Основные принципы GPS системы при проведении крупномасштабных съемок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

 

В выпускной работе рассматривается GPS-система и ее основные принципы при проведении крупномасштабной съемки. Точность определения планового и высотного положения геодезических точек соответствует требованию инструкций при выполнении крупномасштабных съемок вплоть до масштаба 1/500 .

Основная  цель GPS съемки заключается в том , чтобы с высокой точностью определить положение одного приемника относительно другого. В выпускной работе выполнены вычисления для создания геодезической сети применительно к крупномасштабным съемкам. В выпускной работе обосновано использование спутниковых технологий , так как с их помощью можно создать плановые и высотные обоснования для крупномасштабных съемок.

Даны результаты компьютерной обработки, сделано заключение по выпускной работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень обозначений

Тахеометр — геодезический прибор для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Используется для определения координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при разбивочных работах, выносе на местность высот и координат проектных точек.

Государственная геодезическая сеть (ГГС) - главная геодезическая основа топографических съемок всех масштабов и используется при решении инженерно-технических и научных задач, связанных с изучением нашей планеты.

Нивелирование — определение разности высот двух или многих точек земной поверхности относительно условного уровня (напр., уровня океана, реки и пр.), т.е определение превышения.

GPS— спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположениe заданных объектов на местности.

Эфемериды – набор пространственных координат космического аппарата как функция времени.

Псевдодальность -измеренная дальность от потребителя до спутника с погрешностями, обусловленными расхождением шкалы времени потребителя относительно системного времени, задержками прохождения радионавигационного сигнала в ионосфере и тропосфере и аппаратурными ошибками.

Позиционирование - измерения с помощью спутниковых систем с целью определения координат местонахождения объекта в трехмерном земном пространстве.

Статический режим наблюдений – основной метод геодезических измерение при создании сетей, однако он требует наибольших временных затрат. Время измерения одного пункта колеблется от 40 мин до нескольких часов (в зависимости от требуемой точности измерений, числа и расположения наблюдаемых спутников, состояния ионосферы и т.п.).

Кинематический  режим наблюдений-метод измерений на местности ,при котором один приемник работает на пункте с известными координатами, а другой приемник (который называется подвижным приемником) перемещается по территории, охваченной проектом, и производит наблюдения интересующих пользователя пунктов.

Быстрая статика — это разновидность статического режима измерений, при котором время наблюдений может быть сокращено до 10... 15 мин. Информацию о необходимом времени наблюдений оператор получает от приемника, когда получен достаточный объем информации.

Флуктуация-термин, характеризующий любое колебание или любое периодическое изменение.

Созвездие – это группа из трех или более спутников, используемых приемником для вычисления местоположения.

Фазовый центр антенны – это точка, где приемник производит измерения спутникового сигнала.

Инициализация-процесс, посредством которого разрешается неоднозначность целого числа фазовых циклов.

Ионосфе́ра— часть верхней атмосферы Земли, сильно ионизирующаяся вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, от Солнца.

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Реферат 3

Словарь терминов 4

Введение 8

Основные принципы работы спутниковой аппаратуры при  геосъемке 10

1.1.Технические возможности спутниковых приемников 10

1.2. Методика выполнения  полевых измерений в дифференциальном  режиме 12

1.2.1.Вычисление своего  местоположения 12

1.2.2Координаты отдельного  пункта (Автономное местоположение) 13

1.2.3.Абсолютное позиционирование 13

1.2.4.Дифференциальное позиционирование 14

1.2.5. Базисные линии 15

1.3. Факторы ,оказывающие влияние на точность измерений 16

1.3.1 Режим ограниченного доступа и помехозащищенность 16

1.3.2.Работоспособность спутников 18

1.3.3. Точность измерения расстояния от спутника до пользователя 20

1.3.4.Уровень сигнала(SNR) 20

1.3.5.Созвездие. 22

1.3.6.Количество видимых спутников 22

1.3.7.Фактор потери точности(DOP) 23

1.4.Выполнение полевых измерений. 24

1.4.1.Качество данных и методы сбора данных 24

1.4.2.Положение антенны: взгляд в небо 25

1.4.3.Измерение высоты антенны. 26

1.4.4.Маска PDOP 27

1.4.5.Маска угла возвышения 28

1.4.6.Интервалы между эпохами 29

1.5.Режимы наблюдений базисных GPS линий 31

1.5.1.Статика 31

1.5.2.Быстрая статика 31

1.5.3.Кинематика 32

1.5.4.Stop-and-go(остановка и движение) 34

1.5.5.Вычисление времени и координат спутника 35

Спутниковые технологии при выполнении крупномасштабных съемок 36

2.1.Особенности работы GPS приемников 36

2.2.Основные источники ошибок в работе GPS приемников 39

2.2.1.Основные источники ошибок ,сопровождающие спутниковые измерения 39

2.2.2.Влияние ионосферы и тропосферы 40

2.2.3.Влияние зашумления сигнала 41

2.2.4.Влияние отраженных сигналов 41

2.3.Поправки ,вводимые в результаты измерений 42

2.3.1.Поправка за вращение Земли 42

2.3.2.Поправка за релятивистские формулы 42

Практическая  часть 44

Заключение и  выводы 61

Список используемой литературы 62

Приложение 1 63

Приложение 2 64

Приложение 3. 65

Приложение 4 66

Приложение 5 67

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее  время в практику геодезических  работ широко внедрены спутниковые  системы GPS. Она позволяет одновременно делать плановые и высотные обоснования , что очень важно при выполнении крупномасштабных съемок . Точность определения планового и высотного положения геодезических точек соответствует требованию инструкций при выполнении крупномасштабных съемок вплоть до масштаба 1/500 . Для выполнения крупномасштабных съемок создается геодезическое обоснование . Как правило оно выполняется с помощью двухчастотных спутниковых приемников. Затем после выполнения геодезического обоснования выполняется топографическая съемка местности , она может выполнятся одночастотными приемниками , в некоторых случаях можно использовать режим кинематики  и одновременно передавать всю информацию в центр обработки через модем. При выполнении топографических съемок необходимо соблюдать все требования инструкции и с помощью спутниковых приемниках и электронных тахеометров можно оперативно и с высокой точностью определить плановые и высотные обоснования , также сделать топосъемку , соблюдая при этом инструкции в зависимости от масштаба съемки. При 1/500 необходимо снимать на местности все детали ,размеры которых 50 сантиметров. При выполнении крупномасштабных съемок спутниковой аппаратурой необходимо иметь надежное геодезическое обоснование. Геодезическую основу необходимо привязать в пунктам государственной геодезической сети . Точность определения геодезической основы зависит от режима работы аппаратуры . Как правило в этом случае используется режим статики и на каждой определяемой геодезической точки необходимо стоять как минимум 15-20 минут ,если аппаратура двухчастотная.

Если  мы работаем приемниками различных  фирм ,то необходимо использовать Rinex формат , который позволяет объединить все измерения в единое целое , выполнить уравнивание и получить каталог искомых координат. При выполнении такого рода работ спутниковой аппаратурой , необходимо выполнить планирование , которое связано с тем , чтобы для данной широты выбрать максимальное количество спутников, и это время максимально использовать для работы спутниковой аппаратуры. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть

 

Основные принципы работы спутниковой аппаратуры при геосъемках.

 

1. . Технические возможности спутниковых приемников.

 

 

В настоящее  время для выполнения крупномасштабных съемок масштаба 1:5000 – 1:1000 начали использоваться современные методы с использованием спутниковых технологий. Для выполнения такого вида работ требуется определённые точности создания планово-высотного  обоснования, которое регламентировано инструкцией по крупномасштабным съемкам. Плановая и высотная основа является главной исходной информацией для  реализации любой съемки такого масштаба, и в этом случае главное это  наличие надежного планово-высотной основы.

В настоящее  время передача координат может  осуществляться традиционными методами с использованием тотальных станций (электронных тахеометров) или теодолитов и дальномеров.

Для повышения эффективности  выполнения геодезических работ  спутниковые системы могут решать такие задачи, причем при желании  точности определения координат  могут быть выше традиционных способов.

В зависимости  от требований к точности создания геодезической основы соответствующим  образом планируется режим работ  и методика их выполнения.

Как нам стало  уже известно, существуют одно и  двух частотные приемники, которые  могут осуществлять создание планово-высотной основы в зависимости от масштаба съемки. Двухчастотные приемники  известных фирм Leica, Trimble и другие, которые могут дать окончательный результат, по определению координат пунктов опорной сети с большей точностью, чем одночастотные.

По  результатам опытных исследований, двухчастотные приемники могут  определить плановые координаты (X, Y) с абсолютной точностью 8-10 мм,  и зависимости от расстояния между опорной или базовой станцией и приемником который используется для непосредственной       

привязки  точек опорной сети. Для одночастотных  приемников точность определения координат (X, Y) будет ниже в зависимости от времени слежения и расстояния между опорной и реверсной станцией, и составит порядка 1-2 см в плане, а по координате Z 2-3 дм. Поэтому для создания опорной геодезической сети при съемках масштаба 1:5000-1:1000 данные приемники могут быть использованы. Что касается высотного обоснования, то точность определения двухчастотными приемниками может достигать по высоте точности соответствующей нивелированию III класса, m,,=IOVL , где L – длина нивелирного хода.

В настоящее  время при тщательном анализе  работы спутниковых приемников в  различных режимах работы и в  различных условиях высотная привязка точек опорной геодезической  сети может осуществляться спутниковыми приемниками с точностью нивелирования  III класса уверенно, что вполне удовлетворяет съемкам данного масштаба. Однако следует заметить, что при выполнении именно таких видов работ, которые связаны с созданием планового и высотного обоснования, время измерений на каждой опорной станции должно быть не менее 30 минут для получения надежной плановой и высотной основы. Причем планирование измерений должно быть выполнено таким образом, чтобы геометрия спутников и их количество было достаточным 5-7 спутников на каждой точке.

 

 

 

 

2. . Методика выполнения полевых измерений в дифференциальном режиме.

 

1.2.1.Вычисление своего местоположения.

 

Геодезические приемники GPS, такие как приемники серии 4000 фирмы Trimble, могут осуществлять как съемочные работы (surveying), так и определение местоположения отдельного пункта (single-point positioning), включая навигацию. Самый элементарный GPS приёмник способен отслеживать и регистрировать фазу несущей L1 и псевдодальности по C/A коду. Для отслеживания и регистрации фазы несущей частоты L2 и псевдодальности по P – коду необходимо иметь GPS приемник, который выполняет эти задания.

В режиме позиционирования используются псевдодальности либо по C/A либо по P – коду. Координаты, полученные по P – кодовым псевдодальностям, является более точным по сравнению с координатами, определенными по C/A коду.

Основная цель GPS съемки заключается в том, чтобы с высокой точностью определить положение одного приемника относительно другого. Для этого необходимо использовать собственно фазы несущих.

Данный метод  требует, чтобы одни и те же спутники наблюдались одновременно двумя  приемниками. Обработка производится, как правило, после сбора данных или после того, как они подвергнуться  постобработке, однако, при наличии  оснащенных должным образом приемников и некоторого периферийного оборудования эти данные могут обрабатываться в поле с получением результатов  в реальном времени и с точностью  в несколько сантиметров.

 

 

1.2.2.Координаты отдельного пункта (Автономное местоположение).

 

GPS приемник может определить свое местоположение, используя сигналы, принимаемые им от спутников. Поскольку в навигационном сообщении содержится информация о положении спутников, а кодовые изменения обеспечивают определение псевдодальности между приемником и спутником, приемник может вычислить свои координаты, используя метод засечек. Так как приемник должен найти четыре известных величины (значения X, Y, Z и ошибку часов приемника), то для определения местоположения приемника требуются четыре спутника.

Точность  такого местоположения зависит от того, какой код использовался для  вычисления местоположения приемника, полученные по C/A – коду, оказывается менее точным по сравнению с теми, что получаются по P – коду.

 

1.2.3.Абсолютное позиционирование.

 

Абсолютное  местоположение может быть вычислено  во время полевых наблюдений посредством  использования псевдодальностей либо по C/A – коду, либо по P – коду. Это местоположение вычисляется безотносительно (или относительно) каких –либо приемников, производящих наблюдение и в это время. По своей сути такой тип вычисления координат является менее точным по сравнению с дифференциальным позиционированием. Как правило, точность определения автономных местоположении, полученных на основе P – кодовых псевдодальностей, составляет ±30 метров, в то время как по C/A коду они определяются с точностью ±100 метров.