2023-67-1

А.О. Куприянов (1), А.А. Петрукович (2), А.М. Мёрзлый (2,3), О.В. Никифоров (2), Я.А. Сахаров (4), А.А. Чернышев (2), А.Т. Янаков (2), Д. Замогильный (1)

(1) Московский государственный университет геодезии и картографии, Москва, Россия
(2) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
(3) Совет РАН по космосу, Москва, Россия
(4) Полярный геофизический институт, Мурманск, Россия

Оперативный мониторинг параметров ионосферы в Арктической зоне остается на данный момент актуальной задачей. Это связано в первую очередь с влиянием полярной ионосферы на функционирование средств связи, навигацию и радиолокацию. Возникающие магнитно-ионосферные возмущения в Арктической зоне приводят к изменению условий распространения радиоволн различного диапазона. Ухудшение точностных характеристик радио-технических средств различного назначения требует достоверного знания параметров среды распространения радиосигнала для разработки мер компенсации или уменьшения влияния возмущений полярной ионосферы.
Для отработки методик оперативного мониторинга ионосферы в арктической зоне был проведен этап совместной комплексной арктической экспедиции (КЭ «Артика-21»). Этап проведен в период с 18 по 24 марта 2021 на острове Земля Александры архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) на станции «Омега» Национального парка «Русская Арктика» (НПРА). Цель первого этапа ― отработка технологии экспериментальной оценки, оперативного прогноза и визуализации параметров высокоширотной ионосферы на ЗФИ в интересах решения научных и прикладных задач. В статье рассматривается методика определения ионосферных параметров с применением мультичастотных ГНСС-приемников и различные варианты визуализации данных для последующего анализа. Результаты показывают, что применение ГНСС позволяет оценить ряд ионосферных параметров. В том числе рассматривается возможность оценки оперативного прогноза текущих характеристик высокоширотной ионосферы (границ овала) по данным ГНСС.

Куприянов А.О., Петрукович А.А., Мёрзлый А.М., Никифоров О.В., Сахаров Я.А., Чернышев А.А., Янаков А.Т., Замогильный Д. Экспериментальные результаты применения трансионосферного зондирования на основе ГНСС для оперативной оценки параметров высокоширотной ионосферы во время экспедиции на архипелаге Земля Франца-Иосифа // Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». 2023. Т. 67. № 1. С. 6–17. DOI:10.30533/GiA-2023-001.

Одна из основных задач физической геодезии состоит в определении внешнего гравитационного поля Земли (ГПЗ). На данный момент можно полагать, что низкочастотная часть ГПЗ хорошо изучена и достаточно надежно описывается рядами по шаровым функциям. Актуальной остается задача локального моделирования высокочастотной части ГПЗ. Указанную задачу предлагается трактовать как решение дифференциального уравнения Лапласа в виде глубокой искусственной нейросети (ИНС). При этом роль псевдо начально-краевых условий играют имеющиеся в локальном районе результаты измерения различных трансформант геопотенциала. Приведена блок-схема алгоритма решения задачи в указанной постановке. В качестве глубокой ИНС используется многослойный персептрон обратного распространения. Возникающая при этом проблема вычисления частных производных решается с помощью хорошо известной в настоящее время техники автоматического компьютерного дифференцирования. Алгоритм адаптивного оценивания стохастических моментов (Adam) позволяет надежно осуществить процедуру модификации параметров ИНС. В заключении указываются теоретические проблемы, подлежащие дальнейшему исследованию: достаточность исходных данных для единственности решения,
оценивание точности результатов и др.

Нейман Ю.М., Сугаипова Л.С. Решение дифференциального уравнения Лапласа в виде глубокой нейросети как единый алгоритм приближенного решения задач физической геодезии в локальном районе // Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». 2023. Т. 67. № 1. С. 18–25. DOI:10.30533/GiA-2023-002.

Одним из современных методов формирования геопространственных данных является лазерное сканирование. Совместное применение нескольких видов лазерного сканирования позволяет преодолеть недостатки построения цифровой модели местности по одному набору данных. В статье рассмотрены варианты совместного применения данных лазерного сканирования различных видов, их преимущества перед аэрофотосъемкой. Предложена универсальная методика интеграции таких
видов лазерного сканирования, как наземное и воздушное, конечным результатом которой является цифровая модель местности в виде единого классифицированного массива точек лазерных отражений, подготовленного для построения твердотельных или поверхностных моделей. Представлены результаты исследования предложенной методики на примере данных наземного лазерного сканера Leica ScanStation 2 и воздушного АГМ-МС3, установленного на беспилотный летательный аппарат Геоскан 401. Оценена точность привязки данных наземного и воздушного лазерного сканирования. Продемонстрированы примеры выполненной интеграции в виде единого массива точек лазерных отражений. Результаты исследования показали высокой уровень автоматизации и точности представленного решения.

Ранее автор статьи предложил новый метод компарирования нивелирных реек на стенде с многоэлементными фотоприемниками, рассмотренный на примере компарирования шашечной рейки. Метод основан на постоянстве положения пикселей матрицы цифрового фотоаппарата, которая используется в качестве измерительной шкалы. В данной статье представлены источники погрешностей при компарировании нивелирных реек на разработанном стенде. Приведена функция оценки точности функционирования стенда и описаны ее параметры: параметры объектива, параметры конфигурации стенда, параметры элементов конструкции стенда, погрешности измерений. Параметры функции разбиты на элементы и описаны их взаимосвязи. Основными элементами параметров функции оценки точности функционирования стенда являются: фокусное расстояние и дисторсия объектива, расстояние от поверяемой рейки до точки крепления цифровой фотокамеры (ЦФ), неперпендикулярность визирной оси ЦФ и плоскости рейки, непараллельность оси направляющей и оси рейки, погрешности измерения на снимке и перестановки ЦФ. В результате получена погрешность компарирования одного метра нивелирной рейки с помощью стенда, которая составила 0,07 мм, что доказывает возможность использования, предложенного автором метода, при компарировании шашечных реек для нивелирования III и IV классов.

В целях информационного обеспечения в различных областях государственной деятельности создаются комплекты высокоточной геопространственной информации. Требования к актуальности и точности информации в интересах государства в последние годы значительно выросли. Так, точность в плане и по высоте должна составлять единицы метров. Получить такие значения невозможно без использования различных источников исходной информации:
высокоточных материалов дистанционного зондирования Земли, материалов планово-высотной основы, в том числе высокоточных цифровых моделей, топографических карт и других дополнительных материалов. На территорию Российской Федерации такие данные можно получить, а также проверить с помощью измерений на местности. На зарубежную (недоступную) территорию для достижения требуемых точностей необходимо использовать материалы
из открытых источников, для которых требуется проверка достоверности. В данной статье рассмотрены вопросы оценки точности ЦМР на территорию США из открытых источников. Исследована возможность использования данных моделей для практических целей при создании измерительных документов. Материалы будут полезны при создании информационного обеспечения, используемого в различных сферах деятельности.

навигационная база геопространственных данных, информационное обеспечение, информационное картографическое обеспечение, математическая модель, множество технологических решений, сбор геоданных, анализ геоданных, технологическая схема, геоинформационные системы, обработка навигационных параметров

Разработана аналитическая модель технологических процессов создания и обновления навигационной базы геопространственных данных. Проанализирован методический подход к формированию эффективных технологических цепочек, позволяющих получить различные варианты этих технологических процессов в соответствие с требованиями пользователей. Определен метод решения задачи оптимизации технологических процессов. В основу разработки аналитической модели технологических процессов создания и обновления навигационной базы геопространственных данных положены основные базовые понятия теории множеств. Это позволило оптимизировать набор технологических процессов для решения типовых и нестандартных прикладных навигационных задач, обеспечивающих создание и обновление навигационной базы геопространственных данных. Правильность построенной аналитической модели технологических процессов создания и обновления навигационной базы геопространственных данных подтверждена экспериментально.

В последние годы широкое распространение получило применение 3D моделей городов, что обусловило необходимость отображения таких моделей в мультимасштабном представлении в режиме реального времени и с достаточной детализацией. В начале 21-го века большое внимание уделялось генерализации 3D зданий: были предложены несколько методов и алгоритмов для автоматического обобщения 3D моделей зданий для упрощения геометрии 3D объектов до требуемого уровня детализации и соответствующего масштаба представления. В данной работе описывается подход к автоматической генерализации 3D моделей зданий и их отображению в соответствии с требуемым уровнем детализации или масштабом представления. Метод основан на окончательных обобщенных контурах зданий в соответствии с предложенным алгоритмом генерализации контуров зданий, разработанным в моей диссертации, где эти контура застройки экстраполированы (подняты) до требуемой высоты самих зданий. Полученная на этом этапе 3D модель является окончательной обобщенной 3D моделью здания, которая будет отображаться в наименьшем масштабе в результате применения предложенного алгоритма генерализации (обобщения) 3D моделей здания. После этого находятся пересечения окончательных 3D моделей здания, полученных на первом этапе, с исходной 3D моделью здания. Внутри окончательной обобщенной модели здания строятся все пересечения граней модели, а сама 3D модель здания делится на кубоиды. Часть этих кубоидов будет входить в исходную 3D модель здания, а другая часть - нет, то есть находиться вне исходной модели, но будет располагаться внутри окончательной обобщенной модели здания. Часть исходной 3D модели здания вне пределов окончательной 3D модели здания разбивается на кубоиды (примитивы). После этого выбираются все кубоиды, у которых кратчайший размер равен пороговому значению отображения или превышает его. Отобранные по этому критерию кубоиды, находящиеся внутри окончательной обобщенной модели и не принадлежащие исходной модели здания, удаляются, а кубоиды, находящиеся вне окончательной 3D модели здания, добавляются к ней.

Отмечается, что проблема выявления и устранения реестровых ошибок в кадастре усугубляется тем, что при постановке на кадастровый учет недвижимости отсутствует эффективный механизм сопряжения координат характерных точек смежных границ земельных участков (сопряжение границ земельных участков). Выявлено, что реестровая ошибка – это грубое нарушение, допущенное кадастровым инженером в юридическом, технологическом или техническом аспектах. С позиции технологии геодезических измерений введено авторское определение реестровой ошибки и использован статистический критерий для выявления этой ошибки. Предложено тестирование гипотезы о равенстве нулю расстояния между двумя независимыми определениями положения в плане характерной точки на общей границе земельных участков. Когда нулевая гипотеза не отвергнута и/или реестровые ошибки исключены, рекомендовано производить сопряжение границ земельных участков. Рассмотрено решение задачи сопряжения границ земельных участков в Едином государственном реестре недвижимости (ЕГРН). Высказано мнение, что этот подход обладает низкой эффективностью. При внесении сведений в ЕГРН предложено осуществлять сопряжение границ земельных участков способом среднее неравноточных, коррелированных данных. Разработана технология сопряжения границ земельных участков как для групп характерных точек на общей границе земельных участков, так и для узловых характерных точек, одновременно являющихся общими для нескольких участков. На основании вычислительного эксперимента методом Монте-Карло была доказана эффективность предлагаемого способа и разработанной технологии. Отмечается унифицированность алгоритма этого способа. Предложено создать на портале Росреестра Единый региональный центр математической обработки и сопряжения границ земельных участков. Сделан вывод, что авторские разработки позволят создать основу для повышения точности, качества и надежности кадастра.