ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМ ГЛОБАЛЬНОГО

Труды республиканской научно-практической конференции студентов, магистрантов, докторантов "Машановские чтения"
2015. - С. 184-192
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМ ГЛОБАЛЬНОГО
ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ТОПОГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ
Кузнецова И.А., к.т.н., доцент
Махметова Г.Н., магистрант
(Казахский национальный технический университет им. К.И.Сатпаева)
В статье рассматриваются возможности использования RTK-режима глобальных
систем позиционирования GPS и ГЛОНАСС при проведении топографических работ.
Приводится перечень необходимого оборудования и программного обеспечения
реализации метода. Описывается технология настройки оборудования для проведения
съемки и приводятся полученные результаты.
The article discusses the possibility of using RTK-mode global positioning systems GPS
and GLONASS in conducting topographical works. A list of required hardware and software
implementation of the method. Describes the technology hardware settings for the shooting and
are the results.
Мақалада топографиялық жумыстарды жүргізу барысында GPS және ГЛОНАСС
жарандық позициялау жүйелерін RTK режимінде пайдалану мүмкүндіктерін карастырады.
Ключевые слова: система глобального позиционирования, GPS, ГЛОНАСС
В конце XX в для определения местоположения точек земной поверхности
развернуты глобальные радионавигационные спутниковые системы. В настоящее время в
практике геодезических измерений находят широкое применение системы глобального
позиционирования GPS и ГЛОНАСС. Использование данных систем предоставляет
геодезистам новые, более производительные возможности при выполнении различных
топографических работ [3; 7-8]. В рамках использования этих систем фирмамиизготовителями оборудования разработана технология кинематической - съемки в
режиме RTK (Real Time Kinematics реальный кинематический режим ).
GPS-съемка в реальном времени
это кинематическая съемка, когда оценка
результатов может быть проведена непосредственно в поле. Съемки в реальном времени
могут быт одночастотными; двухчастотными с автоматической инициализацией в
статическом режиме; двухчастотными с автоматической инициализацией в процессе
движения.
При использовании данного режима необходим надежный радиоканал для передачи
дифференциальных поправок, а в состав GPS -приемника должен входить радиомодем.
Этот режим позволяет получать координаты с точностью до нескольких сантиметров
непосредственно в полевых условиях.
Для эффективного использования GPS в геодезических целях необходимо
внимательно подходить к выбору метода наблюдений, пунктов сети, отбор планированию
и организации наблюдений. GPS состоит из трех отдельных элементов: наземного
сегмента (наземных станций слежения), космического сегмента (спутников) и
пользовательского сегмент
(персональных приемников GPS). Все три сегмента
объединяются посредством передачи и приема радиосигналов.
Обычно в состав спутникового оборудования для - съемки входит комплект двух или
более двухчастотных приемников GPS с антеннами как минимум одним контроллером,
штативом, трегерной установкой для крепления антенны базовой станции и вехой для
подвижного приемника. Один комплект, называемый базовой (опорной или референцной)
станцией, устанавливают на пункте с известными координатами. Остальные комплекты,
называемые мобильными (подвижными или роверами) используют для определения
координат объектов съемки. Для получения высокоточных координат в режиме реального
времени в состав каждого комплекта радиомодемы, задача которых принимать
спутниковую и служебную информацию передаваемую от базовой [4; 6].
Достоинство съемки в режиме следующие. Во-первых обеспечивается высокая
производительность работы, так к каждую точку съемки уходит несколько секунд, во вторых качество результатов измерений гарантировано. Исполнитель может записывать
готовые координаты в контроллер, отслеживая их качество и точность в
момент
времени, а при необходимости повторить измерения RTK-съемки позволяет работа в
любых системах к включая местные систем [1; 5].
Для успешной работы необходимо соблюдать следующие условия:
- требуется надежный канал для передачи поправок RTK от базовой станции к
подвижному приемник;
- для успешной инициализации съемки важно, чтобы все приемники одновременно
непрерывно отслеживали сигналы минимум от пяти общих спутников по двум частотам .
В качестве примера с использование RTK-режима при проведении топографической
съемки объектом были выбраны автомобильные дороги Мангистауской области (участок
Актау-Форт Шевченко, участок Актау-Каражанбас и перекресток - зона отдыха), и двух
дорог без покрытия (полевые дороги и дороги с щебенчатым покрытием).
На пункте BASE1 был установлен базовый приемник Leica GPS System 1200
GX1230GG c установленным на нем радиомодемом Satline 3AS. Другой подобный
приемник был установлен на одном из автомобилей. Для более уверенного приема
сигнала радиомодема, радиоантенна на базовом приемнике была установлена на
закрепленной 4 метровой рейке (Рис. 1). Высота над уровнем земли для GPS антенны
установленной на автомобиле составила 2,05 м.
.
Рисунок 1 – GPS приемник базовой станции
Базовый приемник вычисляет и передает по линии связи поправки к измеренным
псевдодальностям на мобильный приемник (Рис. 2). Поправки определяются как разность
измеренной псевдодальности и истинной дальности, вычисленной по точным
координатам, введенным в приемник. Мобильный приемник вводит принимаемые
поправки в измеряемые им псевдодальности и исправленные значения дальностей
использует для вычисления своего положения. Координаты определяются немедленно в
полевых условиях.
Четыре этапа при работе в режиме RTK:
1) Базовая станция и мобильный приемник принимают сигналы от одного и того же
созвездия спутников;
2) Базовая станция передает свои координаты и спутниковые измерения на
мобильный приемник;
3) Мобильный приемник совместно обрабатывает измерения, переданные с базовой
станции со своими измерениями и вычисляет координаты в режиме реального времени.
4) Координаты вычисляются с использованием специального алгоритма SmartRTK,
основным преимуществом которого является возможность надежной и эффективной
работы на расстоянии до 50 км от базовой станции.
Рисунок 2 - Съемка в режиме RTK.
Следующий рисунок представляет схему отснятых дорог (Рис.3). Координат
съемочных точек в плановом положении были пересчитаны в проекцию UTM зона 39N, а
в высотном в Балтийскую систему высот. Приведенные высоты относятся к уровню земли
(не к центру антенны) (Z_RTK (Геоид)), кроме того приведены высоты с цифровой
модели рельефа (Z GIS_TIN) , посчитана разница между данными величинами (dz), а
точность в плане и по высоте это относительная точность измерений.
Рисунок 3 – Схема отснятых автомобильных дорог
Для контроля высотных отметок точек был произведен сравнительный анализ
(Таблица 1) данных полученных в ходе съемки в режиме RTK и данных цифровой модели
рельефа (DEM).
Таблица 1
Общее количество точек
Количество точек без отклонений по высоте (Z)
Количество точек cо значением отклонения по высоте
(Z) от 0.01 до 0.09 по абсолютному значению
Количество точек cо значением отклонения по высоте
(Z) от 0.1 до 0.2 по абсолютному значению
Количество точек cо значением отклонения по высоте
(Z) от 0.2 и более по абсолютному значению
Абсолютное значение максимального отклонения по
высоте (Z)
Абсолютное значение минимального отклонения по
высоте (Z)
Среднее значение отклонения по высоте (Z)
2066
54 (2.6%)
755 (36.5%)
781 (37.8%)
476 (23.0%)
0.49
0.01
0.25
Рисунок 4 – GPS измерения
Как видно из графического изображения данные точки в большинстве своем имеют
зеленую окраску, что соответствует отклонению от 0 до 0,2 м по абсолютному значению
(Рис. 4,5).
Рисунок 5 - 3D изображение
Сравнительный анализ отметок высот точек цифровой модели рельефа и значения
высот в данных контрольных точках согласно съемки в режиме RTK позволил получить
среднюю погрешность определения высотных координат равную 0,25 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
[1] Варфоломеев А.Ф., Казаков И.А., Молчанова Ю.А. Создание геодезического
полигона МГУ им. Н. П. Огарёва с использованием GPS // Картография и геодезия в
современном мире: мат-лы Всеросс. Науч. – практич. Конф., посвященной – 50 летию
кафедры геодезии , картографии и геоинформатики Мордовского государственного
университета им. Н.П. Огарева. Саранск, 1 декабря 2010 г. [ ред.кол.: В.Ф. Манухов
(отв.ред.) и др.] – Саранск: изд-во Мордов. ун – та, 2011. – С.157-164.
[2] Логинов В.Ф., Манухов В.Ф. Применение глобальной спутниковой системы
определения местоположения в геодезическом обеспечении кадастра // Вестник
Мордовского Университета. – 2005. - № 3- 4. – С. 121 – 123.
[3] Манухов В.Ф. Применение GPS – технологий в инженерно – геодезических
разбивочных работах // Актуальные вопросы строительства: мат – лы Всеросс. науч. – тех.
конф. – Саранск: Изд – во Мордов. ун.- та.
[4]Манухов В.Ф., Тюряхин А.С. Глоссарий терминов спутниковой геодезии: учеб.
пособие – Саранск: Изд – во Мордов. ун – та, 2006. – 48 с.
[5] Манухов В.Ф., Разумов О.С., Тюряхин А.С. и др. Определение координат
геодезических пунктов спутниковыми методами: учеб. пособие – Саранск, 2006. – 164 с.
[6] Манухов В.Ф., Разумов О.С., Спиридонов А. И. и др. Спутниковые методы
определения координат пунктов геодезических сетей: учеб. пособие. – Изд.2. – е, испр. и
доп. Саранск: Изд –во Мордов. ун – та, 2011. – 128 с.
[7] Манухов В.Ф. Совершенствование методов топографических съемок и
инженерно – геодезических работ с использованием современных технологий // Вестник
Мордовского университета. – 2008. - № 1. – С. 05 – 108.
[8] Манухов В.А., Ивлева И.Г., Логинов В.Ф. Методика использования
инновационных технологий в учебном процессе // Инновационные процессы в высшей
школе: мат – лы XIV Всеросс. науч. – практич. конф. Краснодар, 24 – 25 сентября, 2008 г.
С. 214 – 215.
[9] Манухов В.Ф., Коваленко А.К., Логинов В.Ф. Использование современных
технологий в учебном процессе // XXXV Огаревские чтения: мат – лы науч. конф.: в 2 ч.
Ч. 2. Естественные и технические науки. – Саранск: Изд – во Мордов. ун – та, 2007. –
С.37- 39.
[10] Ткачев А.Н., Зараев Д.М., Манухов В.Ф. Использование GPS – технологий для
проведения землеустроительных работ // Естественно – технические исследования.
Теория, методы, практика. Саранск, 2005. – С. 121 – 122.