On the accuracy of gravimetric provision of astronomo-geometric leveling on geodynamic and technogenic polygons

Abstract

Мета цієї роботи – теоретично обгрунтувати вимоги до точності гравіметричного забезпечення астрономічного і астрономо-геометричного нівелювання на геодинамічних і техногенних полігонах, з врахуванням точності сучасного високоточного геометричного нівелювання. Методику досягнення мети забезпечено теоретичними дослідженнями існуючих способів астрономо-геометричного нівелювання, сучасних методів прогнозу неотектонічних процесів, точності ГНСС та геометричного нівелювання. Основні результати – встановлено вимоги до точності гравіметричного забезпечення високоточного астрономо-геометричного нівелювання висотної мережі геодинамічних та техногенних полігонів. Встановлена теоретична можливість визначення ортометричних і нормально-ортометричних висот практично на 90 % території України з точністю порядку навіть 0,2 мм на 1км подвійного ходу. Наукова новизна і практична значущість: доведено, що навіть при максимальних значеннях аномалій гравіметричного поля Землі можна вважати ортометричні і нормальні висоти відрізками нормалі до референц-еліпсоїда, як і геометричні висоти; якщо при астрономічному нівелюванні визначати відхилення виска з точністю ср = 0,2" (точність сучасних зеніт- систем навіть 0,08"), то це внесе похибку в визначення різниці геоїдальних частин геодезичних висот 0,2 мм на 1 км ходу, якщо ж визначати це значення з наявних гравіметричних карт відхилення виска, то ця похибка складе 0,5–1 мм на 1 км ходу, що також відповідає нівелюванню навіть І-го класу; непаралельність еквіпотенціальних поверхонь при обчисленні висот слід враховувати вже тоді, коли різниця сили тяжіння на еквіпотенціальній поверхні початкової точки ходу і в точці перетину цієї поверхні з нормаллю в кінцевій точці ходу перевищує 2 мГал; силу тяжіння на станції нівелювання і на силовій лінії поля в кінці ходу, на висоті, що відповідає висоті відповідної станції нівелювання, треба знати при сумі перевищень в ході до 10 м на 1 км ходу з точністювсього 20 мГал, відповідно, при сумі перевищень 100 м на 1 км – 2 мГал, тому навіть модель EIGEN-CG03C (точність оцінюються в межах 8 мГал) на більшій частині рівнинної території України може забезпечити гравіметричними даними високоточне нівелювання при проведенні інженерно-геодезичних робіт та робіт на геодинамічних і техногенних полігонах.

The purpose of this work is to prove the necessity and possibility of returning to the orthometric system of heights in Ukraine and to substantiate the ways of solving this problem. The method of achieving the goal is provided by theoretical studies of existing methods of astronomical and geodetic leveling, modern methods of forecasting neotectonic processes, GNSS accuracy and geometric leveling. The main results are: the requirements for the accuracy of gravimetric support of high-precision geometric leveling, both DGM of Ukraine and high-altitude network of geodynamic and man-made landfills. The theoretical possibility of determining orthometric heights for almost 90 % of the territory of Ukraine with an accuracy of even 0.2 mm per 1 km of double stroke has been established. Scientific novelty and practical significance: it has been proved that even at the maximum values of GPP anomalies it is possible to consider orthometric and normal heights as segments of normal to the reference ellipsoid, as well as geometrical heights; if at astronomical and geodetic leveling to define a deviation of a temple with accuracy m0_sr = 0.2 “(accuracy of modern zenith systems even 0.08)”, it will bring an error in definition of a difference of orthometric heights of 0.2 mm on 1 km of the course if to determine this value from the available gravimetric maps of the deviation of the temple, this error will be 0.5–1 mm per 1 km of travel, which also corresponds to the leveling of even the first class; ; non-parallelism of equipotential surfaces should be taken into account when the difference between the force of gravity on the equipotential surface of the initial point of travel and at the point of intersection of this surface with the normal at the end point of travel exceeds 2 mGal; the force of gravity at the leveling station and on the force line of the field at the end of the course, at a height corresponding to the height of the corresponding leveling station, must be known at the sum of excesses during 10 m per 1 km with an accuracy of only 20 mGal. m per 1 km – 2 mGala, therefore, the modern model EIGEN-CG03C (accuracy is estimated within 8 Mgal) in most of the plains of Ukraine can provide gravimetric data for the creation of state leveling networks and high-precision leveling during engineering and geodetic works and works on geodynamic and man-made landfills.