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:

· высокая скорость;

· мобильность;

· 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:

· статика;

· быстрая статика;

· реоккупация

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).

Таблица

Основные технологии GPSсъемок

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.

Таблица 4

Технические характеристики GPS-приемника TopCon GR-3

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