Ts03A gojamanov 7387



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The development of the normal heights system in Azerbaijan by the satellite methods,  (7387) 

Magsad Gojamanov (Azerbaijan) and Alishir Ismailov (Azerbaycan) 

 

 

 



 

 

FIG Congress 2014 



Engaging the Challenges – Enhancing the Relevance 

Kuala Lumpur, Malaysia 16-21 June 2014 

 

1/7  


The Development of the Normal Heights System 

 in Azerbaijan by the Satellite Methods 

 

Magsad GOJAMANOV, Azerbaijan and Alishir ISMAILOV, Azerbaycan 

 

Key words: normal height, geodetic coordinates, satellite, ellipsoid, potential. 

 

 



SUMMARY  

 

It is known that as a result of satellite definitions are received spatial geodetic coordinates X, 

Y,  Z  of  the  observation  points  of  Artificial  Earth  Satellites.  However,  geodetic  height  is 

unsuitable  for  the  decision  of  problems,  connected  with  works  in  the  gravity  field  of  the 

Earth. Therefore, there is a need to move from geodetic height to height in the gravity field. In 

the paper it was considered a principle to establish a system of the satellite normal heights and 

on  its  basis  was  developed  a  modern  concept  of  constructing  a  system  of  the  altitude 

provision on the territory of the Azerbaijan Republic. The main idea of this concept is that as 

the  plane  coordinate  system  and  the  high-altitude  system  are  implemented  by  the  same  set 

points  of  geodetic  networks  of  HGN  (high-precision  geodetic  network)  and  the  SGN-1 

(satellite geodetic network).

  

 



Məәlumdur  ki,  peyk  təәyinetməәləәrinin  nəәticəәsi  olaraqYerin  Süni  Peykləәrinin  müşahidəә 

nöqtəәləәrinin  X,Y,Z  fəәza  geodezik  koordinatları  vəә  onlara  əәsasəәn  geodezik  yüksəәklik  tapılır. 

Lakin  Yerin  qravitasiya  sahəәsindəә  işləәrin  yerinəә  yetirilməәsindəә    geodezik  yüksəәklikdəәn 

istifadəә əәlverişli deyildir. Ona görəә dəә geodezik yüksəәklikdəәn qravitasiya sahəәsi yüksəәkliyinəә 

keçməәk  təәləәb  olunur.  Bu  məәqaləәdəә  peyk  normal  yüksəәklik  sisteminin  qurulma  prinsipinəә 

baxılmış vəә onun əәsasında Azəәrbaycan Respublikası əәrazisindəә yüksəәklik təәminatı sisteminin 

qurulmasına  dair  müasir  konsepsiya  işləәnmişdir.  Bu  konsepsiyanın  əәsas  ideyası  ondan 

ibarəәtdir ki, plan, eləәcəә dəә yüksəәklik koordinatları sistemləәri eyni toplumda Yüksəәk dəәqiqlikli 

Geodeziya  Şəәbəәkəәsi  (YGŞ)  vəә  Peyk  Geodeziya  Şəәbəәkəәsi  (PGŞ-1)    məәntəәqəәləәri  iləә  təәsbit 

olunur. 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


The development of the normal heights system in Azerbaijan by the satellite methods,  (7387) 

Magsad Gojamanov (Azerbaijan) and Alishir Ismailov (Azerbaycan) 

 

 

 



 

 

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2/7  


The Development of the Normal Heights System 

 in Azerbaijan by the Satellite Methods 

 

Magsad GOJAMANOV, Azerbaijan and Alishir ISMAILOV, Azerbaycan 

 

1.  INTRODUCTION  

 

When studying and assessing the effects of natural disasters most important role are played 



geodetic  measurements  and  based  on  them  the  geodetic  systems  of  altitudinal  and  plane 

coordinates.  State  Geodetic  Network  (SGN),  if  it  has  not  been  systematically  updated  and 

improved,  gradually  aging,  loses  part  points,  loses  accuracy  in  its  separate  parts,  especially 

due to modern crustal movements of Earth. 

Development of a system of normal heights is a constituent and integral part of the solution to 

the  General  problem  of  the  reconstruction  and  development  of  the  system  of  geodesic 

provision on the territory of Azerbaijan Republic (AR) on the basis of satellite methods of the 

coordinate definitions [

Mamedov, 2002

].  


At  solving  the  problem  of  reconstruction  and  development  of  the 

State  Geodetic 

Network should

 be consider that at the present stage has considerably expanded the Arsenal 

of means and methods of construction of geodetic networks. This primarily refers to the latest 

satellite technologies based on the use of GPS / GLONASS systems. 

 

2. 

A  MODERN  CONCEPT  OF  THE  NATIONAL  LEVELING  FRAMEWORK  OF 

AZERBAIJAN 

 

As is known, the height of the USSR, including in Azerbaijan, was determined in the Baltic 

system  of  heights  from  Kroonstad  sea-gauge.  At  present  the  communications  between  the 

leveling networks of Azerbaijan Republic and neighboring countries and access to the Unified 

European  Leveling  Network  (UELN);  participation  in  the  European  network  using  GPS 

measurements  (EUVN)  and  other  international  projects  require  the  determination  of  the 

normal heights on the territory of Azerbaijan Republic in worldwide system of heights. 

One of the main advantages of the new system of geodesic provision is that the same 

sets  of  geodetic  points  are  implemented  as  planned  and  high-altitude  coordinate  systems. 

Leveling rappers, points of Satellite Geodetic Network (SGN-1) in the system of heights will 

serve  as  a  tool  for  distribution  of  this  system  of  normal  heights  throughout  the  territory  of 

Azerbaijan.

  This  principle  of  establishing  the  system  of  normal  heights  and  the  way  of  its 

distribution  throughout  the  territory  of  the  Republic  corresponds  to  the  new  system  of 

geodesic  provision  based  on  modern  satellite  technologies,  and  strongly  and  unequivocally 

agree  geodetic  height,  determined  from  GPS/GLONASS  measurements  with  data  of  high-

precision leveling. Satellite measurements at the level measured posts will serve as a tool to 

study the Caspian Sea level on a unified zero for the whole Earth. 

The concept of restructuring the national level framework involves a combination of 

measurements  made  on  land  (determination  of  geodetic  provisions,  geometrical  leveling, 

gravimetric) and the sea (satellite altimetry, hydrostatic leveling). At that a means to reduce of 

all measurements, both on land and at sea, to a single worldwide date of reference of normal 

heights for the whole territory of the AR is the solution of a boundary value geodetic tasks, in 

the result are determined the difference of the potential on the reference points of the State 

Geodetic network, level measured posts, in points altimetry measurements in the sea. 



The development of the normal heights system in Azerbaijan by the satellite methods,  (7387) 

Magsad Gojamanov (Azerbaijan) and Alishir Ismailov (Azerbaycan) 

 

 

 



 

 

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The concept of building a modern system of height provision includes realization of 

the  full  potential  of  the  method  of  geometrical  leveling,  as  the  most  accurate  method  of 

relevant  traditional  kinds  of  geodetic  measurements.  At  the  same  time  to  create  effective 

modern  system  of  geodesic  provision  is  also  needed  for  development  of  the  method  of 

satellite  leveling  as  alternatives  to  the  traditional  method  of  geometrical  leveling.  In 

developing  satellite  technology  of  leveling  in  any  way  not  intended  to  replace  the  full 

geometrical leveling method in the system of geodetic [Gojamanov, 2004; Zhdanov, 1998]. In 

areas not provided with necessary data about the height of quasigeoid to determine the normal 

heights is allowed even the use of trigonometric leveling [Demyanov, 2000]. 

 

3.



  A TRANSITION FROM THE GEODETIC HEIGHTS TO HEIGHTS IN THE 

GRAVITY FIELD 

 

As  is  known,  the  satellite  definitions  receive  spatial  geodetic  coordinates  X,  Y,  Z  in  the 

observation points of Artificial Earth Satellites (AES). It is therefore appropriate ellipsoidal 

geodetic coordinates B, L, H calculate together, completely not defining geodetic height in a 

single task. After selecting the reference ellipsoid with parameters  а, α, geodetic coordinates 

B,L,H find the well-known formulas of [Boyko, 2003]. 

However geodesic height is unfit for the resolve of problems linked with the works in 

the field of the gravitational forces of Earth [Gojamanov,2001; Eremeev, 1971]. That is why 

the  transition  necessity  appears  from  geodesic  height  to  height  in  the  field  of  gravitational 

forces.  

 

We shall consider the capability of such transition with the help of fig.1. Let point P 



(X, Y, Z) is point of physical Earth's surface, in which are measured geocentric coordinates X, 

Y, Z. Through P

0

 shall denote the projection of P on the reference ellipsoid to normal to him. 



Fragment P

0

Р of normal to ellipsoid is geodesic height. 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

Fig.1. The Satellite system of normal heights 



 

We  will  to  consider  accepted  reference  ellipsoid  by  the  level  ellipsoid  of  U=  U

0

    normal 



gravitational  potential.  For  the  occurrence  of  the  external  field  of  this  ellipsoid  amply  to 

known  characteristics  а,  α,  (or  J



2

)  to  add  geocentric  gravitational  continued  GM  and  the 

angular velocity of  ω - Earth rotation.  



The development of the normal heights system in Azerbaijan by the satellite methods,  (7387) 

Magsad Gojamanov (Azerbaijan) and Alishir Ismailov (Azerbaycan) 

 

 

 



 

 

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In the field of the level ellipsoid the height of point P will be the arc 



P

P

0



 of normal 

power line 

  

                           



P

P

m

P

U

U

P

P

0

0



0

γ



=

,   



 

 

 



(1) 

 

  



  

 

Where Up - the potential of ellipsoid in point P



P

P

m

0

γ



 the mean integral value of the 

normal gravitational force of ellipsoid alongside arc 



P

P

0



 . 

 

 For territory AR in mean latitude to 40



0

 and maximal height 4500 m difference 

                                     

B

R

P

P

P

P

2

sin



6

2

2



3

2

0



0

µ

β



=



 ,  

 where 


t

t

P

γ

γ



γ

β



=

- the relative excess of gravitational force on pole compared with equator; 

R - the mean radius of Earth; B - geodetic latitude of arc distance 

P

P

0



 of  power line from P

0

Р fragment of  the normal to ellipsoid compounds 1*10

5



mm, that is why to distinguish them 



will not. 

 

 



We shall present normal potential U

Р

  in the form 



P

P

P

T

W

U

=



,   

 

where 



P

W

- real, -  



P

anomalous

 potential in point P homologous.  

 

We shall write down geodesic height so:  



 

P

P

m

P

P

T

W

U

H

0

0



γ

+



=

  . 


 

 

Dimension 



W

0

 can be viewed as difference of normal potentials between ellipsoid 



and point Р

γ

, in which normal potential to U



P

γ

  identically equal  real potential in point P 

.  

  

  



  

 

 



 

 

 



 

 

P



P

W

U

γ



 

 



 

 

(2)



 

 

 



 

In  other  words,  on  fragment 



P

P

0

  is  searched  such  point,  in  which  potential  of 



reference  level  ellipsoid  to  equal    real  potential  in  point  P  earth's  surface.  Using  (2),  for 

geodesic height find 

 

  

 



 

 

P



P

m

P

P

P

m

P

T

U

U

H

γ

γ



γ

γ

γ



+

=



0

0

  , 



 

 

 



(3) 

 

 where 



γ

γ

P



P

m

0



P

P

m

γ

γ



- the mean integral value of normal gravitational force on fragments 

γ

P



P

0

and 



P

P

γ

  homologous.  The  first  term  of  right  part  (3)  is  normal  height



γ

H

,  second  -  the 

anomalous

 of height, i.e.  (3) can be written in the form 

  

 

 



 

 

ζ



γ

+

H



H

 .  


 

 

 



(4) 


The development of the normal heights system in Azerbaijan by the satellite methods,  (7387) 

Magsad Gojamanov (Azerbaijan) and Alishir Ismailov (Azerbaycan) 

 

 

 



 

 

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Thus, in satellite determining normal height is height of point over accepted reference 

ellipsoid, in which normal potential is equal real (valid) potential of the surface point of Earth.  

 

 To find of normal height it follows from geodesic height take away the 



anomalous

 of 


height 

  

 



 

 

            



ζ

γ



H

H

.   


 

 

(5) 



 

 

In formulas (3) - (4) normal field in both terms of right part should be strictly agreed.  



 

 

3.   A ASSIGNMENT OF THE NORMAL HEIGHTS SYSTEM IN AZERBAIJAN BY       



     THE SATELLITE METHODS 

 

For  the  assignment  of  the  system  of  normal  heights  by  satellite  determining  it  is  amply  in 

some  one  point  of  State  Geodetic  Network  to  receive  coordinates  X,  Y,  Z  by  the  absolute 

method of Satellite Geodesy and to calculate the geodesic height and the 

anomalous

 of height 

in the field of accepted-level ellipsoid. In State Geodetic Networks of Azerbaijan Republic for 

such  point  follows  to  accept  the  incipient  point  No  001,  linked  with  Fundamental 

Astronomical-geodetic network (FAGS) of Russian Federation (RF).  

 

It is notable, what in such choice of the system of normal heights does not appear the 



necessity  of  the  introduction  of  the  notion  of  sea  level  or  geoids  and  potential  W

0

  on  these 

surfaces. This especially suitably for AR situated in the deep of continent and not have in its 

networks the points located on the ashore of Global Ocean.  

 

In formulas (1) - (5) can be used any ellipsoid. If to choose the ellipsoid of system PZ-



90 (The Characteristics of The Earth 1990 year) [Demyanov, 1999]: 

                             

  

 

 



-2

3

с



км

 

44



,

398600


=

GM

 



  

 

 



 

10

6257



,

1082


6

2



=

J

 



  



 

 

1



5

10

292115



,

7



=



c

ω

 



 

 



 

            

м

 

6378136



=

a

 

          ,  



 

    Than the system of normal heights AR will be assented to altitude system of State Geodetic 

Network of Russian Federation. 

 If to use international ellipsoid WGS-84[Fukuda, 1996]: 

                       

-2

3



с

км

 



5

,

398600



=

GM

 



  

 

 



 

10

16685



,

484


5

6

2



=



J

  ; 


  

 

 



1

5

10



292115

,

7





=

c

ω

 



  

 



 

м

 



6378137

=

a

 

 



the system of normal heights AR will coincide with the World  system.  

 

For  all  the  rest  of  the  points  of  the  satellite  network  defined  of  relative  starting 



foreground point No 001, it follows to compute the differences of normal heights 

  

 



  

                

001

001


ζ

ζ

γ



γ

+



Δ

=



i

i

H

H

H

  



 

 

 



(6) 

 

i.e. to fulfill satellite leveling.   




The development of the normal heights system in Azerbaijan by the satellite methods,  (7387) 

Magsad Gojamanov (Azerbaijan) and Alishir Ismailov (Azerbaycan) 

 

 

 



 

 

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Here 


H

Δ

 measured difference of geodesic heights. Because is planned measurement 



of the differences of coordinates in closed figures, appears the capability of determining of the 

differences of normal heights as to the sides of these figures and their next adjustment.  



 

 

 

REFERENCES 

 

 Boyko  E.G.:  2003,  Higher  geodesy,  part  II:  Geodesy  on  the  ellipsoid,  Moscow,  

Kartgeotsentr-geodezizdat, 144. 

 Demyanov  Q.V.:  1999,  The  scientific  and  technical  collection  for  geodesy,  aerospace 

photography and cartography, Physical geodesy, CNIIQAiK, Moscow, 120. 

 Demyanov Q.V.: 2000, The satellite determines of heights:1996-1999, Abstract bibliographic 

directory, CNIIQAiK, Moscow, 100.

 

 Gojamanov  M.H.:  2004,  The  satellite  leveling  and  the  requirements  to  the  accuracy  of  the 



model  of  quasigeoid,  Materials  of  international  scientific  -  technical  conference, 

dedicated to the 225th anniversary of MIIGAiK, Moscow, 71-74. 

 Gojamanov M.H.: 2001, The determination of the normal heights in geodetic networks with 

the use of GPS, Materials of the 1-st scientific - practical conference ”Modern state, 

problems and prospects of development of geodesy and cartography in the Republic of 

Azerbaijan” , Baku, BSU, 62-68. 

 Eremeev  V.F.,  Yurkina  M.I.:  1971,  The  theory  of  heights  in  the  Earth  gravitational  field, 

Moscow, Nedra, 144. 

Mamedov  G.Sh.,  Gojamanov  M.H.:  2002,    About  the  concept  of  developments  and  the 

reconstructions  of  State  Geodetic  Network  of  Azerbaijan  Republic,  Geodesy  and 

Cartography, No12, Moscow, 38-42.  

Fukuda Y., Kuroda J., Takabatake J., Iton J. Murakami V.: 1996, Improvement of JGEOID 93 

by  the  geoidal  heights,  derived  from  GPS/leveling  survey,  International  Symposium 

Gravity,  Geoids  and  Marine  Geoid  (GraGeoMar  96),  Njrej,  Sept.30-okt.5,  1996: 

Programm and Abstract, Tokyo, 168.

 

 



.  Zhdanov  N.A.,  Makarenko  D.H.:  1998,  About  the  transition  concept  of  the  topographic-

geodetic  production  to  the  autonomous  satellite  methods  of  coordinate  definitions, 

Geodesy and cartography, No 3, Moscow, 1-5. 

 

 



BIOGRAPHICAL NOTES 

 

Magsad  Gojamanov  ─  Chief  of  the  Department  of  geodesy  and  cartography  at  the  Baku 

State  University  (Azerbaijan),  professor,  Doctoral  of  Sciences  in  geodesy,  full-time 

astronomic-geodesy  speciality  at  the  Moscow  State  University  of  Geodesy  and 

Cartography(1977-1982),  post-  graduated  courses(1986-1989),  PhD  degree,    full-time 

doctoral    courses  (2002-2005),  Doctoral  of  Sciences,  member  of  Doctorate  Dissertation 

Defence  Council  attached  to  Institute  of  Geography  of  ANAS,  Chairman  of  Azerbaijan 

branch of International Society for Photogrammetry Remote Sensing (ISPRS). 

 

Alishir  ISMAILOV  ─  a  PhD  doctoral  candidate  at  the  Department  of  Geodesy  and 

cartography of the Baku state University. 

 



The development of the normal heights system in Azerbaijan by the satellite methods,  (7387) 

Magsad Gojamanov (Azerbaijan) and Alishir Ismailov (Azerbaycan) 

 

 

 



 

 

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CONTACTS 

 

Title Given name and family name: Magsad Gojamanov 



 

Institution: Baku State University 

Address: 23, Z. Khalilov str. 

City:   Baku 

COUNTRY: Azerbaijan 

Tel. +994 012 538 0170 

Fax + 994 012 598 3376  

Email:mgodja@yandex.ru 

Web site:  

 

 



 

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