Технологии съемок комплексами глобальных

Спутниковых систем

Технологическая схема производства глобальных навигационных спутниковых систем в общем виде включает [19]:· подготовительные работы;· полевые измерения;· камеральную обработку полевых измерений;· оценку точности измерений. В состав подготовительных работ входят: - составление прогноза видимости спутников на участке работ; - предварительный расчет геометрического фактора; - определение рационального времени проведения съемочных работ; - составление схемы передвижения между определяемыми точками маршрута; - подготовка каталога координат точек маршрутов с занесением их в накопитель данных (контроллер). Составление прогноза видимости спутников позволяет определить интервалы времени непрерывной видимости заданного числа спутников на участке съемочных работ. Составление прогноза видимости спутников и расчет геометрического фактора производится на основе альманаха, принимаемого навигационной аппаратурой пользователя. Также альманах может быть загружен с использованием ресурсов глобальной сети Интернет, например, с официального сайта фирмы «Trimble» (http://www.trimble.com/gpsdataresources.shtml). Расчет видимости спутников и параметров геометрического фактора производится в вычислительном устройстве самого приемника или на персональном компьютере. Выполнение расчета на компьютере предпочтительнее, так как позволяет быстро выявить все необходимые сведения о состоянии созвездия навигационных спутников с распечаткой (при необходимости) этих сведений на принтере. Для расчета видимости спутников и геометрического фактора кроме альманаха в память вычислительного устройства приемника должны быть занесены: дата и время выполнения работ, приблизительные географические координаты района работ, высота, маска по возвышению спутников.

Большое значение при планировании спутниковых съёмок имеет правильный выбор минимального значения маски угла возвышения. При установленной маске угла возвышения приемник начинает вести приём радиосигнала не от всех спутников, а только от тех, угол возвышения которых больше или равен маске угла возвышения. Это позволяет избежать влияния атмосферных эффектов и интерференции радиоволн, вызванной близко расположенными объектами. В соответствии с инструктивно-норматив-ными документами [8, 20] не рекомендуется наблюдать спутники, возвышение которых над горизонтом составляет менее 15º, т. к. в противном случае полученные данные будут значительно искажаться влиянием атмосферной рефракции. В работе [16] указывается, что для рядовых работ маска угла возвышения обычно принимается равной 15º, а для особо ответственных – 17-21º.

Например, планирование полевых работ с применением аппаратуры фирмы «Trimble» выполняется в программном пакете «Trimble Geomatics Office» с использованием утилиты «Planning». Выбор времени наблюдений осуществляется на основе графиков «Количество наблюдаемых спутников» (рис. 4.27) и «Показатели точности наблюдений» (рис. 4.28). Показатель DOP является индикатором качества GPS-определений координат точек, учитывающий расположение каждого спутника относительно других спутников созвездия и их расположение относительно GPS-приёмника.

 

Рис. 4.27. Количество наблюдаемых спутников

 

Рис. 4.28. Показатели точности наблюдений

Низкое значение DOP указывает на более высокую вероятность получения результатов с высокой точностью. Различают следующие коэффициенты потери точности в определении координат и времени, связанные с конфигурацией (геометрией расположения) наблюдаемых спутников [2]:

PDOP− коэффициент потери точности совокупного определения местоположения;

GDOP−коэффициент потери точности геометрического (по вектору положения) местоположения;

HDOP− коэффициент потери точности определения горизонтального (планового) местоположения;

VDOP− коэффициент потери точности определения вертикального (высотного) местоположения;

TDOP− коэффициент потери точности определения времени.

Одним из основных показателей точности является критерий точности определения положения точки PDOP. Геометрически величина PDOP обратно пропорциональна объёму пирамиды, образованной линиями, исходящими из приёмника до четырёх наблюдаемых спутников.

Численно считается, что значения PDOP, лежащие в пределах от 1 до 7, являются хорошими для производства топографо-геодезических работ, в эти интервалы времени рекомендуется производить спутниковые определения координат, а значения PDOP большие 7 – плохие, и в этот период времени необходимо воздержаться от выполнения спутниковых измерений. При выполнении высокоточных геодезических работ значения PDOP не должны превышать 3 – 4. Предельное значение фактора PDOP, принятое для определенного вида работ, называется маской PDOP, приемник спутниковых сигналов постоянно вычисляет значение фактора PDOP, и если его значение начинает превышать заранее установленное значение маски, то приемник прекращает запись спутникового радиосигнала во внутреннюю память до тех пор, пока значение PDOP не снизится до допустимых значений [16].

Подготовка координат заключается в выборке их значений из каталогов или снятии с топографических карт масштабов 1:10000 – 1:50000 (в зависимости от требуемой точности), перевычислений координат в рабочую систему координат приемника, занесении в библиотеку путевых точек приемника. Занесение координат точек в память приемника производят вручную с использованием контроллера или из компьютера через порт связи. В последнем случае координаты должны быть записаны в файле в соответствующем формате. Типичная последовательность действий в рамках проекта по выполнению полевых измерений, камеральной их обработки и оценки точности показана на рис. 4.29 [21].

Рис. 4.29. Методика GPS-обработки

При спутниковых наблюдениях, например, в режиме статики, как правило, используются следующие стандартные установки приёмников: интервал записи измерений 5 секунд, ограничения по возвышению спутников 15 градусов, время сбора данных при приёме с 6 и более спутников 8 минут. Существенное влияние на точность спутниковых определений оказывают: время накопления информации на точке, выбор времени измерений в соответствии с расчетом видимости достаточного количества спутников и параметров геометрического фактора, закрытие видимости на отдельные спутники деревьями или искусственными сооружениями. В работе [10] приводится следующая классификация способов определения координат объектов посредством спутниковых навигационных систем:· абсолютные (безотносительные) способы определения геоцентрических координат:- автономный (autonomous);- дифференциальные (кодовые DGPS и фазовые PDGPS определения);· относительные способы определения пространственных векторов – базовых линий (relative, baselines):- статические:ü ускоренная статика (fast, rapid statics);ü псевдостатика (pseudostatics, reoccupation);- кинематические (kinematics):ü непрерывная (continuous), постобработка;ü «стой и иди» (Stop and Go), постобработка;ü реального времени (Real Time K – RTK). Метод абсолютных определений предполагает получение координат в единой системе, носителем которой является комплекс станций наземной подсистемы контроля и управления. Автономные определения выполняются по принципу пространственной обратной линейной засечки, образованной измеренными псевдодальностями до 4-х и более спутников с одной точки, на которой размещён спутниковый приёмник. Точность автономных определений местоположения ограничена рядом факторов, среди которых основным является влияние погрешностей эфемерид спутников и в среднем составляет 5 м [10, 20]. В дифференциальном способе измерения одновременно выполняются двумя приёмниками. Один приёмник (базовый – base) ставится на пункте с известными координатами, а другой приёмник (подвижный – rover), размещается над определяемой точкой. Поскольку координаты базовой станции известны, то их можно использовать для сравнения с вновь определяемыми и находить на этой основе поправки для подвижной станции. При выполнении коррекции координат (координатный способ) непосредственно корректируются координаты мобильной станции. Поправки получают на базовой станции как разности между истинными (эталонными) и определяемыми спутниковым приёмником координаты. Необходимым условием реализации координатного способа является использование идентичных созвездий навигационных спутников для вычисления местоположения на опорном и определяемом пунктах. При полном развертывании орбитальных группировок спутниковых систем (когда одновременно в зоне видимости СП могут находиться более четырех НИСЗ), выполнение условия относительно продолжительного совпадения рабочих созвездий НИСЗ на опорном и определяемом пунктах становится затруднительным из-за довольно частой смены НИСЗ в созвездии (при заданном геометрическом факторе). Поэтому реализация координатного способа относительных определений трудновыполнима. При выполнении коррекции первичных навигационных параметров (псевдодальностей, псевдоскоростей) на базовой станции вычисляются поправки к измеренным навигационным параметрам по всем видимым НИСЗ. Для этого одновременно с измерениями навигационных параметров находят их расчетные значения, используя данные эфемерид и истинные координаты базовой станции. Разности между измеренными и расчетными значениями используются в качестве дифференциальных поправок.

При кодовых измерениях поправки дифференциальной коррекции вычисляются как разности между истинными и определяемыми значениями координат базовой (опорной) станции или как разности псевдодальностей, вычисленных по координатам и измеренных на базовой станции.

Дифференциальные поправки передаются на подвижный приёмник при помощи радио или сотовой связи и вводятся в координаты или псевдодальности, полученные на определяемом пункте. Поправки могут вводиться и в режиме постобработки – окончательной обработке данных в камеральных условиях с целью получения координат пунктов. Точность дифферен-циального позиционирования на основе кодовых измерений составляет 5 – 7 м.

Дифференциальные коррекции применяют и к фазовым измерениям. Существует два варианта передачи поправок: в форме необработанных измерений фазы и в форме поправок к фазе несущей. Коррекции к фазовым дальностям повышают точность до уровня 1-5 см (PDGPS) [3].