Ключевая идея: в условиях региональных деформаций земной коры традиционный «стационарный» датум устаревает — нужен временно-зависимый подход (эпоха + поле скоростей + учёт скачков). Ниже — как меняются требования и практические стратегии обновления геодезической базы для крупной страны.
Как изменяются требования к датумам и системам координат
- Временная привязка: координаты должны иметь явную эпоху $t_0$. Для любого пункта требуется модель его изменения со временем (скорость/сезонность/скачки), иначе погрешности накапливаются.
- Кинематическая модель: вместо единой жёсткой матрицы трансформации нужно задавать вектор скорости $V$ и аппроксимацию координат в момент $t$:
$$X(t)=X(t_0)+V\cdot (t-t_0)$$
Для учёта случайных/сезонных колебаний добавляют дополнительные члены (синусоиды) или стохастическую модель.
- Учет разрывов (землетрясения, внезапная сжимаемость): модель должна поддерживать скачки $\Delta X_j$ в моменты $t_j$:
$$X(t)=X(t_0)+\sum _j\Delta X_{j}H(t-t_j)+V\cdot (t-t_0)$$
где $H$ — ступенька (Heaviside).
- Вертикальный датум: требуется регулярная синхронизация эллипсоидных высот GNSS и геоида/уровня моря. Для значительных вертикальных движений выгодна динамическая вертикальная модель (временная вертикальная привязка).
- Учет неопределённости: погрешность растёт со временем из‑за ошибки в скорости; приближённо
$${\sigma }_X(t{)}^2={\sigma }_X(t_0{)}^2+(t-t_0{)}^2{\sigma }_V^2+2(t-t_0)\mathrm{cov}(X,V).$$
Стратегии обновления геодезической базы (практические шаги)
1. Архитектура и политика
- Завести национальную систему CORS/CN (сеть постоянных станций) как «скелет» — сеть равномерно по стране + повышенная плотность в зонах критической инфраструктуры и с высокой деформацией.
- Требовать явных метаданных: эпоха $t_0$, скорость $V$, ковариация, модель скачков, ссылка на реализацию ITRF и дату реа-лизaции.
- Предоставлять API/сервисы трансформации, которые возвращают координаты на произвольную эпоху с учётом скоростей и скачков.
2. Наблюдения и технологии
- Постоянные GNSS‑станции (через NTRIP/RTCM) для реального мониторинга и реального времени (RTK/PPP).
- Кампании GNSS для плотности сетей в сельской местности и реконструкций эпох.
- InSAR для пространственно плотного картирования деформаций (особенно для медленных субсидий и тектонических разломов).
- Традиционные нивелирование + геоидные модели (GNSS+геоид) для вертикали; периодическая проверка абсолютной гравиметрией и приливными гауагами (tide gauges) на побережье.
- Сейсмомониторинг и энергичные GNSS (1 Hz+) для регистрации скачков/постсейсмических движений.
3. Моделирование и обработка
- Разработать национальную модель скоростей $V(x,y,z)$ и полевую модель сезонных/стохастических колебаний.
- Регулярно (рекомендуемо каждые $2-5$ лет) переобрабатывать архивные данные в последней реализации ITRF; полный пересмотр системы каждые $5-10$ лет или после крупных событий.
- Включать в продукты параметры скачков после землетрясений и предлагать «быстрые» обновления для критичных пользователей.
4. Практика трансформаций и совместимости
- Поддерживать и выдавать две формы: «эпохальную» (координаты + $t_0$+$V$) и «моментную» (координаты на любую требуемую дату).
- Для совместимости с историческими данными — давать инструмент обратного преобразования и оценку смещения между старым локальным датумом и новой динамической моделью.
- Документировать уровни точности и зоны ответсвенности (урбанистическая зона, сейсмоопасные зоны, прибрежные зоны).
5. Приоритеты и ресурсы
- Сначала охватить критическую инфраструктуру: порты, аэродромы, газ/нефте‑трубопроводы, плотины, города.
- Затем зделать национальную «скелетную» сеть и впоследствии денсификацию по классам потребителей.
- План аварийных обновлений: после крупного землетрясения — немедленная оценка и публикация отклонений/скачков.
6. Автоматизация и открытые данные
- Централизованное хранилище, автоматическая обработка (переобработка), оповещения о скачках/сменах скоростей.
- Открытые стандарты (EPSG/ISO), REST‑сервисы для трансформаций и загрузки моделей $V$, скачков, геоида.
Короткая формула для операционной работы с точкой
- Храните: $X(t_0),V,$ ковариацию и список скачков $\{\Delta X_j,t_j\}$.
- Получить координату в момент $t$:
$$X(t)=X(t_0)+\sum _{t_j<t}\Delta X_j+V(t-t_0)+\text{(сезонные/стохастические члены)}.$$
Резюме (что внедрить немедленно)
- Создать/расширить сеть постоянных GNSS, реализовать национальную модель скоростей и механизм публикации координат с эпохой/скоростями; обеспечить быстрые обновления после крупных событий; интегрировать InSAR/нивелирование для вертикали; обеспечить открытые API и документацию по трансформациям.
Если нужно, могу предложить пример структуры метаданных станции и пример REST‑интерфейса для трансформации координат.