Статичний методСтатичний метод (Static)– це класичний метод GPS- знімань. При виконанні знімань цим методом приймачі знаходяться на точках протягом всього інтервалу спостережень. Особливістю методу є відсутність роверної точки, оскільки всі точки спостережень є по суті базовими.
Приймачі ведуть спостереження не менше години, а час виконання спостережень залежить від заданої точності та віддалі між пунктами (табл. 10.1). Середня квадратична похибка при цьому дорівнює р=5мм+1*Рмм (Р – довжина базової лінії в км). Статичний метод дозволяє проводити спостереження з лініями довжиною більше 20 км, а на коротких лініях забезпечується міліметрова точність. Цей метод використовується при високоточних геодезичних вимірюваннях. Таблиця 10.1 Орієнтовна тривалість спостережень в статичному режимі
Час для визначення місцеположення при високоточних вимірюваннях залежить від задач, які ми розв’язуємо. Наприклад: 30-90 хв. – для локальних сесій; 1-2 дні – для пунктів, які віднесені до державної або геодинамічної сесії; 4- 6 днів – для континентальних і основних геодинамічних сесій. Важливими факторами, що впливають на точність, є геометричні фактори, сузір’я супутників, іоносферне збурення та тропосферна затримка. Статичний метод застосовується при геодезичному контролі національних і континентальних мереж, моніторингу тектонічних рухів, вимірюванні деформацій дамб та інших структур, побудові геодезичних мереж. Його перевагою є те, що він більш ефективний і економічний порівняно з традиційними геодезичними методами, а недоліком – тривалий час спостережень. 10.4 Визначення координат методом швидкої статики Швидка статика (Fast Static) – похідний від статичного метод спостережень. В цьому методі з’являється яскраво
виражені базовий та роверний приймачі. На коротких лініях, під час нормальних умов для роботи час роверного приймача може бути значно зменшений – до 20-5 хв. Звідси і назва «швидка статика». При цьому базовий приймач має працювати безперервно протягом всієї сесії вимірювань, але не менше однієї години, а також приймачі мають отримувати сигнали однакових супутників. Варто відзначити, що базовий приймач безпосередньо в зніманні місцевості участі не бере, а використовується лише для визначення диференціальних поправок і передачі їх для збільшення точності роверних точок. Швидка статика використовується для топографічного знімання. Якщо порівнювати швидку статику із методом стій- іди, то вона проводить вимірювання в 1,5-2 рази повільніше, проте дає більш точні результати. 10.5 Кінематичний метод Кінематичний метод (Kinematic) застосовується для визначення траєкторій рухомих об’єктів. Для виконання спостережень цим методом також використовуються мінімум два приймачі – базовий та роверний. Базовий приймач спостерігає безперервно, на одній точці, а рухомий приймач знаходиться на транспортному засобі, платформі, або ручній штанзі. Метод застосовується при визначенні траєкторій рухомих об’єктів; зніманні країв та центральних ліній доріг; зніманні перетинів та профілів; гідрографічному зніманні. Перевага методу полягає у швидкості та економічності безперервних спостережень; прив’язці до часу конкретних точок; для проведення спостережень необхідно лише 4 супутники. Недоліком є те, що неперервність супутникового сигналу повинна бути постійною, а точність спостережень на порядок менша від статичних методів. Для спостережень методом кінематики необхідний базовий (постійно знаходиться на одній точці) та роверний приймачі. Робота роверним приймачем ділиться на 2 етапи:
1. ініціалізація, яка необхідна для того, щоб розв’язати початкові неоднозначності; 2. мобільна, в рамках якої і виконуються спостереження.
координатами. На мобільних ділянках повинно спостерігатися не менше, ніж 4 супутники. Точність спостережень при цьому методі р=2см + 1*Рсм (де Р – довжина базової лінії в км). Таблиця 10.2 Умови для спостереження методом кінематики
10.6 Метод стій-іди Метод стій-іди (Stop-Go) є похідним від кінематичного методу. Як і при кінематичному методі базовий приймач постійно знаходиться на одній точці, а роверний зупиняється на кожній точці знімання на кілька хвилин і рухається до наступної, не гублячи сигналу супутників. Саме тому цей метод є найшвидшим для детального знімання місцевості. Головна відмінність цієї технології від кінематичної в тому, що під час визначення координат в мобільній стадії роверний
приймач не рухається постійно, як в кінематичному методі, а зупиняється на деякий короткий проміжок часу на точці, координати якої визначаються. При цьому під час мобільної частини в режимі стій-іди вимірювання відносяться тільки до реальних точок на місцевості, а в режимі кінематики – до визначених моментів часу. Метод застосовується при детальному зніманні місцевості; інженерних зніманнях; зніманні доріг, шляхопроводів, меж, та особливостей лінійного типу; зніманні точок, які знаходяться близько одна від одної. Перевагами методу є те, що він швидкий та економічний; виконується або пішки, або будь- яким транспортом; для стеження необхідно лише 4 супутники. Недоліки: при зніманні даним методом горизонт повинен бути завжди відкритим; сигнал супутника не повинен губитися при переході між станціями, точність спостережень на порядок менша, ніж при швидкому статичному методі. Цю технологію практично неможливо застосовувати на територіях з високими забудовами та у лісі. 10.7 Псевдостатична, псевдокінематична та реокупаційна технології Ці методи усувають недоліки класичних методів (швидка статика, стій-іди). Вони базуються на подвійному GPS- вимірюванні на кожному пункті, координати якого визначаються, і не вимагають постійного неперервного зв’язку із супутниками під час транспортування приймачів із пункту до пункту. Під час вимірів бере участь щонайменше 2 приймачі, одночасно може працювати декілька рухомих приймачів. При цьому необхідно розрахувати маршрути так, щоб усі приймачі переміщались одночасно і всі рухомі приймачі повинні починати спостереження на нових пунктах одночасно. Весь маршрут кожний рухомий приймач повинен пройти за 2 години. Вимір на кожному пункті триває 10-15 хв. На останньому пункті маршруту, координати якого визначаються, чекаємо 1-2 год на зміну конфігурації супутників і заново виконуємо GPS-спостереження на
визначуваному пункті в оберненій послідовності. Це подвійне вимірювання замінює процес ініціалізації. Цими методами, при застосуванні високоточних двочастотних приймачів, досягається точність визначення вектора до 10 мм, а точність визначення координат становить 3 см в плані і 4 см для висот.
Тема 11. Планування геодезичного знімання 11.1 Необхідність та загальні засади планування GPS- спостережень GPS-спостереження значно відрізняються від геодезичного знімання класичними методами внаслідок їх незалежності від погоди, та умов прямої видимості між пунктами, але залежать від конфігурації та кількості супутників. Тому і планування таких спостережень відрізняється від планування класичних геодезичних вимірювань. Визначальним фактором при проведенні планування є необхідність досягнення заданої точності визначення місцеположення. Для високоточних вимірювань першого та другого класу планування GPS- спостережень проводити обов’язково. Для спостережень 3-4 класу бажано проводити планування, особливо якщо територія спостережень характеризується значною забудовою, лісистістю або наявністю перешкод іншого характеру. Для вимірювань технічного класу планування, як правило, не проводять. При оптимальному плануванні GPS-спостережень обов’язково враховувати такі параметри як: конфігурація та кількість пунктів, конфігурація та кількість супутників, кількість та тип приймачів, економічні фактори. Планування також має включати в себе врахування (або вибір) методу спостереження та можливості опрацювання даних спостережень. Одним з найважливіших факторів при плануванні є визначення кількості та конфігурації супутників у строго визначений проміжок часу на будь-якій території. Такий розрахунок стає можливим при застосуванні теорії руху
супутників. Для полегшення розрахунків створені відповідні програмні продукти. Для такого розрахунку вихідними даними є дата, час і місце спостережень. При внесенні часу (часового проміжку) спостережень необхідно обов’язково враховувати часовий пояс, в якому відбудуться спостереження, а також поправку для декретного часу. Супутники роблять два оберти за добу навколо Землі. Логічно було б вважати, що від дати положення супутників не залежить. Проте насправді обчислені дані будуть відрізнятися від істинних на 4 / /добу. Ця поправка виникає внаслідок різниці середнього сонячного та зоряного часів. Таким чином, введення дати в обчислення стає обов’язковим. Для виконання обчислень необхідно ввести географічні координати з точністю до 15 км (це відповідає 10/по широті). Для розрахунків положення супутників необхідно знати їх точні ефемериди на початковий момент часу. А далі, використовуючи теорію руху супутників, обчислюються їх положення в будь-який момент часу на будь-якій території. Проте насправді рух супутників є збуреним, і не всі збурюючі фактори можна врахувати. Тому з часом обчислені дані відрізняються від дійсних. Щоб запобігти цьому, дані про супутники (особливо їх ефемериди) постійно оновлюються. Для оновлення використовують файл альманаху або ефемеридний файл (наприклад *.alm), що містить орбітальну інформацію для всіх GPS-супутників. Він передається з супутників в складі радіосигналу та автоматично записується в GPS-приймач. Для використання в плануванні цей файл переписується з приймача в комп’ютер за допомогою відповідних спеціально призначених програмних продуктів з планування. Цей файл необхідно оновлювати якомога частіше (не рідше, ніж раз в два тижні) оскільки дані про положення супутників мають властивість старіти. Це відбувається через
вплив збурюючих сил на рух ШСЗ, запуск нового супутника, виходу з ладу старого, або якщо якийсь супутник перевели на іншу орбіту. При постійному доступі до мережі «Інтернет» можна використовувати ефемеридний файл, записаний будь- якою перманентною станцією. Також останні альманахи з параметрами руху супутників можна отримати з центрів обробки даних IGS. При плануванні також враховують положення пунктів та місцевості спостереження. Для цього використовують дрібномасштабні карти. На основі них оцінюють можливості використання транспорту, маршрут спостережень, вибір методу спостережень, вибір місця для базової точки, можливу кількість точок спостереження, наявність та відносне розташування перешкод та інші фактори, які дадуть можливість оцінити час, затрати, необхідне обладнання та точність спостережень. Програми планування GPS-спостережень Як вже було сказано, для визначення кількості та конфігурації GPS-супутників в будь-який момент часу на будь-якій території використовуються спеціальні програмні продукти. Кожен виробник GPS-приймачів розробляє також і програмне забезпечення для опрацювання даних спостережень. Як правило, це пакет програм або багатофункціональна програма, яка дозволяє спланувати GPS- сесію, отримати дані з приймачів, опрацювати дані, враховуючи метод спостережень, перетворити координати точок спостережень в систему інших координат, створити на основі даних спостережень план або карту, імпортувати дані в інші формати, які доступні іншим спеціальним програмним продуктам (для створення цифрових карт та ГІС) та мають багато інших можливостей. Незважаючи на все різноманіття виробників, програмні продукти мають схожі алгоритми, оскільки використовують однотипні дані однієї СРНС. Для зручності користувачів всі виробники включають в свої пакети програм спеціальну програму або модуль з
планування GPS-спостережень. Наприклад, відомий виробник Trimble в пакеті Trimble office містить програму Planning; у виробника Leica в складі пакету програм GIS Data Pro; у Topcon Positioning Systems - Occupation Planning; в Thales Navigation в складі пакету програм Ashtech Solutions і т.д. Проте, незважаючи на все різномаїття та відмінності, у всіх програмах є спільні аспекти роботи з отриманою інформацією. Щоб програми з планування давали достовірну інформацію про кількість супутників та їх конфігурацію, необхідні найновіші дані про їх ефемериди на початковий момент часу. Для цього необхідно регулярно імпортувати ефемеридний файл, який автоматично записується приймачем при отриманні сигналу від супутника. При плануванні GPS-сесії в програму необхідно внести дані про дату та проміжок часу запланованого знімання, а також координати запланованого місця знімання. Якщо координати невідомі, то їх можна визначити з дрібномасштабних карт, або, при наявності доступу до Інтернету, за допомогою безкоштовної програми Google Earth. В результаті ми можемо отримати всю необхідну інформацію про супутники, їхню кількість, конфігурацію, значення DOP тощо. Розглянемо найбільш важливіші параметри більш детально. В програмі можна переглянути інформацію про супутники: кількість супутників; час, коли обновлювалася інформація; їх справність; ефемериди та деякі інші важливі характеристики про супутник на момент формування ефемеридного файлу. Кількість супутників на момент знімання суттєво впливає на очікувану точність та тривалість спостережень. Така інформація може подаватись як в графічній, так і в табличній формі. Досить важливою інформацією для планування є значення всіх коефіцієнтів DOP. Адже навіть при наявності достатньої кількості супутників значення коефіцієнтів DOP можуть
суттєво впливати на точність GPS-спостережень. Інформація про коефіцієнти DOP також може подаватись в табличній і графічній формах. Положення супутників відносно пункту спостережень (азимут та висота над горизонтом) дає можливість врахувати перешкоди від будівель, дерев та інших високих об’єктів, а також переглянути конфігурацію супутників. Таким чином, подібні програми допомагають ефективно, якісно і швидко провести планування GPS-спостережень.
|
