Основные принципы GPS системы при проведении крупномасштабных съемок

 

 

 

Тип DOP	Оказывает влияние на точность
Потеря точности относительных	Относительного положения
Потеря точности определения	Плановых и высотных измерений
Потеря точности в плане (HDOP)	Плановых координат (широта и долгота)
Потеря точности по высоте	Высоту
Потеря точности по времени	Поправки часов

 

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 неудовлетворительным. Пользователь может также установить пороговое значение PDOP в приемнике для того, чтобы игнорировать созвездие, PDOP которого выше установленного пользователем предела.

В геодезических  приемниках фирмы Trimble по умолчанию устанавливается значение PDOP, равное 7. Следует отметить, что это пороговое значение влияет только на определение положения и не оказывает существенного влияния на последующую обработку базисной линии. Модуль Планирование (Plan) позволяет вычислить PDOP в ходе полевых наблюдений. Если ввести в модуль Планирование (Plan) интересующие пользователя местоположение и дату, то с помощью этих данных можно спрогнозировать видимость спутников и их геометрию. 

 

1.4. Выполнение полевых измерений.

 

  Полевые мероприятия по сбору данных являются важным элементом успешного проведения геодезической GPS съемки. Недостаточно знать, как нажимать кнопки приемника: необходимо также понимать, как использовать большое число приемников таким образом, чтобы обеспечить высокопрофессиональное измерение базисных линий с максимально возможной точностью.

 

1.4.1.Качество данных и методы сбора данных.

 

От метода сбора  GPS данных напрямую зависит их качество. Важно иметь правильное представление о полевых методах сбора данных. Для достижения максимально указанной точности GPS съемки следует придерживаться предлагаемых предельных значений для величины PDOP и угла возвышения спутников, а также следовать другим рекомендациям по проведению полевых работ. Различные геодезические приемники способны выполнять множество полевых мероприятий, в том числе: статическую съемку, быстростатическую съемку, кинематическую съемку, непрерывную кинематическую съемку, геодезическую съемку в реальном времени (RTS).

С точки  зрения геодезиста, все полевые мероприятия, по существу, одинаковы. В приемник или накопитель данных необходимо ввести информацию, которая указывает на то, находится ли пользователь на пункте стационарно или перемещается. Кроме  того, можно обеспечить ввод дополнительной информации, касающейся особенностей этих полевых событий.

Некоторые аспекты любой полевой GPS съемки являются общими для всех полевых мероприятий. Правильное расположение GPS антенны и измерение её высоты, а также установка интервала сбора данных или интервала между эпохами, - вот только несколько геодезических параметров, на которые необходимо обратить внимание в ходе проведения любых мероприятий по сбору данных, независимо от того, каким образом планируются собирать эти данные.

 

1.4.2.Положение антенны: взгляд в небо.

 

Сигналы GPS спутников являются всенаправленными, для получения наилучших результатов антенна должна иметь свободный, ничем не закрытый обзор неба выше предварительно заданного порогового значения угла возвышения. Спутниковые сигналы не проникают сквозь металлические поверхности, стены зданий, стволы деревьев или другие аналогичные объекты. В то же время сигналы проходят через листву деревьев, стекло, пластик и другие аналогичные преграды, хотя это может вызывать ослабление сигнала. В общем случае необходимо стараться обеспечить свободный обзор небосклона. GPS сигнал может быть подвержен воздействию мощных передатчиков (особенно в микроволновом диапазоне). Следует избегать проводить сбор данных в фокусной зоне микроволнового передатчика или вблизи мощных радиолокационных установок; так как это может повредить GPS антенну.

 

1.4.3.Измерение высоты антенны.

 

Измерение высоты антенны (или инструмента) является потенциальным источником погрешностей при выполнении любого типа съемки. В Глобальной Системе Позиционирования высота антенны означает то же самое, что и общепринятое понятие высоты инструмента (w), GPS не застрахована от такого рода погрешности измерения. Геодезические GPS приемник могут работать с антеннами различных типов. Пользователю следует убедиться в том, что ему понятно, как измерять высоту своих GPS антенн. Под измерением высоты антенны понимается измерение расстояния от геодезической марки на наземной поверхности до фазового центра антенны.

Фазовый центр антенны – это точка, где приемник производит измерения  спутникового сигнала. GPS аппаратура принимает спутниковые сигналы в фазовом центре антенны. Имеется возможность ввода в GPS двух типов высоты антенны: истинной вертикальной (true vertical), либо нескорректированной (uncoirected). При вводе нескорректированной высоты антенны пользователь указывает процессору, что высота антенны измерялась в соответствии с методикой, принятой для данного типа антенны. Иногда такое измерение рассматривается как наклонное. В этом случае в процессе вычисления компонент базисных линий программное обеспечение обработки рассчитывает поправку для этой величины.

При вводе истинной вертикальной высоты антенны пользователь сообщает приемнику  и программному обеспечению обработки  о своем измерении вертикальной высоты от геодезической марки до фазового центра антенны. В этом случае, во время постобработки никакие поправки к данной величине не применяются. Следует ввести измерение высоты антенны в приемник либо как составную часть информации о станции, при нахождении пользователя на станции, либо как составную часть информации о непрерывной кинематической съемке, в случае если пользователь осуществляет перемещение.

Необходимо  быть особо внимательным при измерении  высоты антенны, выполняя эту операцию тщательно и точно. Следует провести измерение, а затем повторять  его, предпочтительно в двух различных  единицах измерений, таких как сантиметры и дюймы. В качестве дополнительной страховки результаты измерения  высоты антенны следует зафиксировать  в письменном виде.

Проще, как правило, использовать некорректированную высоту антенны, оставляя введение поправок на программное обеспечение. Однако для успешного выполнения работ  в поле чрезвычайно важно, чтобы  пользователь и его команда придерживались стандартизированной методики. При измерении высоты антенны делается больше грубых ошибок, чем в каком-либо другом аспекте GPS, и последовательное проведение мероприятий лучше всего предохраняет от таких грубых промахов.

 

1.4.4.Маска PDOP.

 

Фактор  потери точности (Dilution of Precision – DOP) может оказывать сильное влияние на точность данных. Фактор потери точности определения положения (PDOP) является, лучшим общим показателем качества геометрии созвездия спутников и, следовательно, точности данных. 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 фирмы Trimble издают сигнал тревоги, который предупреждает пользователя о необходимости оставаться неподвижным до тех пор, пока значение PDOP не удаляет ниже порогового. При проведении статических и быстростатических съемок, которые требуют более длительных периодов наблюдений по сравнению с кинематической съемкой, пороговое значение PDOP, либо соответствующий ему предупредительный сигнал не используется.

 

1.4.5.Маска угла возвышения.

 

Маска угла возвышения (elevation angle mask) представляет собой угол возвышения, ниже которого спутники не используются. Для работ на земной поверхности, где имеются местные препятствия (например, листва или здания), высокая вероятность точного определения базисных линий существует в том случае, если значение маски возвышения равняется или превышает 15°. В геодезических приемниках фирмы Trimble по умолчанию установлено значение маски возвышения равное 15° для приложений, прошедших постобработку, и равное 13° - для геодезических съемок в реальном времени. Когда спутник находится низко над горизонтом, то возникают две проблемы:

1. Спутниковые сигналы должны пройти значительное расстояние через атмосферу. В результате этого наблюдается более низкий уровень сигнала, и происходит задержка приема сигнала GPS приемником (задержка расстояния). Так как расстояние до спутника вычисляется на оснований времени прохождения, то малейшая задержка во времени прохождения может привести к возникновению существенной ошибки при вычислении расстояния.
2. Сигналы отражаются от соседних поверхностей, так что приемник принимает как исходный, так и отраженный сигналы. Этот эффект, называемый многолучевым распространением (multipath), является основным источником ошибок в GPS. Ошибка многолучевого распространения может быть смоделирована в ходе обработки базисной линии, при условии, что для этого существует достаточно данных. Более продолжительные периоды наблюдения позволяют процессору обнаружить и устранить эффекты многолучевого распространения в процессе вычисления базисных линий. Можно уменьшить влияние этих эффектов посредством использования системы установления значения маки возвышения по умолчанию. На тех участках, где имеется вероятность многолучевого распространения, могут применяться более длительные периоды наблюдений (в течение которых спутники будут перемещаться) и более высокие значения антенны.

 

1.4.6.Интервалы между эпохами.

 

Интервал  между эпохами (называемый также  периодичностью наблюдений ИСЗ – SV sync time) представляет собой периодичность, с которой данные вводятся в память приемника. Интервал, который подходит для конкретной съемки зависит от ряда вещей, включая: 1) процессор базисной линии

2) количества имеющейся  памяти в приемнике

3) плотности точек,  которая требуется для соответствующего  покрытия территории проекта.

Объем данных, который необходимо собрать  пользователю, может меняться при  различных способах наблюдения. Например, при наблюдении базисной линии с использованием метода статической GPS съемки, по всей вероятности, нет необходимости в осуществлении сбора данных через каждые 0.5 секунды, поскольку пользователь продолжает оставаться на одном месте. Интервал между эпохами, равный 15 секундам, как правило, является достаточным. Однако если представить, что после наблюдения этой статической линии, пользователю необходимо преступить к выполнению топографической GPS съемки, то оказалось бы, что 15-ти секундный интервал между эпохами слишком продолжителен, пока пользователь находится в движении. В этом случае для адекватного отображения области съемки на карте, следует установить интервал между эпохами в 1 или 2 секунды, в зависимости от скорости перемещения пользователя или времени его пребывания в каждой точке съемки. При изменении интервала между эпохами необходимо учитывать два основных фактора:

1. Каким образом будет осуществляться наблюдение базисных линий в области проекта? Будет ли использоваться статический метод, быстростатический метод, кинематический метод, либо эти методы будут применяться в сочетании?
2. Намеревается ли пользователь проводить непрерывную регистрацию данных для кинематической съемки? Если это так, то какова ожидаемая плотность точек? Для фотограмметрических приложений данные могут потребоваться через 0.5 секунд. С другой стороны, при сборе топографических данных в процессе ходьбы данные могут потребоваться через каждые 5 секунд.

Выбор интервала  между эпохами в значительной мере зависит от требований предъявляемых  к проекту и от того, как перемещается пользователь при сборе данных.

 

 

 

 

 

1.5.Режимы наблюдений базисных GPS линий.

 

Для наблюдения базисных линий между пунктами с помощью GPS можно использовать несколько  методов. Традиционно, при применении GPS для определения базисных линий и остаются в стационарном положении положительно в течение 1 часа. Однако за последние несколько лет был разработан ряд повышающих производительность методов, которые позволяют наблюдателю находиться на базисной линии более короткое время и определять ее гораздо быстрее, не проигрывал в точности.

 

1.5.1.Методы наблюдений. Статика.

 

Стандартные статические  наблюдения остаются основным методом  наблюдения GPS съемки с момента появления  концепции использования GPS для создания опорных сетей. Выполнение статической GPS съемки подразумевает установку  двух приемников: одного – в опорной  точке, другого на станции, положение которой предстоит определить, а также их одновременную работу на протяжении, приблизительно 1 часа в ходе одной сессии съемки.

 

 

1.5.2.Быстрая статика.

 

Требования, предъявляемые к оборудованию и  времени наблюдения, отличают быструю  статику от других форм GPS съемки, в  процессоре базисной линии быстростатической съемки программного обеспечения GPSurvey используются точные псевдодальности и результаты фазовых наблюдений с целью более эффективного определения базисной линии, нежели при статической GPS обработке.

Полевые мероприятия, осуществленные в процессе этой съемки очень схожи с мероприятиями, выполненными в процессе статической  съемки, описание которой дается выше, за исключением того, что требования, предъявляемые к продолжительности  наблюдений, не являются такими жесткими. В таблице приводится перечень требований к продолжительности наблюдений при быстростатической съемке. Обычно для осуществления быстростатических  съемок нужен один сеанс наблюдении базисной линии продолжительностью, как правило 5 – 20 минут. Это намного  быстрее, чем 1-часовой период наблюдения, необходимый при выполнении стандартных статических съемок.