Gps приемник геодезический принцип работы

Геодезические GPS приемники: виды, назначение, отличительные характеристики и методы измерений

С наступлением нынешнего века многие строительные компании начали использовать в проведении геодезических изыскательных и строительных работ передовое геодезическое GPS-оборудование.

Данные устройства позволяют быстро собирать и обрабатывать информацию, которая получается в процессе межевания, на первых этапах строительных работ. Использование геодезистами таких систем, разрешает в кратчайшее время собирать координаты полей и в это же время производить обработку с полученными данными. Ко всему GPS приемник помогает создать разные опорные, а также съемочные сети или провести их реконструкцию, применяют его и в топографических съемках огромного масштаба.

Виды и типы систем глобального позиционирования GPS

Производится навигационное оборудование нескольких видов:

1. Приемник L1 геодезический GPS – одночастотный односистемный.
2. Приемник L1+L2 геодезический GPS – двухчастотный односистемный.
3. Приемник GPS/ГЛОНАСС L1+L2 – двухчастотный двухсистемный. При этом для обработки результатов, которые передает устройство, применяется особое программное обеспечение.

Для задач ГИС обычно используются GNSS оборудование, предназначение которого заключается в сборе атрибутивной, а также пространственной информации, в дальнейшем использующиеся для создания точных цифровых карт и загрузки геоинформационных систем.

Назначение

Приемники GPS одночастотные

Особенность этих устройств определяется дешевизной, компактностью и небольшим весом, из-за чего их довольно часто применяют для проведения разнообразных кадастровых работ. Для создания обоснования (съемочного) в процессе геодезических изысканий, непосредственно на месте работ.

Двухчастотные приемники

Обычно такой вид приборов используется в самых различных работах сотрудниками геодезических служб, что помогает им создавать и разрабатывать планово-высотные обоснования. Двухчастотные геодезические устройства часто применяются и в производстве масштабных топографических съемок. В дополнение наличие уникальных функций разрешают выполнять работу на значительном удалении от базовой станции.

GNSS оборудование

Использование в работе геодезиста GNSS приемника дает возможность специалисту существенно увеличить производительность своего труда. Дело в том, что его работа дает возможность сократить время, улучшить качество и вместе с этим получить точные данные произведенных измерений. Особенное внимание нужно уделить таким же приемникам с функцией приема поправок RTK, присутствие которой в приборе данного уровня допускает возможность получать окончательные точные результаты произведенных измерений в режиме онлайн (реальном времени). Кроме того такое высокоточное устройство разрешает заметно увеличить качество измерений GPS и потратить на это заметно меньше времени.

Вместе с этим все системы GPS разделяются на пару основных типов – фазовые и кодовые, а уникальность упомянутых систем в том, что они могут работать в DGPS и автономном режиме, и вместе с этим принимать от спутниковых систем OmniStar, EGNOS и морских (длинноволновых) радиомаяков, которые обозначаются символами – MSK.

Отличие геодезических приемников от других приборов

Отличительной характеристикой геодезических GPS-приемников является точность получения результатов произведенных замеров. Хотя разница в размерах допускается, поскольку посылаемые спутниками сигналы на Землю имеют частоту 1227.6 и 1575.42 Мегагерц, а измерительные бытовые приборы могут считывать лишь открытый код, куда заблаговременно закладывается небольшая погрешность результатов.

На основании этого большое число навигаторов и мобильных телефонов могут выдавать результат с погрешностью в несколько метров. Другое дело профессиональные геодезические приборы, где точность результатов получается благодаря использованию «чистых» частот, эксплуатация которых и дешифрация информации стоит больших денег.

Различие бытового и профессионального аппарата является то, что второй в своей конструкции состоит из двух сложных блоков: базы, что перемещается по заранее заложенным координатам. В роли второго устройства выступает ровер, который устанавливается в той точке, куда укажут вычисления координат. Такая сложная система вычислений используется именно в геодезических приборах, что позволяет опытным специалистам получать данные с минимальной погрешностью, составляющей всего лишь несколько миллиметров.

Ко всему надо заметить, что точность вычислений достигается не только благодаря использованию спутников, а и точному расположению на местности пользователя. Бытовые геодезические GPS приемники от профессиональных аппаратов отличаются простотой конструкции и самодостаточностью, поскольку работают самостоятельно.

Методы проведения измерений

Статический метод

В работе геодезиста в процессе произведения замеров различных территорий используются статический и кинематический методы. Самым точным из них считается статический, так как погрешность на каждый километр может составлять несколько миллиметров. Но этот метод имеет один ощутимый недостаток, кроется который в том, что наблюдение производится довольно-таки длительное время, от получаса до пары часов, это зависит от влияния погоды.

Кинематический

Не таким точным способом является кинематический метод измерения, но он обычно применяется при топографических съемках. Базовый приемник при использовании этого метода устанавливается в точке на заранее определенном расстоянии, после чего ровер передвигается в нужные места. Главным достоинством такого метода можно считать то, что измерения производятся за короткий временной период.

Быстростатический

Этот метод очень схож с предыдущим, но производит не такие точные замеры, хотя времени для наблюдения понадобится не более двадцати минут. Используется такой для произведения сетей сгущения.

Источник

Спутниковая GPS геодезия

Приемники, работающие в системе GPS (или системе ГЛОНАС) – высокоточное оборудование, используемое для получения точных данных при выполнении кадастровых и геодезических работах. GPS геодезия позволяет сократить временные и трудовые затраты и облегчает выполнение инженерно-геодезических изысканий.

Задача GPS измерений

GPS (система глобального позиционирования) представляет собой 24 спутника, скоординированных между собой, и передающих навигационную информацию на землю. Прием данных осуществляется спутниковыми приемниками, как простыми, задействованными в навигаторах, так и технически сложными, установленными в высокоточном, в том числе и геодезическом, оборудовании.

При помощи GPS решаются задачи по созданию съемочных и опорных сетей, проводится исполнительная топографическая съемка, вынос проектов в натуру, привязка результатов измерений к государственной геодезической сети.

Принцип работы приемников GPS

Все спутники постоянно передают сигналы с орбитальными координатами и точным временем отправки. GPS-приемник, принимающий информацию от нескольких таких спутников, рассчитывает их взаимное расположение и расстояние до каждого, получая в итоге абсолютно точные координаты точки приема. Расстояние до спутника вычисляется благодаря разнице времени отправки и получения сигнала, а точность данных гарантируется высокоточными часами, установленными как на спутнике (погрешность которых составляет 10¯9 секунды/год), так и в принимающем устройстве.

Для определения широты и долготы места установки приемника, достаточно сигналов, получаемых от трех источников, для того, чтобы выяснить и высоту от уровня мора – четырех. Скорость и точность определения местоположения зависит от количества принимаемых сигналов.

Передаваемые спутниками сигналы закодированы, поэтому приемные устройства, не оснащенные специальными дешифраторами, принимают только открытые коды с невысокой точностью позиционирования. В отличие от бытовых приборов, геодезические приемники обрабатывают «закрытые», платные, частоты. Второе отличие – геодезисты работают, как минимум, с двумя принимающими устройствами, одно из которых располагается на месте определения координат, а второе – на базе, месторасположение которой известно заранее. В итоге точность положения первого составляет 1-2 сантиметра.

Методы GPS измерений

Существует несколько методов работы с GPS приемниками, которые различаются по времени нахождения приемника на точке, координаты которой определяются:

• статический – наблюдения проводятся не меньше часа, точность измерений 5 мм + 1 мм/км;
• быстростатический – 15-20 минут, точность сравнима со статическим методом, но менее достоверна;
• кинематический – длительность 30 секунд, точность 1-2 см + 2 мм/км;
• непрерывный кинематический – с непрерывным движением приемника по линейным объектам, точность 10-15 см;

RTK-метод, наиболее современный, скорость измерений несколько секунд, а точность сопоставима с быстростатическим способом.

Источник

4.1.1 Геодезическое gps-оборудование

Геодезические GPS (Global Positioning System — глобальная система место определения.) системы позволяют в кротчайшие сроки, с меньшими усилиями и с высокой степенью надёжности получить координаты и высоты объектов.

Космической составляющей любой спутниковой навигационной системы будь это «GPS» или «ГЛОНАСС» (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) является орбитальная группировка спутников, которые постоянно излучают навигационные сигналы для наземного GPS и (ГЛОНАСС) оборудования. Наземный сегмент системы состоит из контролирующих станций и станции управления, которые в конечном итоге обеспечивают надежную работу GPS оборудования. Ведение геодезических работ с помощью GPS увеличивает производительность вашего труда. Вы можете достигнуть сантиметрового уровня точности определения координат гораздо быстрее, чем при использовании традиционных геодезических инструментов. GPS позволяет вести геодезические работы круглосуточно, в любую погоду, а также, при отсутствии прямой видимости между точками.

В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится 24 спутника (SVs) NAVSTAR. Период обращения спутников составляет двенадцать часов, а большая полуось приблизительно равна 20200 км. Спутники сгруппированы на шести орбитах, с наклонениями в 55 градусов к экватору.

Каждый спутник передает радиосигналы, которые имеют уникальные идентификационные коды. Высокоточные атомные часы на борту спутников управляют генерацией этих сигналов и кодов.

Каждый спутник передает два уникальных кода. Первый и более простой код называется C/А (грубым) кодом. Второй код называется P (точным) кодом. Этими кодами модулируются две несущих волны L1 и L2. L1 несет C/А и Р-код, а L2 несёт только Р — код.

GPS приёмники подразделяются на одночастотные и двухчастотные. Одночастотные приёмники принимают только несущую L1, а двухчастотные и L1 и L2.

Координаты вычисляются методом трилатерации после определения дальности до каждого видимого спутника. Дальности определяются по коду или фазе несущей.

Между генерацией кода в спутнике и приёмом его GPS антенной проходит определённый период времени. Кодовые измерения позволяют определить этот промежуток времени и умножив его на скорость света, мы получим дальность до спутника.

GPS приёмники геодезического класса измеряют фазу в пределах цикла несущей. Длины волн L1 и L2 известны, поэтому дальности до спутников можно определить, добавив фазовый домер к общему числу длин волн между спутником и антенной.

Определение полного числа циклов несущей (длин волн) между антенной и спутником называется разрешением неоднозначности — поиском целого значения числа длин волн. Для измерений в режиме с постобработкой (РР), который используется для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется во время обработки на компьютере. Для измерений в реальном времени, которые используются для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется в течение процесса называемого инициализацией.

Для геодезических GPS измерений необходимо одновременное наблюдение одних и тех же четырёх (или более) спутников, по крайней мере, двумя GPS приёмниками. Хотя вы можете использовать и более двух приёмников, в этом руководстве мы ограничимся обсуждением использования лишь двух: базовый приёмник и приёмник — ровер.

Базовый приёмник в течение всего процесса измерений располагается на пункте геодезической основы с известными координатами. Ровер перемещается по определяемым точкам или участвует в процессе выноса точек в натуру. Результатом объединения данных, полученных этими двумя приёмниками, является пространственный вектор между базой и ровером. Этот вектор называется базовой линией.

Для определения положения ровера относительно базы вы можете использовать различные методы измерений. Эти методы отличаются длительностью выполнения измерений:

Для измерений в реальном времени используется радиомодем, который передаёт данные базы роверу. Результаты получаются непосредственно в поле.

Методы измерений с постобработкой, требуют записи данных в поле и последующей их совместной обработки на офисном компьютере.

В основном выбор метода зависит от таких факторов, как конфигурация приёмника, требуемая точность, ограничения по времени и необходимости получения результатов в реальном времени.

Геодезисты используют GPS для развития опорных сетей, топографических съёмок и разбивочных работ.

Топографическая съёмка служит для определения координат большого объёма точек в районе работ. По этим измерениям обычно создают топографические планы.

Лучше всего для этого подходят кинематические методы (в реальном времени или с постобработкой) из-за короткого времени стояния на точках.

Огромным импульсом развития геодезического GPS оборудования послужило отключение особого режима ограниченного доступа (SA – Selective Availability) в передаваемых навигационных данных со спутника, что позволило определять местоположение объекта с высокой точностью и на всей территории земной поверхности. На российском рынке геодезических техники представлено современное оборудование в сфере GPS систем основных мировых производителей (Topcon, Trimble, Sokkia, Leica, Magellan). GPS приемники геодезические бывают следующих модификаций: одночастотные, двухчастотные и многочастотные, в зависимости от сложности, объёма выполняемых работ и финансовых возможностей у потребителя есть возможность приобрести оборудование любой нужной конфигурации.

Одно из требований, предъявляемое временем к GPS оборудованию — это возможность использования различных навигационных систем, которые действуют сейчас: GPS, ГЛОНАСС и перспективные Galilleo. Современный GPS приемник геодезический – прибор многочастотный, использующий несколько каналов GNSS как правило с радиомодем и возможностью использования режима RTK. Передовые методики приема сигналов со спутников позволят принимать усовершенствованные GPS сигналы L2C и L5 и сигналы ГЛОНАСС. Усовершенствованные сигналы L2C и L5 будут оперативнее отслеживаться и приниматься, что соответственно улучшит получение качественных результатов в условиях ограниченного приема сигналов GNSS (Global Navigation Satellites System — Глобальные Навигационные Спутниковые Системы). Выше перечисленные параметры гарантируют пользователям высокую производительность и что немаловажно точность выполняемых работ, позволяют получать координаты с точностью от метра до нескольких миллиметров.

Все методы получения точных пространственных координат связаны с технологией закрепления и определения на местности базовой станции, а «роверные» GPS приемники предназначены для определения координат неизвестных точек. В зависимости от заданной точности, сроков работ, программного обеспечения применяются методы: режим статики, режим кинематики, режим кинематики в реальном времени «RTK».

В мире очень широко применяются постоянно действующие базовые станции (ПДБС), т. е. стационарно установленные спутниковая антенна и постоянно устанавливающий свои координаты геодезический GPS приемник. А сеть ПДБС позволяет значительно упростить задачи решаемые геодезистами.

Особую роль в получении необходимых результатов полевых работ играет программное обеспечение. Программа для «скачки» снабжает всем необходимым для определения, импорта и экспорта данных измерений, полученных ГЛОНАСС. Обработка и последующий анализ данных исполняется, как правило, другой программой, при этом возможность объединения различных геодезических измерений и их совместная последующая обработка значительно расширяют границы возможного при выполнении геодезических работ.

Подводя итоги можно с уверенностью отметить, что современные геодезические GPS/ГЛОНАСС приемники при выполнении широкого круга задач, могут заменить собой тахеометр, нивелир, теодолит и другие геодезические приборы. И при этом данное оборудование может использоваться на штативе, металлической вехе, а сам прибор имеет малый вес, компактный и всепогодный.

Источник