UGR: Despre stadiul actual si probleme ale sistemelor de referinta si coordonate in Romania

Despre stadiul actual si probleme ale sistemelor de referinta si coordonate in Romania

Sisteme de Referinta si Coordonate (SRC)

O categorie larga de utilizatori profesionisti sau amatori utilizeaza in prezent tehnologia de pozitionare globala cu ajutorul satelitilor de navigatie GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Ei doresc sa poata determina coordonatele si sa le transpuna rapid pe o harta existenta, care in trecut era disponibila in format analog (printata), iar in prezent este in format digital. Determinarea pozitiei se realizeaza in general relativ la o suprafata de referinta, care este adoptata conventional (plan, sfera, elipsoid de rotatie, geoid s.a.). Punctele de pe suprafata topografica sunt referite la aceasta suprafata prin determinarea prin masuratori a unor marimi (distante, unghiuri, diferente de nivel, gravitate) intre puncte si suprafata de referinta.

Sistemul de referinta si coordonate (SRC) este un sistem care include doua componente: sistemul de referinta (datum) si sistemul de coordonate. Datumul include 3 clase: datum geodezic (se refera in general la pozitii geocentrice in spatiul 2D sau 3D), datum vertical (se refera la altitudini) si datum ingineresc (se refera la pozitii pentru lucrari ingineresti unde referinta se alege local) (fig. 1).

Sistemul de referinta spatial dat direct prin coordonate include un sistem de coordonate referit la Pamant prin intermediul datumului.

Componenta orizontala si cea verticala care descriu pozitia in spatiu pot proveni uneori din diverse SRC. Acest fapt poate fi asimilat prin intermediul unor Sisteme de Referinta si Coordonate Compuse (SRCC). SRCC descriu pozitia pe baza a doua sisteme de referinta si de coordonate independente. Un sistem de referinta european neambiguu poate fi descris ca un SRCC conform figurii 2.

O operatie aplicata coordonatelor este o schimbare a coordonatelor dintr-un sistem de coordonate in altul, bazate pe acelasi datum. Transformarile de coordonate si conversiile de coordonate sunt categorii ale operatiilor aplicate coordonatelor. Ca exemple de transformari de coordonate pot fi: trecerea coordonatelor din sistem elipsoidal/geodezic (latitudine, longitudine si cota) in sistem cartezian (X, Y, Z) sau invers, trecerea din coordonate geodezice in coordonate in plan de proiectie (Nord, Est), sau schimbarea unitatilor de masura din radiani in grade sau din „picioare” (feet) in metri. O conversie de coordonate utilizeaza parametri care au valori constante. O transformare de coordonate utilizeaza parametri care trebuie determinati empiric pe baza unui set de puncte avand coordonate in ambele sisteme de referinta. Relatia de calcul cea mai des utilizata in cazul transformarilor de coordonate este transformarea Helmert cu 7 parametri (fig. 3).

Schimbarea coordonatelor dintr-un sistem de referinta si coordonate in alt sistem de referinta si coordonate poate proveni dintr-o serie de operatii constand in una sau mai multe transformari si/sau una sau mai multe conversii. O operatie de concatenare consta intr-o schimbare de coordonate in urma uneia sau mai multor transformari si/sau conversii. Nu exista o limita superioara a numarului pasilor pe care sa-i aiba operatia de concatenare.

Relatiile existente intre coordonatele in SRC european (ETRS89-European Terrestrial Reference System), un SRC national si un sistem de proiectie european (ca, de exemplu, UTM – Universal Transversal Mercator) pot fi reprezentate ca in figura 4.

Reglementari in ceea ce priveste SRC sunt realizate in prezent la nivel international prin comitetele ISO, cum este ISO/TC 211, la nivel european prin Eurogeographics, iar la nivel national prin ASRO (Asociatia Romana de Standardizare) si ANCPI (Agentia Nationala de Cadastru si Publicitate Imobiliara). Nu in ultimul rand, reglementari cu privire la SRC in Europa sunt incluse in directive europene, cum este Directiva 2007/2/CE a Parlamentului European si a Consiliului, de instituire a unei infrastructuri de informatii spatiale in Comunitatea Europeana – INSPIRE. Definirea standardelor pentru SRC utilizate in aplicatiile GIS se face ca urmare a unor decizii influentate de factori politici, organisme si organizatii tehnice si stiintifice.

Stadiul actual al implementarii SRC in Romania

Odata cu dezvoltarea proiectelor internationale legate de sistemele informatice geografice (GIS) utilizate in diferite domenii, care urmaresc asigurarea compatibilitatii si interoperabilitatii datelor spatiale si a serviciilor aferente in context comunitar si transfrontalier, s-a intensificat utilizarea tehnologiei GNSS. A aparut astfel necesitatea transformarii coordonatelor GNSS in coordonate in SRC ale diferitelor tari. Pentru dezvoltarea proiectelor internationale s-a impus necesitatea utilizarii unui SRC unic, care in Europa este in prezent ETRS89.

In Romania dupa anul 1951 si in tarile din Estul Europei (membre ale Tratatului de la Varsovia) a fost utilizat in trecut SRC denumit S42 (Sistem 1942), care aproxima  Pamantul cu un elipsoid (Krasovski 1940) si utiliza un plan de proiectie similar cu cel UTM, denumit Gauss-Kruger. Dupa anul 1971, SRC S42 a fost modificat prin adoptarea unei noi proiectii – proiectia Stereografica 1970. Ca urmare a Decretului nr. 305 din septembrie 1971, emis de catre Consiliul de Stat al Romaniei, in sectorul civil al tarii s-a decis inlocuirea proiectiei Gauss-Kruger cu o noua proiectie denumita 1970, care prezinta o serie de avantaje legate de deformatiile liniare si areolare induse de reprezentarea intr-un plan a unor puncte determinate pe suprafata unui ellipsoid. Printre altele, Decretul prevedea ca „lucrarile geodezice, topo-fotogrametrice si necesare economiei nationale se executa in sistem de proiectie stereografica 1970 si sistem de cote referite la Marea Neagra”.

Datumul vertical se refera la determinarea altitudinilor relativ la o suprafata de referinta, care poate diferi de cea utilizata pentru datumul geodezic. Aceasta suprafata este definita in general de geoid (apropiat de suprafata marilor si oceanelor si care in practica este transpus printr-un punct fundamental (de referinta) materializat in general pe litoral, fata de care se determina punctele unei retele de nivelment). Pentru determinarea altitudinii punctelor, in Romania s-a utilizat datumul vertical referit la Marea Neagra (Sulina) in legatura directa cu navigatia pe Dunare, iar apoi, ca si in tarile din Estul Europei, cel referit la Marea Baltica (Kronstadt). Dupa 1975 s-a trecut la utilizarea unui datum vertical referit la Marea Neagra (Constanta), denumit Marea Neagra 1975, cu varianta actuala editia 1990. In practica, aceste datumuri sunt transpuse prin reteaua geodezica nationala de triangulatie (orizontal) si reteaua geodezica nationala de nivelment (vertical). Ele au fost realizate de catre Directia Topografica Militara (actuala Agentie de Informatii Geospatiale a Apararii „General de divizie Constantin Barozzi”), impreuna cu institutii de profil din domeniul civil. Dupa 1990, pentru sectorul civil, aceste retele sunt mentinute de catre ANCPI prin Centrul National de Cartografie (CNC).

Din anii `90, in majoritatea tarilor europene a inceput sa se utilizeze pentru lucrari geodezice, topografice, cadastrale si nu numai proiectia UTM impreuna cu sistemul de referinta ETRS89, care utilizeaza ca aproximare a Pamantului elipsoidul GRS80. Adoptarea Directivei INSPIRE (2007) a necesitat luarea unor masuri adecvate si in Romania, pentru implementarea ETRS89 ca datum geodezic orizontal insotit de un sistem de coordonate si a EVRS (European Vertical Reference System) ca datum vertical.

Adoptarea de catre Romania a Sistemului de Referinta European ETRS89, prin Ordinul 212/2009 al Directorului General al ANCPI privind adoptarea in Romania a Sistemului de Referinta Terestru European 1989, identificat sub denumirea ETRS89-GRS80, a insemnat adoptarea acestui datum geodezic (cu elipsoid GRS80) insotit de un sistem de coordonate, care a fost ales ca fiind cel elipsoidal (latitudine, longitudine, cota elipsoidala). Implementarea in practica s-a efectuat de catre ANCPI prin realizarea unei Retele Geodezice Nationale Spatiale (RGNS), care include pentru prima data determinari de pozitii utilizand numai GNSS. Mai mult, RGNS – Clasa A (fig. 5) este constituita dintr-o retea de statii GNSS permanente care asigura determinari continue de pozitii cu precizii 3D de sub 1 cm. Aceasta retea acopera uniform teritoriul national si asigura legatura cu retele similare din tarile vecine, la nivel regional (EUPOS), dar si cu retele de nivel european (EPN) si global (IGS). Pe langa determinarea coordonatelor acestor puncte in ETRS89, reteaua furnizeaza servicii de pozitionare in timp real (transmiterea prin internet a unor corectii catre echipamente GNSS din teren) si postprocesare cu precizie de 1-5 cm pentru utilizatorii interesati. RGNS – Clasa A este indesita prin borne in teren din RGNS – Clasa B (precizie 2 cm) si RGNS – Clasa C (3 cm).

Probleme si propuneri ale implementarii SRC in Romania

Adoptarea de catre Romania a ETRS89, prin Ordinul 212/2009 al Directorului General al ANCPI, este un pas important in modernizarea SRC din tara noastra, dar inca nu suficient pentru a ne situa la standardele europene si internationale specifice.

• Ordinul 212/2009 ANCPI include doua limitari importante, si anume: ETRS89 va fi utilizat numai pentru determinarea Retelei Geodezice Nationale Spatiale (RGNS) si produse cartografice paneuropene, adica in mod obligatoriu numai punctele RGNS au coordonate in acest SRC impreuna cu hartile la scari mici, unde precizia necesara de determinare a pozitiei este scazuta. Alte puncte, cum sunt punctele masurate pentru cadastrul sistematic, nu sunt obligatoriu determinate in ETRS89. In realitate, in prezent marea majoritate a determinarilor de pozitie se realizeaza cu receptoare GNSS in SRC ETRS89, iar apoi aceste coordonate sunt pierdute prin transformarea lor in S42/plan de proiectie Stereografic 1970. Solutia ar fi de a se adopta obligativitatea pastrarii si apoi a (re)utilizarii coordonatelor tuturor punctelor masurate si obtinute in SRC ETRS89.
• Acelasi Ordin mentioneaza ca sistemul de coordonate adoptat este cel geodezic/elipsoidal, adica nu s-a adoptat si o proiectie la nivel national, care sa fie utilizata pentru a trece (prin conversie de coordonate) punctele de pe elipsoidul GRS80 specific ETRS89 intr-un plan, beneficiind astfel de intreaga precizie de pozitionare oferita de tehnologia GNSS. A fost prevazuta la acel moment o solutie paleativa, mentionata in Ordin, prin care toate coordonatele determinate in SRC ETRS89 sunt transformate (folosind un algoritm si soft unic la nivel national) in SRC S42 cu plan de proiectie Stereografic 1970. In acest mod insa sunt alterate preciziile foarte bune obtinute cu tehnologie GNSS in ETRS89. Solutia a fost una buna pentru acea perioada, dar in prezent este necesara renuntarea la SRC S42 (elipsoid Krasovski) si incetarea transformarii in S42 a tuturor coordonatelor precis determinate cu GNSS in ETRS89. Va fi necesara in acest caz o transformare in sens invers a coordonatelor existente din S42 in ETRS89 (coordonate geodezice/elipsoidale), dar sistemele de calcul de azi pot realiza acest lucru destul de usor. In mod imperativ este necesara si adoptarea unui plan de proiectie care sa fie in conformitate cu Directiva INSPIRE, adica sa aiba la baza ETRS89 si sa fie utilizat in toate aplicatiile, nu numai in reteaua geodezica si produsele cartografice paneuropene. La nivelul anilor 2008-2010, o comisie de specialisti coordonata de catre ANCPI a realizat un studiu tehnic si stiintific, finalizat cu propunere de implementare, intr-o perioada de 10 ani (2010-2020), a unui plan de proiectie (denumit Stereografic 2010) bazat pe ETRS89, dar propunerea nu a fost adoptata. Este de mentionat ca tarile vecine Romaniei, inclusiv Republica Moldova, au adoptat ETRS89 si au implementat si un sistem de coordonate intr-un plan de proiectie conform Directivei INSPIRE.
• O alta problema actuala este cea a implementarii unei legaturi precise (de nivel centimetric) intre datumul geodezic (cotele elipsoidale) european (ETRS89) si un datum vertical (cote normale) utilizat in Romania (Marea Neagra 1975 si/sau EVRS). Acest lucru inseamna, in termeni de specialitate, determinarea unui model precis de (cvasi)geoid. In acest mod s-ar putea ca la acest nivel de precizie sa se poata trece usor (printr-o transformare pe cota) de la cotele elipsoidale determinate cu GNSS la cote (normale) referite la geoid, care sunt necesare in practica curenta intr-o gama larga de aplicatii. In momentul de fata cotele elipsoidale nu pot fi utilizate, deoarece o astfel de legatura precisa nu este inca posibila in Romania. Este in lucru un astfel de proiect, dar estimarile in ritmul actual conduc optimist la necesitatea a cel putin 5 ani pana la finalizarea acestui model. Solutia ar fi ca sa se mobilizeze toate fortele posibile, printr-o conlucrare cu alte institutii din domeniu, astfel incat ritmul lucrarilor sa fie accelerat pentru a se finaliza acest model intr-un interval de timp cat mai scurt.

CONCLUZII

In concluzie, putem spune ca SRC prezinta o importanta nu numai teoretica, ci mai ales practica, prin faptul ca alegerea si utilizarea corecta a unui SRC se repercuteaza asupra rezultatelor obtinute, care constau in pozitii exprimate prin coordonate. Tehnologiile moderne satelitare de pozitionare au facilitat implementarea unor SRC geocentrice cum este ETRS89 utilizat in Europa, care impun inlocuirea SRC locale (cum este S42) si valorificarea la maximum a posibilitatilor deschise de noile SRC. Romania, prin institutiile cu responsabilitati in domeniu, trebuie sa se mobilizeze pentru a implementa pe deplin SRC mentionat in Directiva INSPIRE si a usura astfel integrarea si unificarea SRC din tarile europene. Prin fonduri europene s-a investit consistent in tehnologiile satelitare de navigatie si pozitionare, cum este sistemul GALILEO, si exista acces deschis la serviciile aferente.

Profesionistii din domeniu din tara noastra s-au adaptat relativ rapid la noile cerinte ridicate de tehnologiile moderne de pozitionare, lucreaza eficient si rapid. Chiar daca poate nu toti sesizeaza dezvoltarile si tendintele actuale referitoare la problematica SRC, ei asteapta ca prin institutiile statului sau prin organizatii profesionale, cum este Uniunea Geodezilor din Romania, sa fie corect informati, indrumati si sprijiniti pentru dezvoltarea si valorificarea potentialului actual oferit nu numai de dezvoltarile tehnologice, ci si cele teoretice recomandate sau obligatorii, care au si o finalitate practica.

Bibliografie

1. Avramiuc N., Dragomir P., Rus T., Algorithm for direct and inverse coordinate transformation between ETRS89 CRS and S-42 CRS, Simpozion Stiintific International, „Actualitatea in cadastru”, Alba Iulia, 7-9 mai 2009;
2. Busuioc M., Rus T., Dragomir P., Avramiuc N., Dumitru P., Fadur M., Sorta V., Romanian Position Determination System – ROMPOS, United Nations / Moldova / United States of America Workshop on the Applications of Global Navigation Satellite Systems, 17-21.05.2010, Chisinau, Rep. Moldova;
3. Dragomir P., Rus T., Avramiuc N., Dumitru P., Fadur M., Sorta V., ROMPOS for Cadastre Applications, International Symposium on Global Navigation Satellite Systems, Space-Based and Ground-Based Augmentation Systems and Applications 2009, Berlin, Germany, 30 November – 2 December 2009;
4. Dragomir P., Rus T., Avramiuc N., Dumitru P., EVRF2007 as Realization of the European Vertical Reference System (EVRS) in Romania, simpozionul international GeoCAD08, Alba Iulia, 09-10 mai 2010 – articol publicat in Revista de Cadastru RevCAD;
5. Dragomir P., Rus T., Avramiuc N., Dumitru P., Draft of the „Technical Normative Regarding the Realization of the National Spatial Geodetic Network and the Implementation of the ETRS89 in Romania”, Conferinta Nationala – Tehnologii Moderne Pentru Milleniul III, Editia a 8-a, Oradea, 2010;
6. Dragomir P., Rus T., Dumitru P, Facilitati oferite de Reteaua Nationala de Statii Permanente GPS a Romaniei, Buletinul Informativ al Ministerului Administratiei si Internelor Nr 1(66) / 2005;
7. Dragomir P., Rus T., Dumitru P., Fadur M., Modernizarea Retelei Nationale de Statii GPS Permanente a Romaniei, Seminarul stiintific al Facultatii de Geodezie, Bucuresti, 4.05.2006;
8. Dragomir V. (gral. lt. ing.), Rotaru M. (col. ing.), Marturii geodezice, Edit. Militara, Bucuresti, 1986;
9. Ihde, J., Luthardt, J., Boucer, C., Dunkley, P., Farrell, B., Gubler, E., Torres, J., European Spatial Reference Systems, (http://crs-geo.eu/References – Papers and publications);
10. Rus T., Moldoveanu C., Danciu V., Considerations on the State of Romanian National Geodetic Network, International Symposium GeoCAD, Alba Iulia, May 2012, RevCAD nr. 13, Aeternitas Publising House Alba I ulia, 2012, ISSN 1583-2279.
11. http://www.ancpi.ro
12. http://www.rompos.ro
13. http://crs.bkg.bund.de

Autor:
conf. univ. dr. ing. Tiberiu RUS* – director Departamentul de Geodezie si Fotogrammetrie, Facultatea de Geodezie – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti 

*Tiberiu RUS este conferentiar univ. dr. ing. si director al Departamentului de Geodezie si Fotogrammetrie din Facultatea de Geodezie – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti.

Activitatea didactica include in principal disciplinele de Geodezie Spatiala, Geodezie Matematica si Geodezie Fizica, iar preocuparile de cercetare se situeaza in domeniile pozitionarii GNSS, geodinamicii, realizarii modelului de (cvasi)geoid, sistemelor geodezice de referinta si coordonate.

A contribuit, ca sef al Serviciului de Geodezie in cadrul ANCPI (Agentia Nationala de Cadastru si Publicitate Imobiliara) in perioada 2004-2010, la realizarea Retelei Geodezice Nationale Spatiale Clasa A – statii GNSS permanente, inclusiv 5 statii de clasa europeana, si a serviciilor de pozitionare ROMPOS.

A desfasurat stagii de cercetare la BKG – Agentia Federala de Cartografie si Geodezie (Germania) si Departamentul de Pozitionare si Navigatie din UT Graz (Austria).

Este membru al UGR (Uniunea Geodezilor din Romania) – presedinte al Comisiei 5 – Pozitionare si Masuratori, membru al SRFT (Societatea Romana de Fotogrammetrie si Teledetectie), secretar al CNGG (Comitetul National de Geodezie si Geofizica) afiliat la IAG (Asociatia Internationala de Geodezie).

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 182 – iulie 2021, pag. 62