ПЗ-90 или WGS-84: проблема выбора для гражданской авиации России.
По материалам журнала «Гражданская авиация» № 2 (729), февраль 2005г.

Совсем немного из новейшей истории спутниковой аэронавигации.

Прорыв человечества в космос, начавшийся во второй половине прошлого века, привел к широкому использованию спутниковых технологий для определения местоположения воздушных судов в воздухе и на земле. И хотя определение координат воздушных судов практически широко началось всего порядка 20 лет тому назад, в настоящее время точность этих определений возросла в сотни и даже тысячи раз. Благодаря использованию спутниковых технологий местоположение воздушных судов может определяться с точностью до единиц метра. А это позволило, повысив требования к точности самолетовождения, более эффективно решать такие задачи, как уменьшение интервалов между горизонтальными эшелонами (боковое эшелонирование) при полетах над Атлантикой, внедрить высокоэкономичные схемы зональной навигации RNAV и маневрирование в районе аэродрома (SID, STAR) и другое.

Известно, что для обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач в конце 70-х – начале 80-х годов ХХ столетия была создана советская (ныне - российская) глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС и американская – GPS (NAVSTAR). Естественно, эти системы, имеющие не только гражданское, но и, в первую очередь, военное назначение, создавались, опираясь на научно-технические взгляды и достижения различных коллективов, что не могло не привести к некоторым фундаментальным различиям между ними. Одним из них явилась их координатная основа.

Геодезическая основа отсчета и геодезические опорные системы ПЗ-90 или WGS-84.

Пользуясь терминологией, принятой ИКАО [ 1 ], под геодезической системой отсчета будем понимать концепцию прямоугольной системы координат (О0Х0Y0Z0), привязанной к Земле. Геодезическая система отсчета, принятая для ГЛОНАСС и GPS, одинаковы. Она предполагает, что математическая модель Земли представляет собой эллипсоид вращения, центр которого совпадает с центром масс Земли S. В этой точке S находится начало земной системы координат О0Х0Y0Z0. Эллипсоид вращения характеризуется большой полуосью – а и малой – b. На практике часто вместо параметра b используется параметр f=(a-b)/a, называемый сплюснутостью или сжатием.

Известно, что в соответствии с предложением Международной службы вращения Земли IERS (International Earth Rotation Service), для решения задач навигации система О0Х0Y0Z0 является правосторонней. Ось Z0 совпадает со средней осью вращения Земли, ось Х0 находится в средней плоскости меридиана Гринвича и перпендикулярна оси Z0, а ось Y0 лежит в плоскости экватора и перпендикулярна осям Х0Z0. Очевидно, что таким условиям может отвечать только одна единственная система координат О0Х0Y0Z0, которую можно себе только представить и описать. На практике ее можно реализовать только приближенно, с ошибками, зависящими от точности измерений и наблюдений. Практическая реализация геодезической системы отсчета получила название геодезической опорной системы ООПХОПYОПZОП.

Как указывалось выше, системы ГЛОНАСС и GPS создавались изолированно. При этом использовались отличные друг от друга методы и средства наблюдения и измерения, вследствие чего геодезическая опорная система Параметры Земли-90 (ПЗ-90), применяемая в системе ГЛОНАСС, отличается от системы WGS-84 (World Geodetic System – 1984).

Какая из этих опорных систем точнее, ближе к теоретической геодезической системе отсчета – предмет, во-первых, дискуссии специалистов-геодезистов, и, во-вторых, непрерывных уточнений параметров этих систем, в результате которых, кстати сказать, параметры обеих систем сближаются. К сказанному следует добавить, что Международная служба вращения Земли IERS предложила свою геодезическую систему ITRF, параметры которой так-же непрерывно уточняются. Система ITRF нашла более широкое распространение в мире, а не только в авиации и космонавтике, и, по мнению специалистов из разных областей ее использования, в настоящее время она является более точной. Сеть пунктов ITRF наиболее развита и потому она часто используется для определения координат не только в системе WGS-84, но и ПЗ-90 (например, при создании опорных геодезических сетей аэродрома). Заметим, что параметры WGS-84 в настоящее время практически (с точностью порядка 10 см) совпадают с параметрами ITRF.

По инициативе ИКАО в ее документах опубликованы параметры связи между системой ПЗ-90 и WGS-84. Эти параметры с течением времени уточняются, и разница между ними становится все меньше. Также укажем, что система ITRF принята в качестве опорной системы для Европейской спутниковой системы GALILEO, которая по существующим планам будет внедрена в эксплуатацию в 2008-2009 гг.

Так в какой системе координат проводить измерения и публикацию результатов геодезической съемки на аэродромах и воздушных трассах гражданской авиации России?
Скажем сразу: простого ответа на этот вопрос нет. Проблема выбора системы многогранна и сложна. Ясно только одно, что нужно переходить от ныне используемой в нашей стране «местной» системы координат СК-42, базирующейся на референц-эллипсоиде Ф.Н. Красовского, центр которого не совпадает с центром Земли, к геоцентрической общеземной системе.

Понимая это, в 1999 г. было выпущено Распоряжение ФАС России «О подготовке плана работ по привязке аэронавигационных ориентиров», в котором были приведены обоснование необходимости перехода к общеземной геоцентрической системе координат и даны предложения и методические рекомендации по привязке аэронавигационных ориентиров (АНО) на аэродромах и воздушных трассах в этой системе координат. Также для ориентировки были даны предложения по съемке АНО аэродромов и воздушных трасс, а также препятствий на них, которые подлежат геодезической съемке.

В начале июня 2000 г. был подписан приказ ФСВТ, в котором было указано:

«1. Принять с 01.01.2001г. Всемирную геодезическую систему – 1984 (WGS-84) в качестве единой геодезической опорной системы для определения и публикации в документах аэронавигационной информации гражданской авиации географических координат воздушных трасс и аэродромов Российской Федерации с разрешенной точностью».

А 28 июля того же года было подписано Постановление Правительства Российской Федерации, установившее, что система ПЗ-90 является единой государственной системой «для использования в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач».

Выход этого Постановления не может однозначно истолковываться как запрет на использование в нашей стране системы WGS-84. Здесь необходимо учитывать, что Россия ранее (а затем и позднее) подписала ряд документов ИКАО, в которых однозначно указывается, что страны-члены этой организации будут во всех новых документах и разработках использовать систему WGS-84. Вместе с тем противники применения в отечественной гражданской авиации системы WGS-84 продолжают настаивать на необходимости использования системы ПЗ-90.

Другие аспекты коллизии, создавшейся при выборе геодезической системы, оптимальной для российской гражданской авиации.

Они таковы, что, с одной стороны:

- удобно, если в России для военных и гражданских потребителей используется единая геодезическая система ПЗ-90;

- поскольку существует матрица перехода от системы ПЗ-90 к системе WGS-84, все российские и некоторые зарубежные ныне выпускаемые бортовые приемники могут работать со спутниками обоих созвездий,

- переход гражданской авиации на систему WGS-84 при сохранении использования отечественными военными потребителями ПЗ-90 в некоторых случаях может привести к дополнительным операциям в работе экипажей и служб УВД по пересчету координат из одной системы в другую.

Но, с другой стороны:

- в настоящее время единственной функционирующей в полном со-ставе спутниковой системой является GPS, базирующаяся на WGS-84,

- система ГЛОНАСС, базирующаяся на ПЗ-90, будет развернута в полном составе в лучшем случае в 2007-2009 г.г.,

- значительная часть парка российских воздушных судов оборудована приемниками, работающими только по сигналам GPS.

- на воздушных судах иностранного производства, все более широко эксплуатируемых гражданской авиацией России, установлены только бортовые приемники GPS.

- Россия поддержала решение ИКАО по разработке перспективных систем CNS/ATM, в соответствии с концепцией которых используется система WGS-84, принятая ИКАО, начиная с ноября 2004 г. в качестве единственной стандартной геодезической системы [ 2 ].

- одним из важнейших направлений совершенствования аэронавигационной системы России признана ее гармонизация с зарубежными системами в региональном и глобальном масштабах. Это, в частности, позволит напрямую использовать обширную нормативно-методическую документацию по WGS-84, выпускаемую ИКАО, Евроконтролем и рядом передовых зарубежных авиационных авиакомпаний и предприятий, в отечественной практике аэронавигации и УВД в нашей стране.

Можно назвать и другие «за» принятие системы WGS-84 в качестве геодезической опорной системы в гражданской авиации России.
Подчеркнем, что вышеизложенных взглядов придерживается подавляющее большинство специалистов-авиаторов и геодезистов. Это показал недавно проведенный в Москве семинар ИКАО, посвященный проблемам внедрения системы WGS-84 в государствах СНГ.

Таким образом, если не вдаваться в юридические и правовые проблемы, вывод напрашивается сам собой: гражданской авиации России целесообразно использовать систему WGS-84.
Представляется важным указать, что в России съемка ведется с использованием сети ITRF, а ее результаты представляются и в системе WGS-84 и системе ПЗ-90. А это значит, что, по существу, рассматриваемая проблема в основном сводится к тому, в какой из систем публиковать ее результаты. Не исключено, что в обеих.
При этом во всех случаях необходимо обеспечить высокое качество геодезической съемки. Но об этой важной проблеме следует поговорить отдельно.

Литература:
1.Руководство по Всемирной геодезической системе – 1984 (WGS-84), Doc. 9674 ИКАО.
2.Поправка № 33 к Приложению 15 к Конвенции о международной организации гражданской авиации.