Геодезические работы с использованием спутниковых систем

В геодезических работах в нашей  стране распространены приёмники РrоМагk-2 ,выпускаемые УОМЗ совместно с зарубежными компаниями. Он имеет 10 параллельных каналов, работает по кодам и фазе несущей L1, может отслеживать спутники систем WААЗ и ЕGNOS. Приёмник имеет внешнюю антенну, дисплей, клавиатуру, интерфейсный порт, карту памяти, программное обеспечение Ashtech Solutions. Приёмники РrоМагk-2 и -3 в режиме статики позволяют определять координаты в плане с погрешностью 5 мм + 1 ppm, а по высоте 10 мм + 2 ppm. Время наблюдений варьируется от 20 до 60 минут, в зависимости от длины базовой линии. В режиме кинематики («Stop and Go») время наблюдений на точке составляет около 15 секунд, а для инициализации достаточно 5 минут.

Наряду с рассмотренными основными  геодезическими приёмниками в настоящее  время выпускаются малые геодезические приёмники, работающие в дифференциальном режиме и обеспечивающие точность 0,1.. .0,5 м. Такая точность может удовлетворять в ряде случаев требованиям кадастровых съёмок и инвентаризации земель, особенно вне городских территорий.

К малым дифференциальным геодезическим  приёмникам относятся: Тrimbleе GPS Раtfinder Рrо ХR, Рrо ХRS, Роwеr, Тrimble Аg 132, Geo Explorer СЕ. Эти 12-канальные приемники имеют малый вес и размеры и дешевле примерно в 1,5 раза основных геодезических приёмников. Они работают в RТК с дифференциальными поправками от ГСС, радиомаяков в системах WААS, ОmniSTAR, LandSTAR и других. Приёмники этих серий могут принимать информацию при большом удалении от базовых станций как в кодовом режиме (с метровой точностью), так и с обработкой фазы (с дециметровой точностью) в форматах дифференциальных поправок Рrо ХRS, RTCM SС- І04. Наблюдения должны проводится не менее чем по

спутникам при значении РDОР не более б, отношении сигнал/шум лучше 6, при углах возвышения НС выше 15°. В RTK работа такими приемниками выполняется с контролером и соответствующим программным обеспечением   Для полевых работ существует несколько типов ПО, обрабатывающих результаты позицирования малыми дифференциальными приёмниками, например, Asset Surveyor для контроллера ТSС1 и др.

Кроме того, системы GPS Pathfinder включают в себя ПО Pathfinder Office, позволяющие проводить планирование, обработку, редактирование и экспорт полученных данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4Планирование  и проведение измерений

Планирование геодезических работ  при использовании GPS приемников преследует две основные цели: выбор местоположения на объекте опорных и определяемых пунктов ,составление графика к программы наблюдений на конкретные дни с учетом радиовидимости и геометрии расположения навигационных спутников.

Планирование геодезических работ  начинают с изучения технического задания, в котором регламентируются содержание, основные технические условия, сроки, объем и затраты на проведение работ. Уточняются назначение и требования к точности проектируемого геодезического построения на объекте, система координат и высот.

Проводится сбор материалов топографо-геодезической  обеспеченности данной территории, используя  данные и архивы территориальной инспекции Госгеонадзора, городских и районных отделов управлений по градостроительству и архитектуре, земельных комитетов, маркшейдерских и проектных отделов промпредприятий. Собираются и анализируются данные по существующим пунктам ОГС, их состоянию, делаются выписки координат и высот из каталогов с указанием года сдачи сети в эксплуатацию, данные оценки точности по материалам уравнивания. Получают топографические карты крупного масштаба или планы, содержащие изображение всей территории района работ.

На топографической карте (планах) наносят существующие пункты ОГС, которые могут быть использованы в данном проекте. Анализируется их состояние, выбираются опорные пункты с хорошими условиями для GPS наблюдений, относительно которых будут проводиться определения новых пунктов. По карте проектируются новые пункты с учетом возможности перемещений (подъезда на автотранспорте), отсутствия препятствий и других ограничений для работы приемника, возможностей длительной сохранности пункта. Таким образом, на карте наносится местоположение опорных и вновь определяемых пунктов, а также базовых линий проектируемого геодезического построения. Выбираются и обосновываются типы центров для закрепления пунктов на объекте в соответствии с действующими инструкциями .

Графики наблюдений составляются на основании количества наблюдае-мых  НС , геометрического фактора их расположения на период выполнения работ, а также высоты их прохождения над горизонтом. Для этого используют альманах спутников, который получают через приемник, обрабатывают на соответствующем программном обеспечении. Выбираются благоприятные даты и время наблюдений.

Альманах  навигационных спутников— информационный файл спутников, передаваемый в радионавигационном сообщении совместно со спутниковым сигналом, содержащий приближенные эфемериды всех работающих спутников. Данные альманаха обновляются в СтР8 ежедневно и передаются с каждого НС примерно через 12,5 мин. Альманах содержит также информацию о состоянии («здоровье») спутников. Если информация об отказах или неисправности вошла в альманах на конкретный НС, то приемник автоматически не будет отслеживать и принимать его сигналы.

Период обращения НС по орбите равен  половине звездных суток, поэтому появление спутника в одно и то же время суток повторяется с точностью до минут. Сохраняется РDОР созвездия НС. Альманах действителен в течение длительного времени (до месяца и более), однако он должен уточняться через несколько суток, так как могут появиться новые НС, а некоторые из включенных в проект окажутся исключенными из рабочего альманаха.

Альманах, полученный приемником, записывается автоматически в его память. В дальнейшем он обрабатывается в программном обеспечении компьютера, поэтому альманах нужно экспортировать в компьютер. Для обработки полученного альманаха следует ввести дату, время и приближенные координаты района работ (с точностью до 15 км или 10 минут по широте).

В спутниковых системах применяется  всемирное координированное время UTC. На территории Российской Федерации используется местное время Т, которое связано с UTС формулами:

Т = UTC + N + ; Tл=UTC+ N + 2^h, (2.19)

где Т_л — местное летнее время, действующее с апреля по октябрь в границах крайних дат, публикуемых ежегодно; Т — местное зимнее время; N — номер часового пояса (N = 4 для областей Урала).

Разница между UTC и местным временем составляет для областей Урала 5^h в пределах действия зимнего времени и 6^h — летнего.

Обработка альманаха дает на выходе количество видимых спутников на проектируемую дату, их высоту над  горизонтом, азимут, коэффициенты геометрического влияния РDОР. Отбраковка спутников для вычисления РDОР проводится по углу наклона над горизонтом. Высота НС над горизонтом не должна быть меньше 15°.. Предельное значение коэффициента РDОР зависит от требуемой точности определения координат нового пункта. Для достижения сантиметровой точности требуется РDОР < 4, а для топографических съемок достаточен РDОР < 6. Предел допустимого РDОР устанавливают в приемнике перед началом измерений. По материалам обработки альманаха выбирается наиболее благоприятное время для наблюдений: оно имеет 5 и более наблюдаемых спутников с минимальным коэффициентом РDОР.

На запроектированных пунктах  с ограниченным обзором небосвода  из-за наличия препятствий время  наблюдений уточняется. Для этого с карты снимаются границы и верх препятствия.

По карте (плану) с запроектированной  точки наблюдений измеряется транспортиром азимут на крайние точки границ препятствия и вычисляется угол наклона на верх препятствия по формуле: y= arctg . (2.20)

где h — высота препятствия, полученная по условным обозначениям и надписям на карте (плане); d — расстояние до препятствия.

Составляется полярная диаграмма  видимости небосвода. Важно нанесение  на нее препятствий с углом наклона над горизонтом больше 15°. На диаграмму наносят также положения спутников с указанием времени их появления в закрытой препятствиями зоне. Диаграмму можно получить на основе программного обеспечения (например, Рlan, Тrimble). Это время исключается из программы работ на всех пунктах, участвующих в планируемом сеансе наблюдений.

Программное обеспечение Рlan, Тrimblе позволяет вывести на экран следующие графики: Еlеѵаtіоn — углы наклона (возвышения) спутников GPS над горизонтом в течение суток или заданного интервала времени; РDОР, НDОР, ѴDOР — коэффициенты снижения точности, вызванные геометрией созвездия, на те же моменты времени; Skу Рlot — траектории НС на небесном своде над заданной точкой; диаграмму препятствий на пунктах.

Составляется рабочая программа  наблюдений на конкретные даты с учетом одновременно работающих приемников на опорном (базовом) и определяемых пунктах. Показываются все проектируемые связи базового и передвижного приемников, время работы на пунктах, маршруты перемещения приемников. Исходя из требований точности выбирается метод измерений (статика, быстрая статика, «Stop аnd Gо», RТК), тип приемников, примерная продолжительность сеансов наблюдений, их количество.

Измерения в режиме реального времени (RТК) необходимо дополнительно обеспечить связью между базовым и определяемым пунктом, программным обеспечением RТК и полевым компьютером.

Разработанный проект уточняется при  рекогносцировке и обследовании существующих пунктов ОГС. При этом следует максимально использовать пункты ранее созданных сетей, однако наличие на существующих пунктах металлических и деревянных сигналов и пирамид нежелательно. Они создают дополнительные помехи и экранирующие препятствия для приема спутниковых сигналов.

При рекогносцировке уточняются места  закладки новых пунктов, типы центров. При использовании стенных знаков на застроенных территориях выбирается рабочий центр, с которого обеспечиваются требования для спутникового позицирования. После рекогносцировки и обследования пунктов можно скорректировать программу измерений с использованием того же модуля планирования.

Проектируемая продолжительность  наблюдений зависит от требований точности, длины базовой линии и применяемого приемника. Удлинение времени наблюдений вызвано необходимостью полного разрешения неоднозначности фазовых измерений. Для двухчастотных приемников разрешение неоднозначности осуществляется в течение 10—15 минут даже на длинных базах. Для одночастотных приемников этого времени может оказаться достаточно лишь на коротких базах до 1км. На длинных базовых линиях разрешение неоднозначности требует длительных наблюдений в течение 1 часа и более. При этом минимальная продолжительность проектируется лишь в режиме быстрой статики.

Проектируемое время наблюдений

Длина базовой линии, км	Продолжительность сессии, мин.
0,1...1,0	10...30
1,1...5,0	20...60
5,1...10,0	20... 90
10,1...30,1	30... 120

 
Таб.1

Большая продолжительность наблюдений позволяет повысить точность координат определяемого пункта. При высоких требованиях к точности измерения планируют в несколько сессий (приемов), включая повторные измерения с возвращением на определяемый пункт.

Перед полевыми работами необходимо обеспечить комплектность и проверить работоспособность приборов: два или три приемника, соответствующие им штативы, подставки, оптические центриры, измерители высоты антенны, полевой компьютер (контроллер) с программным обеспечением. Уровни и оптический центрир должны быть проверены и отъюстированы, подготовлены батареи питания, а для аккумуляторных — проведена их зарядка.

Антенна или приёмник с вмонтированной антенной устанавливается на подставку на штативе, которая должна быть отцентрирована по оптическому центриру. Антенны на пунктах сети рекомендуется ориентировать в одном направлении, это снижает влияние смещения их фазового центра. Так, при установке антенны её риска должна быть сориентирована на север. Высота антенны над маркой центра пункта измеряется дважды (до и после наблюдений). До включения приёмника надо проверить уровень заряда аккумулятора и подключить контроллер, если измерения будут выполняться с контроллером. После включения появляется главное меню контроллера.

Проводятся рабочие установки, с помощью которых компонуются действия для программы измерений. Рабочие установки — миссии (mission) могут быть сформированы в камеральных условиях, особенно для выполнения однотипных наблюдений, в полевых условиях при необходимости их можно скорректировать. Рабочие установки содержат набор параметров, используемых при спутниковых определениях приёмником: режим работы, предельные значения (маски) угла возвышения НС, РDОР, соотношения сигнал/ шум, интервал регистрации данных и другие. Интервал регистрации спутникового сигнала (дискретность) устанавливается в пределах 1...15 секунд. Более короткий интервал приводит к записи в файлы измерений большого объёма избыточной информации и к нерациональному расходованию памяти приёмника. Интервал записи на гоѵег-приёмнике ставят равным или в целое число раз превышающем интервал записи referens-приёмника.

С клавиатуры контроллера вводится информация о точке стояния. После  включения осуществляется автоматический запуск работы приёмника.