусловленные различными методами и технологиями.

Пространственные геодезические сети представляют собой совокупность точек на земной поверхности, положение которых определено в единой географической системе координат. Эти сети создаются для распространения единой математической системы координат и обычно строятся с применением глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Геодезические центры пространственных сетей являются носителями трех координат: широты (B), долготы (L) и высоты (H).

На территории Российской Федерации действуют следующие пространственные геодезические сети:

Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) — высший уровень в структуре Государственной геодезической сети (ГГС) России. Она предназначена для установления и распространения единой геоцентрической системы координат и поддержания её на современном уровне, а также для обеспечения эфемеридной информацией систем ГЛОНАСС и GPS.

ФСГС (Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть) — предназначена для установления и распространения единой геоцентрической системы координат и поддержания её на современном уровне, а также для обеспечения эфемеридной информацией систем ГЛОНАСС и GPS. Она строится с применением методов спутниковой геодезии и используется для определения положения пунктов в трёхмерном пространстве, то есть включает в себя координаты широты, долготы и высоты.

ФАГС и ФСГС — это две взаимосвязанных, но разных составляющих Государственной геодезической сети (ГГС) России. Хотя оба понятия относятся к фундаментальным геодезическим сетям, они отличаются своими функциями и используемыми методами. ФАГС основана на классических методах геодезии, таких как триангуляция и полигонометрия. Служит для создания высокоточной опорной сети, определяющей положение пунктов на поверхности Земли в двухмерной плоскости (горизонтальные координаты). ФСГС основывается на спутниковых технологиях (таких как ГЛОНАСС и GPS) и предназначена для определения трёхмерных координат пунктов (широта, долгота и высота). Она играет ключевую роль в построении современной пространственной модели Земли.

Высокоточная геодезическая сеть (ВГС) — второй уровень в структуре ГГС. Эта сеть представляет собой пространственные построения, опирающиеся на пункты ФАГС, и состоит из системы пунктов, удалённых на расстояния от 150 до 500 км.

Спутниковая геодезическая сеть сгущения (СГСС) — третий уровень, предусмотренный государством для развития геодезической сети на территории страны. СГСС использует возможности глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) для определения положения точек на земной поверхности. Это совокупность пунктов, координаты которых определены с использованием спутниковых технологий и используются для высокоточного позиционирования и передачи координатной информации на большие расстояния без необходимости построения традиционных наземных геодезических сетей.

Гравиметрические сети — это геодезические сети, в которых производятся измерения ускорения силы тяжести с помощью специальных приборов — гравиметров. Геодезические центры гравиметрических сетей содержат данные о гравитации и используются для приведения трех основных плоскостей к центру масс Земли с учетом уклонения отвесной линии. Эти сети необходимы для редукции (приведения) измерений к центру масс Земли и создания единой системы координат. Гравиметрические пункты также определены в плане и по высоте с определенной степенью точности. Гравиметрия занимается теорией и методами измерения силы тяжести для решения различных задач геодезии, геофизики и других наук о Земле. Одной из главных задач гравиметрии в геодезии является построение моделей геоида, которое необходимо, в частности, в навигации для пересчета геодезических высот в высоты над уровнем моря. Эти сети интегрируются с другими видами геодезических сетей и обеспечивают комплексный подход к изучению Земли и созданию точных картографических материалов.

В своде правил также упомянуты опорные геодезические сети. Это системы закрепленных на местности точек, плановое положение и высота которых определены в единой системе координат на основании геодезических измерений. Эти точки служат опорными пунктами при геодезических и топографических съемках. Опорная геодезическая сеть создается для обеспечения инженерно-геодезических работ при изысканиях и строительстве различных гражданских, промышленных и специальных сооружений, а также для наблюдений за деформациями и осадками сооружений. Она охватывает ограниченную территорию и расстояния между точками обычно небольшие. К пунктам опорной геодезической сети предъявляются повышенные требования по стабильности положения. Можно сказать, что все упомянутые нами сети являются опорными.

Среди них особо выделяются геодезические сети специального назначения. В 431-ФЗ им посвящена статья 9, где говорится, что для обеспечения выполнения геодезических работ при осуществлении градостроительной и кадастровой деятельности, землеустройства, недропользования, иной деятельности, а также повышения точности результатов указанных работ физические и юридические лица, органы государственной власти и органы местного самоуправления вправе организовывать создание геодезических сетей специального назначения, в том числе сетей дифференциальных геодезических станций.

Геодезические сети специального назначения создаются для решения сложных научных и инженерно-технических задач, таких как обеспечение инженерно-геодезических работ, наблюдение за деформациями и осадками зданий и сооружений, карстовыми и оползневыми процессами, а также для строительства и эксплуатации мощных радиотелескопов, ускорителей элементарных частиц, гидроэлектростанций и атомных электростанций, судостроения и т.д. Они характеризуются высокой точностью и стабильностью положения пунктов. Такие сети могут включать в себя различные типы сетей, такие как опорная геодезическая сеть, местная геодезическая сеть, опорная межевая сеть, геодезическая разбивочная основа и другие. Они могут создаваться в единых государственных системах координат или в местных системах координат, устанавливаемых для отдельных участков местности. Для выполнения измерений в сетях специального назначения применяются методы, обеспечивающие необходимую точность, включая использование дифференциальных геодезических станций.

В ближайшие годы ставится задача создать новую государственную систему координат, которая должна быть в большей степени ориентирована на спутниковые и гравиметрические сети. Они будут образовывать т.н. динамическую систему координат, определяемую на основе элементов орбиты вращения Земли вокруг Солнца. Статические геодезические сети и сети триангуляции и нивелировки, очевидно, будут развиваться в привязке к системе координат, созданной на основе спутниковых технологий. Необходимо будет также разработать отечественное программное обеспечение, которое позволяло бы учитывать скорости движения пунктов статических сетей и с большой точностью определять их координаты в любое время в прошлом, настоящем и будущем.