В онлайне: 2 (гостей - 2, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 622.834:528:74

Повышение достоверности координат опорных пунктов с использованием спутниковых технологий


Корецкая Г.А., старший преподаватель
Кузбасский государственный технический университет, Россия
Корецкий Д.С., инженер-геодезист 1 категории,
АО "Сибирский инженерно-аналитический центр", Россия

Приводятся результаты реализации проекта по созданию базовой референцной станции в Кемерово. Обосновывается необходимость создания постоянно действующих референцных сетей в Кузбассе с целью повышения достоверности опорного топографо-геодезического обоснования.
 

Развитие государственных геодезических сетей (ГГС) их обновление является государственной задачей. С 1 января 2017 г. вступает в силу постановление Правительства РФ "Об установлении государственных систем координат, государственной системы высот и государственной гравиметрической системы". Согласно постановлению особое внимание уделяется определению фундаментальных геодезических постоянных, параметров фигуры и гравитационного поля Земли с целью уточнения координат и высот пунктов ГГС и государственной гравиметрической системы в срок до 1 января 2021 г. [1]. До установленного срока при выполнении геодезических и картографических работ применяется единая система геодезических координат и высот 1942 г. (СК-42) и система геодезических координат 1995 г. (СК-95).

В настоящее время многие пункты ГГС оказались утраченными или потеряли сохранность. Причины утраты пунктов ГГС: изменение растительного покрова, вандализм, агрессивные погодные условия, рельефные изменения искусственного и естественного происхождения. Государственная система координат СК-42 (СК-95), созданная классическими методами измерений, уже не может в полной мере удовлетворять многочисленных потребителей.

Перспективным направлением развития опорного обоснования является создание региональных GNSS-сетей постоянно действующих референцных станций (ПДРС), которые представляют собой комплекс, состоящий из спутниковых приемников, антенн, общего управляющего (вычислительного) центра, специализированного программного обеспечения, устройств коммуникации, каналов связи и требует наличие хозяйственной инфраструктуры (рис. 1)



Структура региональной референцной GNSS-сети

Рис.1 - Структура региональной референцной GNSS-сети


Преимущества постоянно-действующих референцных станций [2]:

  1. Надежная стационарная структура, обеспечивающая стабильные данные для относительного метода спутниковых измерений и определения точного местоположения окружающих объектов;
  2. Возможность непрерывной работы 24 часа в сутки, обеспечивая постоянный сбор спутниковых данных для постобработки (РР) и корректирующей информацией для работы в режиме реального времени (RТK);
  3. Эффективна на территории, где периодически или постоянно выполняются измерения большого числа объектов;
  4. Не требует постоянного присутствия оператора, все процессы автоматизированы;
  5. Предоставление пространственных результатов в цифровом виде в едином координатно-временном поле на обширных территориях;
  6. Сокращение расходов на выполнения измерений (транспорт, износ оборудования, накладные расходы) и времени на выполнения работ;
  7. Существенное сокращение расходов на создание опорного обоснования (опорной межевой сети) и поддержании ее в рабочем состоянии.

Работы по созданию референцных сетей ведутся в различных регионах нашей страны, в т. ч., в Москве, Санкт-Петербурге, Воронеже, Омске и Новосибирске [3]. Проводятся исследования точности вновь создаваемых референцных сетей [4]. Из зарубежного опыта: в США национальная геодезическая служба (NGS) создала и поддерживает общую для всей страны референцную сеть CORS, которая объединяет более 1800 станций более 200 различных организаций по всей стране и продолжает расширяться (до 15 станций в месяц) [5]. Эти станции управляются независимо. Каждый владелец (участник) предоставляет свои данные службе NGS, которая их анализирует, обрабатывает, и бесплатно распространяет для постобработки [6].

В связи с широким внедрением спутниковых технологий и отсутствием сетей ПДРС топографо-геодезические и кадастровые организации создают собственные одиночные референцные станции с целью повышения точности определения координат и расширения коммерческой деятельности.
 

Координаты базовой станции можно получить различными способами:

  • определить из классических геодезических измерений и передать координаты с ближайшего пункта ГГС (1-4 классов точности);
  • получить абсолютным методом определения координат двухчастотным GPS-приёмником с погрешностью не выше 1 м;
  • определить дифференциальным методом с использованием ближайших пунктов ГГС или пунктов спутниковой геодезической сети СГС.

Дифференциальный метод является самым перспективным, т.к. позволяет получить сантиметровую и даже миллиметровую точность определения приращений координат относительно исходного пункта [7, 8].

В Кузбассе работы по созданию сетей ПДРС не производились, поэтому предприятия создают одиночные референцные станции (РС). В статье приводится результаты решения этой проблемы в АО "Сибирский инженерно-аналитический центр". С целью повышения достоверности планово-высотного обоснования на объектах предприятия, а также в связи с увеличением объёма работ, появилась необходимость в установке собственной спутниковой базовой станции А75. Проект по созданию РС был реализован геодезической группой предприятия. В рамках проекта осуществлялась рекогносцировка объекта, выбор места закладки и тип станции, установка оборудования, монтаж и пуско-наладочные работы. Закладка типового центра оказалась неприемлемой, т. к. не удовлетворяет основным требованиям базовой станции (хороший обзор местности для исключения явления многолучевости, охрана спутниковой антенны). Спутниковую антенну референцной станции разместили на крыше охраняемого высотного здания (рис. 2), за которым ведётся наблюдение за сезонными просадками и деформациями. Осадки здания стабилизировались и за последние 10 лет не превышают 1-2 мм в год.




Рис.2 - Референцная станция со спутниковой антенной


Блок спутниковой аппаратуры GNSS включает двухчастотный ГЛОНАСС/GPS-приемник Leica GR10 специально разработанный компанией Leica Geosystems для создания постоянно действующих референцных сетей и одиночных базовых станций (табл. 1).
Выбору данного прибора также способствовало наличие современного и удобного web-интерфейса.


Таблица 1 - Характеристики приемника GNSS Leica GR10

Количество каналов 16
Отслеживаемые спутники GPS:L1, L2, L2C, L5, ГЛОНАСС: L1, L2, Galileo (Тест): GIOVE-A, GIOVE-B, Galileo: E1, E5a, E5b, E5a+b (Alt-BOC), Commpass, SBAS: WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS
Вес с аккумулятором 1,6 кг
Поддерживаемые форматы данных Leica 4G, CMR, CMR+, RTCM v2.1/2.2/2.3/3.0/3.1, BINEX, NMEA 0183 V 2.20
Коммуникационные порты RJ45 Ethernet, RS232 Lemo, USB, UART & USB
Питание внешнее: 12В, диапазон 10.5 - 28В, внутреннее: батарея Li-Ion емкостью GEB241, 4.8 Ач
Рабочая температура от -400C до +800C
Влагозащищенность IP67
Габаритные размеры 220 x 200 x 94 мм

alt="Референцная станция со спутниковой антенной" border=0>
 

В целях привязки создаваемой референцной базовой станции (А75) в системе координат WGS-84 были собраны сведения об одиночных базовых станциях нескольких предприятий г. Кемерово. Координаты и высоты исходных (опорных) пунктов (ВАК, KDS, UGA, BZA, SDP, NDP) получены методом дифференциальных спутниковых измерений от базовых станций соседних предприятий г. Кемерова (рис. 2).



Схема векторов сети исходных (ВАК, KDS, UGA, BZA, SDP, NDP) и определяемого пункта (А75)

Рис.3 - Схема векторов сети исходных (ВАК, KDS, UGA, BZA, SDP, NDP) и определяемого пункта (А75)

Выполнена предварительная обработка полевых спутниковых измерений с оценкой пространственных векторов между пунктами и определены координаты базовой станции (А75). В табл. 2 приведены координаты X, Y и геодезическая высота Z определяемого пункта А75 в условной системе координат. По отклонению от среднего значения, превышающего ±49 мм в плане и ±51 мм по высоте (в табл. 2 выделены жирным шрифтом), исключены из дальнейшей обработки пункты UGA, BZA и NDP. Получены уравненные координаты пункта А75 в системе WGS-84 по трём базовым станциям: ВАК, KDS, SDP.



Таблица 2 - Определение координат базовой станции А75

Пункты, с которых переданы дифференциальные поправки Координаты базы А75 в условной системе координат, м Отклонение от средних значений, м
X Y Z Δx Δy Δz
ВАК 0,6968 0,8662 0,5711 0,0193 +0,0092 0,0313
KDS 0,7314 0,8658 0,6162 +0,0153 +0,0088 +0,0138
UGA 0,6668 0,8234 0,6530 0,0493 0,0336 +0,0506
BZA 0,7368 0,9127 0,5345 +0,0207 +0,0557 0,0679
SDP 0,7327 0,8657 0,6186 +0,0166 +0,0087 +0,0162
NDP 0,7320 0,8080 0,6211 +0,0159 0,0490 +0,0187
Среднее значение 0,7161 0,8570 0,6024      


Базовая станция А75, установленная на предприятии, может включаться в любое время для решения производственных задач. Спутниковый приёмник базы с вычисленными координатами передаёт поправки для роверов с помощью устройства коммуникации (радиомодем или устройство GSM-связи).
При этом важно помнить, что:

  • базовая станция и ровер должны принимать сигналы от одних и тех же спутников;
  • ровер должен объединять данные от базовой станции и собственные измерения для вычисления своего местоположения в режиме RTK.

Координаты ровера в RTK вычисляются при помощи специальных алгоритмов и позволяют ему успешно работать с сантиметровой и даже миллиметровой точностью в режиме реального времени на расстояниях до 10 км от базовой станции. Преимуществом использования одиночной базовой станции является относительно простой и в целом хорошо известный принцип работы. Однако её основным недостатком является неточная привязка к пунктам ГГС и СГС.

К недостаткам одиночной базовой станции можно также отнести:

  • необходимость покупки оборудования для собственной базовой станции;
  • затраты времени на установку базовой станции;
  • снижение точности определения координат ровера по мере удаления от базовой станции. Последнее обусловлено влиянием атмосферных условий, которые при увеличении расстояния между ровером и базовой станцией могут значительно отличаться. Это приводит к снижению точности, затрудняет разрешение неоднозначности и получение фиксированного решения.

Сети ПДРС - это новый шаг в создании опорного обоснования для инженерно-геодезических и кадастровых работ. По сравнению с одиночными базовыми станциями они обладают неоспоримым преимуществом [9]. Оценивая экономическую эффективность работы в сети RTK, можно отметить:

  • пользователь экономит время, поскольку ему не нужно выбирать опорный пункт, чтобы поставить базовую станцию; готовить источники питания (например, аккумуляторы) для базовой станции; добираться до места установки базовой станции (это может быть не так просто); устанавливать и охранять базовую станцию, собирать ее по окончанию работы;
  • пользователь экономит деньги, поскольку сокращаются транспортные расходы; не надо платить за оборудование (модем, аккумуляторы, штатив и пр.) для базовой станции; за труд помощника, который устанавливает, охраняет и собирает базовую станцию; за техническое обслуживание и ремонт оборудования;
  • пользователь страхуется от возможных ошибок, поскольку нет необходимости центрировать прибор на базовой станции и измерять высоту антенны.

Провайдер сети базовых станций заключает контракты на пользование сетью и управляет работой ее сервера. Он же выбирает способ формирования RTK-поправок, который коренным образом влияет на качество получаемого решения и точность определения собственных координат ровером. Способы формирования RTK-поправок должны быть стандартизованными, опирающимися на опубликованные алгоритмы. Это гарантирует, что информация, получаемая роверами от сети, не зависит от производителя оборудования и соответствует международным стандартам.

Учитывая масштаб использования спутниковых технологий при выполнении инженерно-геодезических и кадастровых работ в г. Кемерово (40 кадастровых, 47 геодезических и 112 архитектурно-строительных организаций), уравнивание координат одиночных референцных станций и создание сетей постоянно действующих базовых станций ПДРС на территории Кемеровской области является актуальной задачей.
 

Библиографический список

  1. Постановление РФ от 24 ноября 2016 № 1240 "Об установлении государственных систем координат, государственной системы высот и государственной гравиметрической системы". - М., 2016. - 6 с.
  2. Карпик А.П., Дюбанов А.В., Твердовский О.В. Обзор состояния использования и развития сетей референцных станций на основе инфраструктуры ГЛОНАСС в России // Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2012. Т. 1. № 1. С. 176-182.
  3. Антонович К. М., Ганагина И. Г. и др. О надежности сетей постоянно действующих базовых станций // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2014. № 4. - С. 30-36.
  4. Шендрик Н. К. Исследование точности геодезической сети активных базовых станций Новосибирской области в государственной системе координат и высот // Геодезия и картография. 2014. № 1. - С. 2-7.
  5. Snay, R. and Soler, T. Continuously Operating Reference Station (CORS): History, Applications, and Future Enhancements. Journal of Surveying Engineering , November 2008, Vol. 134, No. 4 : pp. 95-104.
  6. Suhail Al Madani, Balqies Sadoun, Omar Al Bayari Journal. Continuously operating reference station and surveying applications in KSA. International Journal of Communication Systems.Volume 29 Issue 6, April 2016. Pages 1046-1056.
  7. Инструкция по развитию съёмочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС И GPS. - М. : ЦНИИГАиК, 2002. - 73 c.
  8. ГКИНП (ОНТА)-01-271-03 Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. - М.: ЦНИИГАиК, 2003. - 66 с.
  9. Курдюкова Ю.А., Хахулина Н.Б. Создание сети постоянно действующих геодезичеких навигационных спутниковых базовых станций (ПДБС ГНСС) на территории Воронежской области // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Студент и наука. 2015. № 8. - С. 36-40.


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

#menuinclude(1-elibraryru)

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.