Геодезические работы с использованием спутниковых систем
Оглавление
Введение. 2
Глава 1. Геодезические работы с использованием спутниковых систем. 4
1.1. Спутниковые радионавигационные системы 4
1.2Пространственная геоцентрическая система координат 6
1.3Геодезические приёмники 8
1.4Планирование и проведение измерений 13
1.5Обработка результатов спутниковых измерений 22
Заключение. 29
Список литературы 31
Введение.
Традиционные методы геодезических измерений и графического отображения полученной информации на бумажных носителях остались в прошлом. Современное геодезическое обеспечение инженерно-строительных изысканий, проектирования и строительства различных объектов, а также инвентаризации, кадастра и оценки объектов недвижимости базируется на использовании принципиально новых геодезических приборов и технологий, геодезических информационных систем пространственных баз данных. Все полевые измерения и съёмки выполняются сейчас электронными приборами с автоматической регистрацией результатов, автоматизированы и все последующие процессы геодезического производства.
Замена
традиционных средств измерений
на электронные привела к
Определение координат пользователя СРНС производится с помощью специальных спутниковых приемников, измеряющих либо время прохождения сигнала от нескольких спутников до приемника, либо фазу сигнала на несущей частоте. В первом случае расстояния измеряются с метровым уровнем точности, во втором случае – с миллиметровым уровнем точности. При этом реализован однонаправленный метод измерения расстояний, поскольку и GPS, и ГЛОНАСС являются беззапросными спутниковыми системами, допускающими одновременное использование их многими пользователями.
Каждый приемник может производить измерения либо независимо от других приемников, либо синхронно с другими приемниками. В первом случае, достигается точность однократного определения координат по кодам порядка 1-15 м. Такой способ идеально подходит для навигации любых перемещающихся объектов, от пешеходов до ракет. Однако более высокую точность можно получать при одновременных наблюдениях спутников несколькими приемниками по фазовым измерениям. При таком способе наблюдений один из приемников обычно располагается в пункте с известными координатами. Тогда положение остальных приемников можно определить относительно первого приемника с точностью нескольких миллиметров. При этом возможны измерения на расстояниях от нескольких метров до тысяч километров. Кроме определения местоположения границ земельного участка также необходимы кадастровый учет и государственная регистрация.
Принципиальным достоинством
спутниковых методов
Глава 1. Геодезические работы с использованием спутниковых систем.
1.1. Спутниковые радионавигационные системы
Системы спутниковых определений координат первоначально развивались для навигационных целей и обеспечивали точность, не превышающую нескольких метров. Однако современные геодезические приёмники, методы математической обработки позволяют определять плановые координаты с погрешностями 5... 10 мм, высотные — 15...30 мм и меньше. Их точность удовлетворяет требованиям построения опорных геодезических и межевых сетей, обеспечения кадастровых, землеустроительных, изыскательских и других инженерно-геодезических работ. При этом не требуется обеспечивать взаимную видимость между пунктами, строить над ними высокие сигналы, проводить комплекс точных угловых и линейных измерений. Спутниковые измерения выполняются в любых погодных условиях в течение нескольких минут, что существенно упростило производство полевых работ. Однако для наблюдения навигационных спутников (НС) небесный свод над приёмником должен быть достаточно свободен от застройки и растительности.
Структура,
способы функционирования и требуемые
характеристики подсистем СРНС во многом
зависят от заданного качества навигационного
обеспечения и выбранной
Основной операцией, выполняемой
в СРНС с помощью этих сегментов,
является определение пространственных
координат местоположения потребителей
и времени, т. е. пространственно-временных
координат (ПВК). Эту операцию осуществляют
в соответствии с концепцией независимой
навигации, предусматривающей вычисление
искомых навигационных
Высокая точность определения местоположения потребителей обусловлена многими факторами, включая взаимное расположение спутников и пара метры их навигационных сигналов. Структура космического сегмента обеспечивает для потребителя постоянную видимость требуемого числа спутников.
Рис.1 Спутник ГЛОНАССА
1.2Пространственная
геоцентрическая система координат
Если за начало координат принят центр общего земного эллипсоида (центр масс Земли), а ось Z совмещена с осью вращения Земли, то такую систему называют Геоцентрической. Она применяется при решении геодезических задач, связанных с обширными частями земной поверхности или со всей фигурой Земли (например, в космической геодезии).
В системе геоцентрических
В геоцентрической системе
X=pcosῳ cosL; Y=pcosῳsinL; Z=psinῳ , где р=R+h; R-средний радиус земли; h-высота пункта над поверхностью элиппсоида ;
ῳ-геоцентрическая высота; L- геодезическая долгота. При решении некоторых задач на поверхности эллипсоида вместо геодезической
широты B или геоцентрической широты удобно использовать приведенную широту U, оставляя в качестве второй координаты геодезическую долготу L :
Из центра меридианного эллипса EPE1P1 проведена окружность EP’E1P’1 радиусом , равным большой полуоси А. точка А´ получена пересечением окружности линией АА1, параллельной малой оси эллипса РР1, АС-нормаль к поверхности эллипсоида в точке А . Тогда приведенная широта U определяется как угол , составленный радиусом – вектора ОА´ с плоскостью экватора. Геодезическая , приведенная и геоцентрическая широты связаны между собой простыми соотношениями : tgB=tgU=tgῳ
1.3Геодезические приёмники
Для определения координат точек местности с точностью, удовлетворяющей геодезическим требованиям, применяются специальные геодезические приёмники. Такие приёмники осуществляют захват сигнала от навигационных спутников, измеряют по фазе несущей частоты псевдодальность, по ней и по дополнительно полученной информации вычисляются координаты.
В геодезии используются фазовые приёмники, так как в настоящее время только они обеспечивают миллиметровую и сантиметровую точность позицирования. Наряду с фазовыми существуют кодовые приёмники, работающие по Р- и С/А-кодам, они широко распространены в навигации, но в геодезии имеют ограниченное применение. Следует отметить, что современные геодезические приёмники измерения ведут по фазе и дополнительно по кодам сигнала, ускоряя тем самым процесс позицирования.
Приёмники подразделяют на двухсистемные, работающие по спутникам ГЛОНАСС/ GPS одновременно или раздельно, и односистемные, работающие только по НС одной системы. В настоящее время наиболее распространены в геодезии односистемные GPS -приёмники. Вместе с тем в РФ с 2003 года начат выпуск двухсистемного приемника ГЕО-161, имеющего ряд преимуществ, к двухсистемным относятся также приёмники типа Lеgасу-Е-2484 и другие. С развитием систем ГЛОНАСС, GPS, GALILEO многосистемные приёмники в геодезических работах станут более перспективными.
Кроме того, геодезические приёмники подразделяют на одно- и двухчастотные, одно- и многоканальные. В одночастных измерения псевдодальности выполняются по одной частоте сигнала, а в двухчастотных — на частотах L1 и L2 одновременно. Двухчастотные приёмники требуют меньше времени на инициализацию и позицирование, обеспечивают высокую точность. К двухчастотным приёмникам относятся Тrіmblе 4000851, Тrimblе 5700, Тrimble 5800, 2-МАХ и другие.
Одноканальные приемники захват сигналов осуществляют последовательно по каждому НС. Многоканальные одновременно отслеживают и принимают сигналы от созвездия спутников, включающего до 8— 12 НС. В настоящее время выпускаются, в основном, многоканальные приемники, которые имеют дополнительные каналы приема сигналов от геостационарных спутников.
Антенный блок принимает радионавигационные сообщения от НС. Приёмник генерирует сигнал, который сравнивается с сигналом, полученным от спутника. В измерительном блоке определяются разность фаз этих двух сигналов и кодовая задержка. Вычислительный блок проводит первичную обработку полученной информации от всех НС в течение всего времени позицирования и записывает её в блок памяти прибора. Управление работой всех блоков приёмника осуществляется автоматически.
а ) Сигнал НС б) Сигнал НС
Рис. 4 а) режим постобработки; 6) режим реального времени;
- — антенный блок; 2 — приемник;
3 — генератор опорного сигнала;
- — измерительный блок;
5— блок первичной обработки;
6— блок памяти;
7 - контроллер с ПО режима КТК;
8 — блок связи с базовой станцией
На рисунке 4 представлены две блок-схемы приёмников, которые различаются применяемым режимом обработки результатов измерений. Если приёмник работает в режиме постобработки, то результаты измерений заносятся в блок памяти приёмника, а по завершении наблюдений передаются в компьютер для постобработки. Для передачи в компьютер приёмник имеет специальные порты подключения и кабель. При полевых работах можно к приёмнику подключить контроллер, с клавиатуры которого вносится информация о пунктах, особенностях наблюдений, высоте антенны.
Если приёмник работает в режиме реального времени, то подключение контроллера обязательно. Кроме того, приёмник должен иметь блок связи, по которому передаётся необходимая для обработки информация с базового пункта на определяемый. Контроллер должен быть оснащён программным обеспечением обработки в режиме РТК. Для связи используют специальные радиомодемы (например, Тrimmark, Trimble) или каналы мобильной связи.
В настоящее время геодезические приёмники выпускаются разных конструкций. В ряде приборов антенный блок.
Определен от приемника , применяются легкие антенны , которые устанава-ются на раздвижной вехе и могут быть вынесены над закрывающими небосвод объектами. К таким приёмникам относятся Тrimble5700, Тhales 6500, РгоМаrк-2 и другие. В других приборах (Тrimble 4600STRATUS Sоkkіа) антенна и приёмник объединены в одном корпусе, куда вставляются также элементы питания. Такие приёмники имеют только панель управления, состоящую из клавиши включения и небольшого табло. Наиболее информативна панель управления приёмников Stratus, которая позволяет контролировать автоматически протекающий процесс измерений .
В геодезических приёмниках применяются
специальные конструкции антенн
с высокой стабильностью
В качестве источников питания используются компактные литиево-ионные аккумуляторы(Stratus) или элементы типа АА(Тrimble 4600). Геодезические приёмники устанавливаются над точкой на штатив) или на вехе с круглым уровнем . При установке на вехе применяется бипод, который делает положение вехи и приемника устойчивым .
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
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
Планирование геодезических
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 + 2h, (2.19)
где Тл — 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 5h в пределах действия зимнего времени и 6h — 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
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
Проектируемая продолжительность
наблюдений зависит от требований точности,
длины базовой линии и
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.

- Геодезические сети
- Геодезические сети
- Геодезические сети
- Геодезические сети
- Геодезические сети
- Геодезические сети
- Геодезические сети
- Геодезические работы при межевании земельных участков
- Геодезические работы при перенесение проектов зданий и сооружений на местность
- Геодезические работы при планировке и застройке микрорайона «Затобольный»
- Геодезические работы при проектировании, строительстве и эксплуатации предприятия машиностроения
- Геодезические работы при составлении планы теодолитной съемки и проектировании лесовозной дороги
- Геодезические работы при эксплуатации зданий и сооружений
- Геодезические работы, проводимые при землеустройстве