Тема лекции: «Основные способы определения местоположения»
1. Способы и режимы спутниковых наблюдений. 2. Фактор потери точности. 3. Общий порядок выполнения работ.
1. Способы и режимы спутниковых наблюдений. Способы позиционирования, в зависимости от числа используемых при спутниковых измерениях приемников и способа обработки результатов, делят на абсолютные и относительные.
Абсолютное позиционирование предполагает определение геоцентрических координат точки установки спутникового приемника. Может быть выполнено способами автономных и дифференциальных определений.
между координатами определяемой точки (R A ) наблюдаемого с нее спутника (R S ), псевдо- дальностью (r А ) и ее искажением (δ r ): R A = R S -r A + δ r. Автономные определения координат используют следующую зависимость
Вектор R A вычисляется из решения четырех нормальных уравнений, связывающих поправки к приближенним координатам определяемой точки и к часам приемника. Оценка их точности выполняется по известной формуле: где σ средняя квадратическая погрешность определяемого неизвестного; Q i - элемент обратной матрицы; μ - средняя квадратическая ошибка единицы веса.
Отношения σ/μ называемые геометрическим фактором (ГФ). ГФ представляет собой количественную оценку влияния схемы расположения наблюдаемых спутников. Он устанавливается по эфемеридам этих спутников на момент наблюдений.
Точность автономных определений зависит от геометрического фактора и с учетом искажений, вносимых режимом селективного доступа, составляет м. При отключении режима SA СКП однократного определения снижается до 7,5 м.
Дифференциальные определения основаны на использовании синхронных измерений несколькими приемниками, часть которых размещается на пунктах с известними координатами и называется базовыми, а другая часть на определяемых пунктах. Спутниковые измерения на базовых станциях выполняются в непрерывном режиме и позволяют определить для некоторой территории (зоны) дифференциальные поправки к измеренним фазовым дальностям (PDGPS) или найденных по ним координатам (DGPS).
Базовые пункты могут объединяться в так называемые дифференциальные подсистемы (ДПС), которые можно условно разделить на следующие группы: локальные ДПС, действующие в радиусе км и обеспечивающие точность позиционирования на уровне 2,0 - 4,5 м; региональные ДПС, действующие в радиусе от 400 км до 2000 км (например, сеть Startfix с заявленной погрешностью не более 3 м); глобальные и широкозонные ДПС, действующие в радиусе до 5000 км (например, EGNOS, WAAS, MSAS, OmniSTAR и др.);
Относительное позиционирование по праву считается наиболее точним и, как и в дифференциальном способе, использует два синхронно работающих приемника. Один из приемников установлен на опорном пункте ОП-1 и называется базовым или референц- ним (base or reference station), а второй размещается над определяемой точкой ОП-2 и называется ровером (rover).
При обработке результатов измерений формируются пространственные векторы, определяющие положение ровера относительно базового пункта. Применение специальных приемов позволяет компенсировать наиболее значимые погрешности измеренных дальностей и уменьшить влияние остальных источников ошибок до приемлемых пределов.
В практике используют несколько режимов относительных определений, которые можно разделить на статические (когда оба пункта неподвижны) и кинематические (когда ровер перемещается).
Статика. Статический режим - наиболее точный и требующий больших (не менее 1,5 ч) затрат времени на наблюдения. Его используют для создания точных геодезических сетей. Значительная продолжительность наблюдений необходима для получения результатов измерений с сантиметровой и даже миллиметровой точностью.
При этом дополнительное время (не менее получаса на каждый пункт) необходимо на обработку результатов измерений в камеральных условиях постобработку. Быстрая статика - статический режим, при котором время наблюдений на пункте сокращается до мин. Время наблюдений зависит от расстояния между пунктами, количества спутников и геометрии созвездия спутников.
Во время выполнения кинематической съемки в режиме Stop-and-go (Остановка-и- Движение) используются два и более приемников. По крайней мере, один приемник является опорним и остается неподвижним в течение съемки. Все базисные линии на протяжении сессии последовательно определяются относительно опорного приемника.
Остальные приемники перемещаются, производя наблюдения на пунктах, координаты которых неизвестны. При этом двигаться нужно так, чтобы на антенну поступали сигналы не менее чем от четырех одних и тех же спутников.
Кинематика в реальном времени (Real Time Kinematics - RTK). Этот метод является дальнейшим развитием кинематического режима. Сущность его состоит в том, что измерения и обработка производятся одновременно. Для этой цели между опорним и роверним (мобильним) приемниками организуется цифровой радиоканал (в оба приемника вводятся соответствующие радиомодемы).
по этому каналу роверный приемник получает от опорного всю необходимую информацию. Тут же ее обрабатывает совместно с результатами своих измерений и определяет свои координаты с сантиметровой точностью. При этом не требуется никакой постобработки.
Режим ХарактеристикиТочность*, мм Статика Наблюдения в течение от 40 минут до нескольких часов, базисные линии > 10 км ±(0, D) Быстрая статика Малое время наблюдения (от 5 до 30 мин), короткие базисные линии (менее 10 км) ±( D) Кинема- тика Определение положения точек при перемещении ровера (в движении или с короткими остановками) ± ( D) Стой-иди 1-минутные остановки на определяемых пунктах ±( D) RTK Постоянная вязь с базовой станцией по радиомодему и определение координат в реальном масштабе времени ± ( D) OTF (на лету) Определение координат центров фотографирования в полете 2- частотним приемником Точностные характеристики данных режимов
2. Фактор потери точности. Фактор потери точности (Dilution of Precision - DOP) является показателем качества определения местоположения пунктов. Это результат вычисления, в ходе которого учитывается расположение каждого спутника относительно других, составляющих созвездие ("геометрия"), с целью прогнозирования точности координат, полученных с помощью данного созвездия.
Низкое значение DOP указывает на хорошую геометрию спутников и высокую вероятность получения точных местоположений. Высокое значение DOP указывает на слабую геометрию спутников и низкую вероятность получения точных местоположений.
Этот параметр используется как связующее звено между результирующей точностью позиционирования и точностью измерений расстояний до спутников: m рез =DOPm 0 m рез – СКП определения местоположения искомого пункта; m 0 – СКП дальномерных определений. В зависимости от того какие параметры должны быть определены используют различные модифицированные понятия DOP.
Тип DOP:Оказывает влияние на точность: Потеря точности относи- тельных определений (RDOP) относительного положения Потеря точности определения местоположения (PDOP) плановых и высотных измерений (широта, долгота и высота) Потеря точности в плане (HDOP) плановых координат (широта, долгота) Потеря точности по высоте (VDOP) высоту Потеря точности по времени (TDOP) поправку часов Обычно вычисляются следующие значения DOP:
PDOP фактор является лучшим общим показателем точности созвездия, хотя сам по себе PDOP не гарантирует точного определения базисной линии. PDOP, равный 4 и ниже, обеспечивает получение очень точных положений. PDOP между 5 и 7 является приемлемым, а PDOP, равный 7 или больше, считается неудовлетворительним.
Для того, чтобы собрать и получить высококачественные данные, можно задать такое предельное значение PDOP, при превышении которого вычисления положений производиться не будут. Этот предел называется маской PDOP (PDOP mask), и оно должно быть установлено в приемнике перед началом регистрации данных. Рекомендуемое (и выставляемое по умолчанию) значение маски PDOP равно 7.
Данное значение PDOP используется при выполнении кинематических съемок, в ходе которых нормой являются очень короткие периоды наблюдений. В случае если значение PDOP равно или превышает 7, приемники издают сигнал тревоги, который предупреждает пользователя о необходимости оставаться неподвижним до тех пор, пока значение PDOP не упадет ниже порогового.
При проведении статических и быстро статических съемок, которые требуют более длительных периодов наблюдений по сравнению с кинематической съемкой, пороговое значение PDOP, либо соответствующий ему предупредительный сигнал не используются.
Таким образом, наиболее эффективним методом ослабления влияния DOP на точность GPS- измерений является выбор наиболее благоприятных периодов наблюдений, которые производятся на стадии планирования спутниковых наблюдений.
3. Общий порядок выполнения работ Технология проведения работ со спутниковой ГЛОНАСС/GPS аппаратурой включает следующие этапы: составление проекта геодезических работ на объекте; получение разрешений для работы на режимных или частных территориях и на работу радиостанции;
полевая рекогносцировка, в результате которой делаются заключения об объекте, технологии работ и особенностях материально-технического обеспечения измерений. В итоге составляется проект полевых работ, и подготавливается необходимый картографический материал; закладка центров; организация базовых станций (если этого требует технология);
планирование сеансов наблюдений, которое включает в себя определение оптимальных временных интервалов измерений, проектирование последовательности сеансов или маршрутов обхода объектов съемки; составление таблиц с кодами топографических объектов и печать штрих- кодовых карточек в соответствии с указанним в техническом задании классификатором объектов. Это необходимо для эффективного выполнения топографических или ГИС съемок;
полевые измерения (съемка объектов); камеральная обработка, вывод результатов измерений; составление технического отчета и оформление необходимой документации; полевой контроль, архивирование и сдача материалов.
Обработка данных представляет собой важный этап работы, определяет точность конечных результатов, и может быть разделена на несколько этапов. Применяемые программы различа- ются по своим возможностям, ориентации на типы или модели приемников, стоимости, и др.
Например, обработка спутниковых измерений с помощью программного обеспечения фирмы Trimble включает выполнение основных задач: создание и настройка проекта для уравнивания измерений; импорт данных со спутниковых приемников; при этом имеется возможность выбора баз данных и их комбинаций, объединения различных сессий наблюдений;
обработка базовых линий (предобработка); уравнивание результатов спутни- ковых измерений; анализ полученных результатов.