Геодезическое GPS-оборудование
Геодезическое GPS-оборудование применяется в основном для создания опорных сетей и развития съемочного обоснования, особенно в тех местах, где имеется редкая сеть исходных пунктов. Конечно, с помощью GPS можно производить съемки и даже вынос проектов в натуру, однако, широкого применения в данных видах работ GPS все-таки не нашла по ряду причин. И не последнее место в этом ряду занимает высокая стоимость необходимого оборудования.
Определение координат пользователя производится с помощью специальных спутниковых приемников, измеряющих либо время прохождения сигнала от нескольких спутников до приемника (по кодовым псевдодальностям), либо фазу сигнала на несущей частоте. В первом случае расстояния измеряются с метровым уровнем точности, во втором случае — с миллиметровым уровнем точности.
Сегодня GPS наблюдение является важным элементом многих геодезических работ, в том числе и потому, что приемники GPS/ГЛОНАСС можно использовать на большом расстоянии друг от друга. Кроме того, следует назвать и другие преимущества геодезии GPS:
· возможность проведения геодезических работ при отсутствии прямой видимости между GPS приемниками.
К основным методам определения координат по наблюдениям спутников навигационных систем относятся абсолютный, дифференциальный и относительный.
В абсолютном методе координаты получают одним приемником в системе координат, носителями которой являются станции подсистемы контроля и управления и, следовательно, сами спутники навигационной системы. При этом реализуется метод засечек положения приемника от известных положений космических аппаратов (КА).
В дифференциальном и относительном методах наблюдения производят не менее двух приемников, один из которых располагается на опорном пункте с известными координатами, а второй совмещен с определяемым объектом. В относительном методе определяется вектор, соединяющий опорный пункт и определяемый пункт, называемый базовой линией.
Точность абсолютного метода позиционирования по кодовым измерениям порядка 1-15 м. Точность дифференциального и относительного метода 13 значительно выше, чем в соответствующих вариантах абсолютного метода, и может достигать сантиметрового и даже более высокого уровня.
Режимы выполнения съемки
В дифференциальном или относительном методах возможны наблюдения режимах статики и кинематики. При статических наблюдениях оба приемника находятся в стационарном положении относительно Земли, а при кинематическом позиционировании один из приемников является стационарным, а другой — движущимся. Оба приемника наблюдают одни и те же спутники. Потеря захвата сигнала спутника для статического позиционирования не является настолько важной, как при кинематической позиционировании. Статическое позиционирование позволяет накапливать данные, добиваясь повышения точности.
Для статического и кинематического позиционирования применяется как одночастотная, так и двухчастотная спутниковая аппаратура. При использовании первой имеются ограничения по расстояниям между приемниками из-за ошибок, связанных с распространением сигнала через атмосферу, имеющую неоднородное состояние на больших расстояниях. Двухчастотные наблюдения исключают большую часть ошибок и позволяют проводить наблюдения на самых больших расстояниях, вплоть до нескольких тысяч километров. Относительное позиционирование по фазовым измерениям является наиболее точным методом определения положений и часто используется геодезистами.
В статических наблюдениях можно выделить режимы:
Режим “Статика” является наиболее точным, но самым продолжительным является (от 1 часа), расстояния между приемниками могут достигать 5000 – 7000 км при двухчастотных измерениях. В данном режиме работа ведется двумя или более GNSS приемниками, которые с помощью штативов устанавливаются на требуемые точки местности. Геодезические GPS приборы осуществляют сбор данных с доступных спутниковых систем в течение достаточно длительного промежутка времени. Координаты точек получаются при последующей обработке на компьютере.
Режим “Быстрая статика” в 2-4 раза быстрее статики, но ограничена по расстояниям до 20 км. Данный метод съемки по технологии не отличается от режима «Статика». Для работы в этом режиме требуется двухчастотный геодезический приемник ГЛОНАСС/GPS. Сбор данных со спутников на каждой точке обычно занимает не более двадцати минут. Допустимая длина базовой линии при этом методе — до десяти километров. Получение координат осуществляется при последующей обработке данных с геодезических GPS систем.
Режим “Реоккупация” подразумевает короткие сеансы наблюдений на точках, но с последующим посещением этих точек еще раз. Данный метод применяется в случае слабого геометрического фактора, недостаточного количества спутников или для усиления одночастотных наблюдений. Наблюдения подвижной станцией на точке выполняют двумя приёмами продолжительностью не менее 10 минут каждый с интервалом между выполнением приёмов от 1 до 4 часов. Приёмы должны быть выполнены одним и тем же приёмником.
Режим «Кинематика» и «Непрерывная кинематика». Съемка осуществляется двумя или более GNSS приемниками. Один приемник устанавливается на точку с известными координатами, второй GPS для геодезических работ на специальной вешке перемещают по необходимым точкам съемки. В съемке могут участвовать несколько подвижных геодезических приемников, при одной базовой станции. Время нахождения подвижного приемника (ровера) на точке обычно не превышает одной минуты. Работа оборудования в режиме «Непрерывная кинематика» отличается тем, что подвижный приемник перемещается по заданному маршруту без остановок. В данном методе определяются координаты точек траектории движущегося объекта.
Режим «Кинематика в реальном времени» (RTK). Данный метод съемки аналогичен работе в режиме «Кинематика», за исключением того, что координаты точек получают в реальном времени, непосредственно при выполнении работ. Для работы в этом режиме необходимо наличие, как минимум, двух двухчастотных приемников ГЛОНАСС GPS, оснащенных радиомодемами или GSM модемами для передачи поправок от базовой станции к подвижным приемникам. Для подвижного геодезического GNSS приемника необходимо наличие полевого контроллера, на дисплее которого будут отображаться координаты.
Режим “Стой-иди” – разновидность кинематического режима, когда передвижную станцию перемещают с точки на точку, делая на каждой точке остановку и выполняя для повышения точности несколько эпох измерений в течение 5-30 с. Используются фазовые измерения от четырех и более спутников, общих для ровера и базы. Для достижения точности на уровне сантиметра сначала нужно инициализировать измерения с целью определения целочисленных неоднозначностей фаз. Инициализация обычно выполняется установкой антенн базы и ровера на жесткую штангу (искусственную базовую линию).
Основные технологии GPSсъемок
| Название технологии, время измерения | Точность, м | Область применения |
| Кинематика «real-time», 20-30 секунд на точку | 0.1-0.3 | Локальные топографические съемки и разбивочные работы с небольшими препятствиями прохождения спутникового радиосигнала. Координаты вычисляются прямо в поле. Необходимо наличие радиомодема |
| Кинематика «continuous», непрерывное слежение | 0.05-0.2 | Локальные топографические съемки линейных и площадных объектов в условиях очень хорошего приема спутникового радиосигнала |
| Кинематика «stop-and-go», 20-30 секунд на точку | 0.01-0.03 | Локальные топографические съемки с небольшими препятствиями прохождения спутникового радиосигнала, создание съемочного обоснования |
| Быстрая статика, 20-30 минут на точку | (1 — 3).10-3 | Высокоточные геодезические работы, создание опорного обоснования, наблюдения за деформациями земной поверхности, с длинами векторов до 10 км |
| Статика, 40-60 минут на точку и более | (1 — 3).10-3 | Высокоточные геодезические работы, создание опорного обоснования, наблюдения за деформациями земной поверхности, с длинами векторов до 2000 км |
Спутниковые наблюдения — это современный и эффективный способ определения геопространственных координат. С помощью использования современных технологий стало возможным осуществлять мониторинг застройки огромных территорий и следить за деформациями сложных технологических сооружений в режиме реального времени. С помощью спутниковых наблюдений возможно решение логистических, навигационных, климатических и других всевозможных инженерных задач.
Кроме этого спутниковые наблюдения помогают решать прикладные инженерно-геодезические задачи. С помощью современных методов работы возможно сгущение уже существующих сетей, а также получение эталонных сетей и базисов со значительно меньшими трудозатратами, чем ранее. Спутниковые наблюдения позволяют получать все измерения в стандартизированных координатах, с которых легко осуществить пересчет в любую другую удобную систему. А так же современные методы существенно упростили постановку объектов недвижимости на кадастровый учет, с повышением точности подобного вида работ.
Наибольшее распространение при кадастровом картографировании получило комплексное использование GPS-приемников и электронных тахеометров. При этом производят синхронные GPS-наблюдения на нескольких пунктах с известными координатами (опорных пунктах) и на определяемых пунктах, причем эти пункты могут как совпадать, так и не совпадать с поворотными точками границ земельных участков. В последнем случае пункты играют роль связующих, т.е. они обеспечивают привязку измерений координат границ земельного участка, полученных с помощью электронных тахеометров, к выбранной системе координат. Тахеометрические измерения выполняются полярным методом со съемочных станций, координаты которых, в свою очередь, определяются методом свободной станции.
При выполнении полевых измерений, для определения координат и высот местности, использовался GPS-приемник TopCon GR-3 (рисунок 3).
 |
Рисунок 3. GPS-приемник TopCon GR-3
Возможности приемника GR-3 позволяют отслеживать сигналы всех спутниковых навигационных систем: GPS, ГЛОНАСС и вводимой в эксплуатацию системы Galileo. GPS-приемник GR-3 имеет 72 универсальных канала, которые могут отслеживать до 36 спутников одновременно.
GR-3 отличается полностью интегрированным исполнением, и в качестве базовой станции и как мобильный приемник.
В этих приёмниках используются новейшие цифровые радиомодемы, которые более надёжны и эффективны старых аналоговых радиомодемов.
В компактном ударопрочном и защищенном от проникновения влаги и пыли корпусе объединены высокоточная антенна, GNSS приемник и Li-Ion элементы питания. Встроенный модуль Bluetooth позволяет избавиться от кабельных соединений при работе с контроллером, а встроенные УКВ и GSM модемы обеспечивают гибкость работы в режиме RTK до 20 Гц. Запись данных наблюдений производится на карту памяти формата SD, объем которой может достигать 1 Гб. Аккумуляторы приемника также поддерживают режим горячей замены, то есть их можно поочередно менять в приемнике без его выключения.
Технические характеристики GPS-приемника TopCon GR-3
| Характеристика | |
| Число каналов | 72 канала, GPS/ГЛОНАСС, L1/L2 C/A, L2C, L5,GALILEO, P-код и фаза несущей, WAAS/EGNOS |
| Запись данных | Карта памяти SD до 1 Гб |
| Коммуникационные порты | 1 последовательный, 1 USB, 1 Bluetooth |
| Интерфейсы | TPS, NMEA, RTCM, CMR, BINEX |
| Точность в «кинематике с постобработкой» | в плане 10 мм + 1 мм/км по высоте 15 мм + 1 мм/км |
| Точность в «режиме реального времени» (RTK) | в плане 10 мм + 1 мм/км по высоте 15 мм + 1 мм/км |
| Точность в «статике» и «быстрой статике» при 5 и более спутниках | в плане 3 мм + 0,5 мм/км по высоте 5 мм + 0,5 мм/км |
| Точность DGPS, м | 0,25 м в постобработке 0,5 м а реальном времени |
| Пыле- и влагозащита | IP66 |
| Рабочая температура | -40° — +50° (-20° — +50° при использовании внутренних аккумуляторов) |
| Электропитание | 2 съемные Li-Ion батареи, 3900 мАч, 7.2 В |
| Параметры приемника, см | 15,8 х 15,8 х 23,45 |
| Вес, кг | 1,78 |
В настоящее время идет процесс совершенствования технологий производства приборов, расширения их функциональных возможностей, улучшения технических характеристик. Спутниковые технологии вытесняют традиционные геодезические методы определения координат, длин линий, углов и азимутов, идет поиск наиболее оптимальных технологий, обобщение и создание методических, руководящих и инструктивных материалов.
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАНОВ МАСШТАБА 1: 500
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Содержание
1. Возникновение спутниковых систем навигации
2. Глобальные навигационные спутниковые системы
2.1 Спутниковая система ГЛОНАСС
2.2 Спутниковая система GPS
Спутниковая система Galileo
3. Спутниковая геодезическая аппаратура
Технические характеристики геодезического спутникового оборудования
4. Современные геодезические спутниковые приемники
В данном реферате рассматривается глобальные спутниковые системы, их назначение, виды и принцип действия.
Системы позиционирования позволяют повысить производительность в полевой геофизике: камеральных, полевых и геодезических работ. Новые системы управления транспортом, разработанные за последние годы позволяют оператору видеть созданный компьютером объект и обновлять информацию о нем. Это все и многое другое принесли разработки последних лет в геодезию.
1. Возникновение спутниковых систем навигации
Появление искусственных спутников Земли произвело переворот в методах геодезии и значительно повысило точность навигации и определения положения точек и объектов на поверхности Земли.
Спутниковая геодезия, ориентированная на выполнение точных геодезических измерений на земной поверхности с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ), возникла в конце 50-х годов, непосредственно после запуска первых ИСЗ.
Период до 1970 г. характеризовался развитием основополагающих методов спутниковых наблюдений, в основном фотографирования спутников с помощью специально разработанных камер, а также методов вычисления и анализа спутниковых орбит. Тогда же были предприняты первые попытки построения глобальных геодезических сетей с использованием пассивных ИСЗ. Значительное внимание было уделено при этом изучению глобального гравитационного поля Земли.
Период времени с 1970 по 1980 год отличался разработкой таких новых средств и методов наблюдений, как лазерные методы измерения расстояний до спутников и спутниковая альтиметрия. Большим научным и практическим достижением являются разработанные в то время доплеровские спутниковые системы Цикада (Советский Союз) и Транзит (США). Повышение точности спутниковых измерений открыло возможность более детального изучения скорости вращения Земли, закономерностей движении ее полюсов, деформаций земной коры и других параметров.
С 1950 года идет широкомасштабное практическое использование спутниковых технологий в геодезии, геодинамике, топографии, землеустройстве и других смежных областях. Это связано прежде всего с дальнейшим усовершенствованием радионавигационных систем, выразившимся в использовании более совершенных методов измерения, более удачных параметров орбит, целого ряда других технических решений, а также с общим развитием компьютерных технологий. Позволившим создать высокоавтоматизированные полевые геодезические приборы. Созданные да данном этапе многофункциональные радионавигационные системы ГЛОНАСС (Советский Союз) и Навстар (СИТА) позволили реализовать миллиметровый уровень точности При Измерении до тысячи и более километров.
В 1963 г. начались работы по построению первой отечественной низкоорбитальной навигационной спутниковой системы «Цикада». В 1967 г. на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192». Для радионавигационных спутниковых систем первого поколения характерным является применение низкоорбитальных ИСЗ и использование для измерения навигационных параметров объекта сигнала одного, видимого в данный момент спутника.
На этой основе в интересах навигационного обеспечения в 1964 г. была создана доплеровская спутниковая радионавигационная система первого поколения «Transit», предназначенная для навигационного обеспечения пуска с подводных лодок баллистических ракет «Поларис». После того, как в 1967 г. эта система была предоставлена для коммерческого использования, число гражданских потребителей быстро превысило число военных.
Так же, как и в системе «Цикада», в системе «Transit» координаты источника вычисляются по доплеровскому сдвигу частоты сигнала одного из 7 видимых спутников, которые имеют круговые полярные орбиты с высотой над поверхностью Земли
100 км. Период обращения спутников «Transit» равен 107 минутам.
В 1964 г. в США началось исследование возможностей использования для целей местоопределения широкополосных сигналов, модулированных псевдослучайными шумовыми кодами, что на основе корреляционного разделения таких сигналов давало возможность использования несколькими передатчиками одной несущей частоты.
Российская спутниковая система ГЛОНАСС — глобальная навигационная спутниковая система, разработки которой начаты в середине 1970-х годов, а в 1995 г. Правительство РФ специальным постановлением за № 237 открыло систему для гражданского применения и международного сотрудничества. Используемая методика требует нахождения в любой момент времени в поле зрения каждого пользователя не менее 4 спутников, поэтому высоты орбит и количество спутников в системах второго поколения значительно увеличены. Развертывание первой фазы системы, предусматривающей использование 10-12 ИСЗ в двух плоскостях, завершилось в 1991 г. В феврале 1992 г. количество работающих одновременно спутников впервые достигло 12. В настоящее время (2006 г.) количество работающих спутников ГЛОНАСС составляет 17.
В Российской Федерации на использование спутниковых приемников глобального позиционирования введены ограничения — для их применения требуется лицензия. Основным разработчиком и создателем по системе в целом и по космическому сегменту является НПО прикладной механики (г. Красноярск), а по навигационным космическим аппаратам — ПО «Полет» (г. Омск). Головным разработчиком радиотехнических комплексов является РНИИКП; ответственным за создание временного комплекса, системы синхронизации и навигационной аппаратуры потребителей определен Российский институт радионавигации и времени.
2. Глобальные навигационные спутниковые системы
Глобальная Навигационная Спутниковая Система (Global Navigation Satellite System — GNSS) — это спутниковые системы (наиболее распространены, используемые для определения местоположения в любой точке земной поверхности с применением специальных навигационных или геодезических приемников. GNSS-технология нашла широкое применение в геодезии, городском и земельном кадастре, при инвентаризации земель, строительстве инженерных сооружений, в геологии и т.д.
Основные достоинства и преимущества:
1. Не требуется прямой видимости между пунктами.
2. Благодаря автоматизации измерений сведены к минимуму ошибки наблюдателей.
3. Позволяет круглосуточно при любых погодных условиях определять координаты объектов в любой точке земного шара.
4. Точность GNSS-определений мало зависит от погодных условий (дождя, снега, высокой или низкой температуры, а также влажности).
5. GNSS позволяет значительно сократить сроки проведения работ по сравнению с традиционными методами. GNSS-результаты представляются в цифровом виде и могут быть легко экспортированы в картографические или географические информационные системы (ГИС).
Наиболее перспективными космическими системами, служащими для решения геодезических задач, являются системы глобального определения местоположения ГЛОНАСС (РФ), GPS (США) и Galileo (европейская система). Эти системы являются исключительно точным инструментом для решения прикладных задач геодезии, геофизики и землепользования. Они предназначены для высокоточного определения трех координат места, составляющих вектора скорости и времени различных подвижных объектов.
Функционирующими на данный момент являются две глобальные спутниковые радионавигационные системы второго поколения:
Российская (ранее советская) система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система)
американская, называемая «Navstar» (Navigational Satellite Time and Ranging — навигационный спутник измерения времени и координат) или по ее фактическому назначению GPS (Global Positioning System — глобальная система местоопределения).
Спутниковые системы, помимо навигационных определений, позволяют производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удаленных наземных объектах и взаимную геодезическую привязку, а также определять ориентацию объекта на основе измерений, производимых от четырех приемников сигналов навигационных спутников.
Основными достоинствами спутникового позиционирования являются всепогодность, глобальность, оперативность, точность и эффективность. Эти качества зависят от баллистического построения системы, высокой стабильности бортовых эталонов частоты, выбора сигнала и способов его обработки, а также от способов устранения и компенсации погрешностей. Параметры систем и их отдельных элементов, а также математическое обеспечение выбираются так, чтобы ошибка навигационных определений по координатам была не более 10 м, а по скорости до 0,05 м/с.
Современные системы спутникового позиционирования состоят из трех частей, получивших название секторов (подсистем):
космический сектор, включающий в себя набор спутников, который называют «созвездием»;
сектор управления и контроля, состоящий из центральной (ведущей) станции и нескольких станций слежения, расположенных в разных точках земного шара. Кроме того, имеются средства развертывания и восполнения системы (космодром);
сектор пользователей, включающий в себя широко распространенную аппаратуру пользователей.