ПЗ-90

ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года) — это государственная система геодезических параметров и референцная система координат, используемая в Российской Федерации для решения задач навигации, геодезии, картографии и дистанционного зондирования Земли. Она представляет собой совокупность числовых значений фундаментальных геодезических констант, параметров общеземного эллипсоида и гравитационного поля Земли, а также правил построения и ведения единой системы геодезических координат. ПЗ-90 является официальной системой координат для глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС и обеспечивает высокоточное определение местоположения объектов на территории России и за её пределами.

История создания и развития

Разработка системы ПЗ-90 была начата в 1980-х годах в рамках программы создания отечественной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС. К тому времени в СССР использовались различные референцные системы (например, система координат 1942 года — СК-42), которые не обеспечивали необходимой точности и глобальной согласованности данных. Первая версия параметров, получившая название ПЗ-90, была официально утверждена в 1990 году постановлением Правительства СССР. Основной целью её создания было приведение геодезического обеспечения в соответствие с требованиями спутниковой навигации, где необходима единая геоцентрическая система координат с началом в центре масс Земли.

В 2000-х годах, в связи с развитием ГЛОНАСС и повышением требований к точности, была проведена модернизация системы. В 2007 году вышла уточнённая версия — ПЗ-90.02, которая учитывала новые данные гравиметрических измерений и спутниковой альтиметрии. В 2013 году была принята третья редакция — ПЗ-90.11, которая максимально сблизила параметры с международной системой ITRS (International Terrestrial Reference System) и WGS-84 (World Geodetic System 1984), используемой в GPS. Последнее на данный момент уточнение — ПЗ-90.2 — было введено в действие в 2021 году и обеспечивает точность определения координат на уровне нескольких сантиметров.

Основные параметры

Система ПЗ-90 включает в себя три ключевых компонента: фундаментальные геодезические константы, параметры референц-эллипсоида и модель гравитационного поля.

Фундаментальные константы

К ним относятся:

• Геоцентрическая гравитационная постоянная (GM) — произведение гравитационной постоянной на массу Земли. Для ПЗ-90.11 значение составляет 398 600,4418 км³/с².
• Угловая скорость вращения Земли (ω) — 7,2921150 × 10⁻⁵ рад/с.
• Скорость света в вакууме (c) — 299 792 458 м/с.

Параметры референц-эллипсоида

Земля аппроксимируется эллипсоидом вращения, для которого определены:

• Большая полуось (a) — 6 378 136 м.
• Сжатие (f) — 1/298,25784.

Эти значения близки к параметрам эллипсоида WGS-84, что облегчает взаимный пересчёт координат между системами ГЛОНАСС и GPS.

Модель гравитационного поля

ПЗ-90 включает гармонические коэффициенты разложения гравитационного потенциала Земли до определённой степени и порядка (в версии ПЗ-90.11 — до 360-й степени). Это позволяет вычислять высоты геоида — поверхности, совпадающей со средним уровнем моря, — с точностью до десятков сантиметров.

Система координат

Система координат ПЗ-90 является геоцентрической: начало координат совпадает с центром масс Земли. Оси ориентированы следующим образом:

• Ось Z направлена на условный полюс Земли (средний полюс эпохи 1900–1905 годов).
• Ось X лежит в плоскости экватора и направлена на нулевой меридиан (Гринвичский).
• Ось Y дополняет систему до правой тройки векторов (направлена на 90° восточной долготы).

Координаты точки в ПЗ-90 могут быть представлены в двух форматах:

• Геодезические координаты — широта (B), долгота (L) и высота над эллипсоидом (H).
• Прямоугольные пространственные координаты (X, Y, Z).

Для перехода между ПЗ-90 и другими системами (например, WGS-84 или СК-42) существуют официальные параметры трансформирования, утверждённые Министерством обороны РФ.

Применение

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС

Основное назначение ПЗ-90 — обеспечение работы ГЛОНАСС. Эфемериды спутников и координаты наземных станций рассчитываются именно в этой системе. Потребители сигнала ГЛОНАСС (навигаторы, смартфоны, бортовые компьютеры) получают координаты в ПЗ-90, которые затем могут быть пересчитаны в локальные системы.

Геодезия и картография

ПЗ-90 используется при создании государственных топографических карт, планов и цифровых моделей рельефа. Она служит основой для Единой государственной системы геодезических координат (ЕГСГК), внедрение которой началось в 2010-х годах. Переход на ПЗ-90 позволил унифицировать геодезические работы на всей территории России, устранив разрывы и нестыковки, характерные для старых систем.

Дистанционное зондирование Земли

Данные спутниковой съёмки (например, с аппаратов «Ресурс-П» или «Канопус-В») привязываются к ПЗ-90, что обеспечивает точное совмещение снимков разных эпох и с разных спутников.

Оборона и безопасность

Система используется в военных целях: для наведения высокоточного оружия, управления беспилотными летательными аппаратами, картирования местности и координации подразделений.

Отличия от других систем

ПЗ-90 и WGS-84

WGS-84 — американская система, используемая в GPS. Параметры эллипсоидов и ориентация осей в ПЗ-90.11 и WGS-84 (G1762) практически идентичны. Разница в координатах одной и той же точки обычно не превышает 1–2 метров, что для большинства гражданских применений несущественно. Однако в высокоточных задачах (например, в геодезии) требуется учитывать систематические смещения, которые описываются семью параметрами трансформирования (три сдвига, три поворота и масштабный коэффициент).

ПЗ-90 и СК-42

СК-42 (Система координат 1942 года) — референцная система, где эллипсоид Красовского смещён относительно центра масс Земли. Переход из СК-42 в ПЗ-90 требует сложных преобразований, и разница в координатах может достигать десятков метров. С 2021 года СК-42 официально выводится из употребления в России, уступая место ПЗ-90.

Интересные факты

• Параметры ПЗ-90 периодически уточняются по результатам измерений Международной службы вращения Земли (IERS) и данным российской сети фундаментальных астрономо-геодезических станций.
• Для обеспечения единства измерений в России создана Государственная первичная эталонная база в области геодезических координат, включающая 26 пунктов, координаты которых определены в ПЗ-90 с точностью до 1 см.
• Система ПЗ-90 признана Международным союзом геодезии и геофизики (IUGG) как одна из региональных реализаций Международной земной референц-системы (ITRS).

Источники

• Постановление Правительства РФ от 28 декабря 2021 г. № 2499 «Об утверждении Положения о государственной системе координат ПЗ-90.2».
• «Параметры Земли 1990 года (ПЗ-90.11)». Справочный документ. М.: Министерство обороны РФ, 2013.
• Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 (редакция 5.1). М., 2008.
• «Системы координат и преобразования в спутниковой навигации». Учебное пособие / Под ред. В. Н. Овсянникова. — М.: Радиотехника, 2015.