Межгосударственный стандарт ГОСТ 32453-2017 "Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. N 1055-ст)

Межгосударственный стандарт ГОСТ 32453-2017
"Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек"
(введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. N 1055-ст)

Global navigation satellite system. Coordinate systems. Methods of transformations for determinated points coordinates

МКС 07.040

Дата введения - 1 июля 2018 г.
Взамен ГОСТ 32453-2013

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 Разработан Акционерным обществом "Научно-технический центр современных навигационных технологий "Интернавигация" (АО "НТЦ "Интернавигация")

2 Внесен Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 Принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по результатам голосования (протокол от 30 августа 2017 г. N 102-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Азербайджан	AZ	Азстандарт
Армения	AM	Минэкономики Республики Армения
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан	KZ	Госстандарт Республики Казахстан
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Молдова	MD	Молдова-Стандарт
Россия	RU	Росстандарт
Таджикистан	TJ	Таджикстандарт
Туркменистан	TM	Главгосслужба "Туркменстандартлары"
Узбекистан	UZ	Узгосстандарт
Украина	UA	Минэкономразвития Украины

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. N 1055-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32453-2017 введен в действие в качестве национального стандарта с 1 июля 2018 г.

5 Взамен ГОСТ 32453-2013

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на системы координат, входящие в состав систем геодезических параметров "Параметры Земли 1990 года" и референцные системы координат Российской Федерации.

Настоящий стандарт устанавливает методы преобразований координат и их приращений из одной системы в другую, а также порядок использования параметров преобразования систем координат при выполнении геодезических, навигационных, картографических работ с применением аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 большая полуось эллипсоида а: Параметр, характеризующий размер эллипсоида.

2.2 высокоточная геодезическая сеть; ВГС: Спутниковая геодезическая сеть со средним расстоянием между смежными пунктами 150-300 км, координаты которой определяются относительно пунктов фундаментальной астрономо-геодезической сети.

2.3 геоид: Эквипотенциальная поверхность, совпадающая с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия и продолженная под материками.

2.4 геодезическая высота: Высота точки над поверхностью отсчетного эллипсоида, отсчитываемая по нормали к эллипсоиду.

2.5 геодезическая долгота: Двугранный угол между плоскостями геодезического меридиана данной точки и начального геодезического меридиана.

2.6 геодезическая широта: Угол между нормалью к поверхности отсчетного эллипсоида, проходящей через заданную точку, и плоскостью его экватора.

2.7 гравитационное поле Земли; ГПЗ: Поле силы тяжести на поверхности Земли и во внешнем пространстве, обусловленное силой притяжения Земли и центробежной силой, возникающей в результате суточного вращения Земли.

2.8 квазигеоид: Геометрическое место точек, получаемых путем откладывания нормальных высот от точек физической поверхности Земли по нормали к эллипсоиду. Математическая поверхность, близкая к геоиду, и являющаяся отсчетной для установления системы нормальных высот.

2.9 космическая геодезическая сеть; КГС: Сеть геодезических пунктов, закрепляющих геоцентрическую систему координат, положение которых на земной поверхности определено по наблюдениям искусственных спутников Земли.

2.10 модель гравитационного поля Земли: Математическое описание характеристик гравитационного поля Земли.

2.11 нормальная высота: Измеренная разность геопотенциала в данной точке и начале счета высот, деленная на среднее значение нормальной силы тяжести.

2.12 нормальное гравитационное поле Земли: Модель гравитационного поля Земли, представляемая нормальным потенциалом силы тяжести уровенного эллипсоида вращения и фундаментальными геодезическими параметрами, однозначно определяющими отсчетную систему.

2.13 общеземной эллипсоид; ОЗЭ: Эллипсоид вращения, который характеризует фигуру и размеры Земли и применяется для обработки геодезических измерений на всей поверхности Земли в общеземной (геоцентрической) системе координат.

2.14 отсчетный эллипсоид: Эллипсоид вращения, который характеризует фигуру и размеры Земли и определенным образом ориентирован в теле Земли.

2.15 планетарная модель гравитационного поля Земли: Модель гравитационного поля Земли, отражающая гравитационные особенности Земли в целом.

2.16 плоскость астрономического меридиана: Плоскость, проходящая через отвесную линию в данной точке и параллельная оси вращения Земли.

2.17 плоскость геодезического меридиана: Плоскость, проходящая через нормаль к поверхности отсчетного эллипсоида в данной точке и параллельная его малой оси.

2.18 плоскость начального меридиана: Плоскость меридиана, от которого ведется счет долгот.

2.19 плоские прямоугольные координаты: Линейные величины, определяющие положение точек на плоскости, на которой отображена в заданной картографической проекции ограниченная часть поверхности отсчетного эллипсоида. Осями координат являются прямолинейные изображения экватора эллипсоида и осевого меридиана соответствующей зоны, пересекающиеся под прямым углом.

2.20 сжатие эллипсоида : Разность между большой или малой осями эллипсоида, выраженная в единицах большой полуоси и вычисляемая по формуле

.

2.21 первый (второй) эксцентриситет е (е`) эллипсоида: Фокальное расстояние с, выраженное в единицах большой (малой) полуоси эллипсоида и вычисляемое по формуле , где .

2.22 геодезические координаты: Параметры, два из которых (геодезическая широта и геодезическая долгота) характеризуют направление нормали к поверхности отсчетного эллипсоида в данной точке пространства относительно плоскостей его экватора и начального меридиана, а третий (геодезическая высота) представляет собой высоту точки над поверхностью отсчетного эллипсоида.

2.23 система геодезических параметров Земли: Совокупность параметров и точностных характеристик фундаментальных геодезических постоянных, общеземного эллипсоида, модели гравитационного поля Земли, геоцентрической системы координат и параметров трансформирования ее в другие системы координат.

2.24 спутниковая геодезическая сеть 1-го класса; СГС-1: Спутниковая геодезическая сеть со средним расстоянием между соседними пунктами 15 - 20 км, координаты которых определяются относительно высокоточной геодезической сети.

2.25 фундаментальная астрономо-геодезическая сеть; ФАГС: Спутниковая геодезическая сеть со средним расстоянием между соседними пунктами 650 - 1000 км, координаты которых определяются в геоцентрической системе координат.

2.26 фундаментальные геодезические постоянные: Взаимосогласованные геодезические постоянные, однозначно определяющие параметры общеземного эллипсоида и нормальное гравитационное поле Земли.

2.27 эквипотенциальная поверхность: Поверхность, в каждой точке которой потенциал остается постоянным.

2.28 параметры трансформирования систем координат: Параметры, с помощью которых выполняется преобразование координат из одной системы координат в другую.

3 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ВГС - высокоточная геодезическая сеть;

ГГС - государственная геодезическая сеть;

ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система Российской Федерации;

ГНСС - глобальная навигационная спутниковая система;

ГПЗ - гравитационное поле Земли;

ПЗ-90, ПЗ-90.02, ПЗ-90.11 - системы геодезических параметров "Параметры Земли 1990 года" Российской Федерации;

ГСК-2011 - геодезическая система координат 2011 года Российской Федерации, эпоха 2011 года;

СГС-1 - спутниковая геодезическая сеть 1-го класса;

СК - система координат;

ФАГС - фундаментальная астрономо-геодезическая сеть;

BIH - Международное бюро времени;

GPS - глобальная навигационная спутниковая система Соединенных Штатов Америки;

IERS - Международная служба вращения Земли;

ITRF - практическая реализация системы координат TRS, осуществляемая IERS;

IRM - референцный меридиан, установленный IERS;

IRP - референцный полюс, установленный IERS;

TRS - земная система координат, участвующая вместе с Землей в ее суточном вращении вокруг оси;

TRF - практическая реализация системы координат TRS;

a_WGS-84 - большая полуось общеземного эллипсоида в системе WGS-84;

а_Кр - большая полуось эллипсоида Красовского;

- сжатие эллипсоида Красовского;

WGS-84 - система геодезических параметров "Мировая геодезическая система 1984 года" Соединенных Штатов Америки.

4 Земная система координат и ее практические реализации

Земная система координат предназначена для количественного описания положения и движения объектов, находящихся на поверхности Земли и в околоземном пространстве.

Количественными характеристиками положения точки в земной системе координат являются координаты, имеющие вариации во времени, вызванные геофизическими явлениями (тектоническими или приливными деформациями).

Практическая реализация TRS, осуществляемая IERS, получила наименование ITRF и заключается в определении координат пунктов (и их скоростей изменения во времени), закрепляющих ITRF на поверхности Земли.

Начало и направление осей системы координат ITRF определены следующим образом:

- начало - в центре масс Земли;

- ось Z направлена в IRP;

- ось X направлена в точку пересечения плоскости IRM с плоскостью, проходящей через начало системы координат TRF и перпендикулярную к оси 2;

- ось Y дополняет систему до правой ортогональной координатной системы.

Точность последних практических реализаций TRS находится на субсантиметровом уровне точности определения координат пунктов.

Практические реализации земной системы координат TRS, используемые в глобальных навигационных спутниковых системах ГЛОНАСС (ПЗ-90) и GPS (WGS-84), а также референцные системы координат Российской Федерации (СК-42, СК-95, ГСК-2011) приведены в 4.1.

Примечание - В настоящее время Международной службой вращения Земли получена практическая реализация TRS, обозначаемая как ITRF-2014 на эпоху 2010 года.

4.1 Системы геодезических параметров

4.1.1 Система геодезических параметров "Параметры Земли 1990 года"

4.1.1.1 Система геодезических параметров ПЗ-90 включает в себя:

- фундаментальные геодезические постоянные;

- параметры ОЗЭ;

- систему координат ПЗ-90, закрепляемую координатами пунктов космической геодезической сети;

- характеристики модели ГПЗ;

- параметры трансформирования геоцентрической системы координат ПЗ-90 в референцные системы координат России и зарубежные системы координат.

Параметры трансформирования между системой координат ПЗ-90 и референцными системами координат России и порядок их использования при преобразовании систем координат приведены в приложении А.

Примечание - В соответствии с [1] в настоящее время установлена государственная геоцентрическая система координат "Параметры Земли 1990 года" (ПЗ-90), отнесенная к эпохе 2010.0 и обозначаемая как ПЗ-90.11.

Числовые значения элементов трансформирования между системами координат ПЗ-90, ПЗ-90.02 и ПЗ-90.11, а также порядок их использования при преобразовании систем координат приведены в приложениях Б и В.

4.1.1.2 Теоретическое определение системы координат ПЗ-90 основывается на следующих положениях:

- начало системы координат расположено в центре масс Земли;

- ось Z направлена к условному земному полюсу (международному условному началу);

- ось X лежит в плоскости начального астрономического меридиана, установленного IERS и Международным бюро времени;

- ось Y дополняет систему до правой системы координат.

4.1.1.3 Положения точек в системе ПЗ-90 могут быть получены в виде пространственных прямоугольных или геодезических координат.

Геодезические координаты относятся к ОЗЭ, размеры и форма которого определяются значениями большой полуоси и сжатия.

Центр ОЗЭ совпадает с началом системы координат ПЗ-90, ось вращения эллипсоида - с осью Z, а плоскость начального меридиана - с плоскостью XOZ.

Примечание - За отсчетную поверхность в системах геодезических параметров ПЗ-90, ПЗ-90.02 и ПЗ-90.11 принят общеземной эллипсоид с большой полуосью а_ПЗ = 6378136 м и сжатием  = 1/298,25784.

4.1.2 Система геодезических параметров "Мировая геодезическая система 1984 года"

4.1.2.1 Система параметров WGS-84 включает в себя:

- фундаментальные геодезические постоянные;

- систему координат WGS-84, закрепляемую координатами пунктов глобальной геодезической сети;

- параметры ОЗЭ;

- характеристики модели ГПЗ;

- параметры элементов трансформирования между геоцентрической системой координат WGS-84 в различные национальные системы координат.

Параметры элементов трансформирования между геоцентрическими системами координат ПЗ-90 и WGS-84, а также порядок использования элементов трансформирования приведены в приложении Г.

Примечание - В настоящее время действует шестая версия системы координат WGS-84, отнесенная к эпохе 2005.0 и обозначаемая как WGS-84 (G1762). В приведенных обозначениях версий системы координат WGS-84 литера "G" означает "GPS", а "730", "873", "1150" и "1762" указывают на номер GPS-недели, соответствующей дате, к которой отнесены эти версии системы координат WGS-84.

По оценкам зарубежных специалистов система координат WGS-84 (G1762) согласована с системой координат ITRF-2008 на субмиллиметровом уровне.

4.1.2.2 Теоретическое определение системы координат WGS-84 основывается на следующих положениях:

- начало системы координат расположено в центре масс Земли;

- ось Z направлена в IERS Reference Pole (IRP);

- ось X направлена в точку пересечения плоскости (IRM) с плоскостью, проходящей через начало системы координат WGS-84 и перпендикулярную к оси Z;

- ось Y дополняет систему до правой системы координат.

4.1.2.3 Положения точек в системе WGS-84 могут быть получены в виде пространственных прямоугольных или геодезических координат.

Геодезические координаты относятся к ОЗЭ, размеры и форма которого определяются значениями большой полуоси и сжатия.

Центр эллипсоида совпадает с началом системы координат WGS-84, ось вращения эллипсоида совпадает с осью Z, а плоскость начального меридиана - с плоскостью XOZ..

Примечание - За отсчетную поверхность в WGS принят общеземной эллипсоид с большой полуосью a_WGS-84, равным 6378137 м, и сжатием , равным 1/298,257223563.

4.2 Референцные геодезические системы координат Российской Федерации

4.2.1 Геодезическая система координат Российской Федерации ГСК-2011

4.2.1.1 В соответствии с [1] в качестве государственной установлена также ГСК-2011, отнесенная к эпохе 2011 года.

ГСК-2011 - государственная геодезическая система координат, предназначенная для осуществления геодезической, картографической, навигационной и других видов деятельности для текущих и перспективных потребностей экономики, науки, обороны и безопасности Российской Федерации и обеспечивающая преемственность существующих геодезических систем координат СК-95 и СК-42.

4.2.1.2 Теоретическое определение системы координат ГСК-2011 основывается на следующих положениях:

- начало системы координат расположено в центре масс Земли;

- ось Z направлена к Условному земному полюсу, как определено рекомендациями IERS и BIH;

- ось X направлена в точку пересечения плоскости экватора и начального меридиана, установленного BIH;

- ось Y дополняет систему до правой системы координат.

4.2.1.3 ГСК-2011 закрепляется на поверхности Земли пунктами ФАГС, ВГС, СГС-1, а также пунктами ГГС Российской Федерации общим числом около 300000.

4.2.1.4 Положения точек в системе ГСК-2011 могут быть получены в виде пространственных прямоугольных или геодезических координат.

Геодезические координаты относятся к ОЗЭ, размеры и форма которого определяются значениями большой полуоси и сжатия.

Центр ОЗЭ совпадает с началом системы координат ГСК-2011, ось вращения эллипсоида совпадает с осью Z, а плоскость начального меридиана - с плоскостью XOZ.

Примечание - За отсчетную поверхность в ГСК-2011 принят общеземной эллипсоид с большой полуосью а_ГСК-2011, равной, 6 378 136,5 м, и сжатием , равным 2564151.

4.2.2 Референцные системы координат СК-95 и СК-42

Кроме ГСК-2011 координатная основа Российской Федерации представлена референцной системой координат, реализованной в виде ГГС, закрепляющей систему координат на территории страны, и государственной нивелирной сети, распространяющей на всю территорию страны систему нормальных высот (Балтийская система), исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока.

Положения определяемых точек относительно координатной основы могут быть получены в виде пространственных прямоугольных или геодезических координат либо в виде плоских прямоугольных координат и высот.

Геодезические координаты в референцных системах координат Российской Федерации СК-95 и СК-42 относятся к эллипсоиду Красовского, размеры и форма которого определяются значениями большой полуоси а_Кр, равной 6378245 м, и сжатия , равного 1/298,3.

Центр эллипсоида Красовского совпадает с началом референцной системы координат, ось вращения эллипсоида параллельна оси вращения Земли, а плоскость нулевого меридиана определяет положение начала счета долгот.

Примечание - В соответствии с [1] система геодезических координат 1995 года (СК-95) и единая система геодезических координат 1942 года (СК-42), введенная в соответствии с [2], применяются до 1 января 2021 г. в отношении материалов (документов), созданных с их использованием.

5 Методы преобразований координат определяемых точек

5.1 Преобразование геодезических координат в прямоугольные пространственные координаты и обратно

5.1.1 Преобразование геодезических координат в прямоугольные пространственные координаты осуществляют по формулам:

,

(1)

где X, Y, Z - прямоугольные пространственные координаты точки;

В, L - геодезические широта и долгота точки соответственно, рад;

Н - геодезическая высота точки, м;

N - радиус кривизны первого вертикала, м;

е - эксцентриситет эллипсоида.

Значения радиуса кривизны первого вертикала и квадрата эксцентриситета эллипсоида вычисляют соответственно по формулам:

,

(2)

,

(3)

где а - большая полуось эллипсоида, м;

- сжатие эллипсоида.

5.1.2 Для преобразования пространственных прямоугольных координат в геодезические необходимо проведение