Спутниковая навигация в геодезическом обеспечении строительства. Новые ГНСС решенияот компании LEICA GEOSYSTEMS

Московский  Государственный Университет Геодезии и Картографии

 

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине: «Исследовательская работа»

 

на  тему: «Спутниковая навигация в геодезическом обеспечении строительства. НОВЫЕ ГНСС РЕШЕНИЯ ОТ КОМПАНИИ LEICA GEOSYSTEMS»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спутниковая навигация в геодезическом обеспечении строительства

    В 2011 г. завершилась реализация ФЦП «Глобальная навигационная система». 3 марта 2012 г. Правительством РФ была утверждена ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012–2020 годы». Целью программы является расширение применения спутниковых навигационных технологий на базе ГЛОНАСС.

Современные технологии высокоточного спутникового позиционирования ГЛОНАСС/GPS позволяют реализовать комплексные решения при создании магистральных газопроводов и их инфраструктуры. Спектр задач, решаемых с помощью спутниковой навигации, простирается от геодезического обеспечения до автоматизации управления строительной техникой и мониторинга возведенных объектов.

Основным аргументом в пользу применения высокоточного спутникового позиционирования является экономическая выгода. Например, в США за счет использования GPS_оборудования в сфере строительства промышленных объектов достигается экономия более 20 млрд долларов в год. Выгода складывается из нескольких составляющих: снижения затрат рабочего времени и моторесурса техники, экономии топлива и, главное, за счет повышения точности при контроле за исполнением проектов, что позволяет снизить нецелевой расход ресурсов.

Технологии на основе систем высокоточного спутникового позиционирования обеспечивают:

— выполнение проектноизыскательских работ с высокой точностью, с учетом реальных ландшафтных особенностей по трассе прохождения газопровода;

— снижение затрат и сокращение сроков выполнения маркшейдерской службой геодезических работ (таких  как топографическая съемка в  различных масштабах);

— точный вынос  в натуру проекта строящегося  участка газопровода и его  привязку до начала строительства;

— сокращение времени  и, одновременно, повышение качества строительства за счет контроля соблюдения технологических требований непосредственно  при проведении строительных работ;

— сокращение сроков процедуры сдачи/приемки работ;

— повышение производительности каждой единицы строительной техники.

 

Применение  спутниковых технологий

Строительство линейных объектов — сложный комплекс работ, в котором задействовано большое  количество людей и техники. На его  успешную реализацию из-за объективных  факторов накладывается ряд ограничений, действие которых может быть минимизировано только с помощью высокоточной спутниковой  навигации.

В силу природно-климатических  условий эффективное выполнение строительных работ возможно только в течение полугода (в районах  Крайнего Севера этот период еще меньше). Таким образом, строительство следует  проводить в предельно сжатые сроки.

Кроме того, объекты  нефтегазовой отрасли расположены  на территориях со сложными климатическими условиями, что приводит к необходимости  обеспечения круглогодичного доступа на объекты ремонтных бригад, а это значительно увеличивает стоимость содержания объектов. Изменить ситуацию может только повышение качества выполнения строительных работ на всех этапах.

Следствием перечисленных  факторов является невозможность составления  полной оперативной картины осуществления  строительного проекта и крайняя  необходимость повышения  производительности каждого геодезиста и каждой единицы  техники, занятой на отдельном участке  и в строительном комплексе в  целом.

Решение данных проблем  лежит в плоскости применения современных геодезических технологий и спутникового контроля управления механизмами.

Как это  работает

Для работы со спутниковыми навигационными поправками необходимы следующие элементы:

— навигационные  спутники (группировки ГЛОНАСС и GPS);

— наземная инфраструктура корректирующих базовых станций (в  рассматриваемом случае

это сеть компании «Руснавгеосеть»);

— программное обеспечение, обрабатывающее спутниковые данные и корректирующую информацию;

— полевые устройства приема и передачи данных (GPRS, Wi_Fi, GSM или УКВ);

— техника, управляемая  с помощью корректирующей информации;

— устройства, устанавливаемые  на машину и интегрированные с  гидравликой (спутниковые приемники, антенны, датчики, контроллеры, коммуникационные кабели, бортовой компьютер) для оптимизации  управления ее рабочими органами.

Самым главным из описанных элементов является наземная инфраструктура базовых станций, обеспечивающая формирование и передачу корректирующей информации. Без нее проведение высокоточных работ в режиме реального времени в принципе невозможно.

Район работ, где  применяются спутниковые поправки, должен находиться в зоне покрытия навигационным полем — на территории, на которой имеется наземная инфраструктура корректирующих базовых станций.

Сеть базовых  станций может быть как линейной, так и распределенной. В общем случае, оптимальной можно считать структуру, в которой линейная сеть на отдельных участках превращается в распределенную, за счет установки дополнительных станций. Все перечисленные выше элементы вторичны по отношению к наземной инфраструктуре корректирующих базовых станций.

Процесс работы внутри сети базовых станций выглядит следующим  образом. Перед началом работ  проводится геодезическая съемка объекта. За счет спутниковых поправок измерения  выполняются значительно быстрее, чем при традиционных методах  съемки. С помощью полученных данных строится проектная поверхность, с  указанием планового и высотного  положения проектных точек. На следующем  этапе, с помощью этого проекта, может быть разработан маршрут движения машин и их рабочих органов (если планируется использование автоматических систем управления строительной техникой). Координаты точек проектной поверхности  заносятся в блок управления строительной техникой.

В процессе работы спутниковые приемники, установленные  на машине, получают сигналы с навигационных  спутников, с помощью которых  определяется местоположение машины с  точностью около 10 м, и корректирующую поправку от сети базовых станций, которая  увеличивает точность позиционирования до 1 см в плане и до 2 см по высоте. Скорректированные данные поступают  в блок управления.

В блоке управления текущее местоположение рабочего органа сравнивается с заданным в проекте. В случае, если реальные координаты отличаются от проектных, блок управления с помощью гидравлической системы приводит рабочие органы в нужное положение.

Спутниковые приемники  работают с частотой 50 Гц, что позволяет  получать сантиметровую точность в  режиме реального времени. В результате появляется возможность не только ускорить выполнение геодезических измерений, но и осуществлять высокоточное управление рабочими органами машины. Применение спутниковых технологий в системах автоматического управления строительной техникой позволит:

— сократить время  выполнения массовой выемки грунта и  чистового профилирования;

— сэкономить машино-часы и топливо;

— снизить затраты  на строительные материалы;

— с высокой точностью  выполнить работы по проекту;

— уменьшить количество переделок;

— исключить необходимость  установки на строительной площадке разбивочных кольев и опорных  струн.

Создание  наземной инфраструктуры

Технологии высокоточного  спутникового позиционирования с помощью  сетей базовых станций широко распространены за рубежом. Причем операторы этих сетей предоставляют поправки для различных видов деятельности (в том числе, и для нефтегазовой отрасли) на коммерческой основе. Однако из-за географического положения России получение навигационных данных от этих операторов невозможно. Таким образом, единственным выходом для организаций, занимающихся строительством линейных объектов, является создание собственных сетей базовых станций с целью использования спутниковых корректирующих поправок.

Учитывая, что большинство  нефтегазовых компаний работают на значительных по площади и удаленных друг от друга участках, целесообразным является создание сетей базовых станций  в интересах крупных холдингов. Такого рода корпоративные сети могут  использовать исключительно их владельцы, при необходимости получая дополнительные средства от продажи навигационных  данных компаниям, у которых нет  возможности создать собственную  наземную инфраструктуру корректирующих базовых станций.

 

 

 

 

 

 

НОВЫЕ ГНСС РЕШЕНИЯ

ОТ КОМПАНИИ LEICA GEOSYSTEMS

На российском рынке  появились два новых ГНСС приемника  от компании Leica Geosystems: это уникальное, полностью «роверное» решение Leica Viva GS12 и передвижной приемник Leica Viva GS08 NetRover.

С появлением модели Leica Viva GS12 семейство оборудования Leica Viva GNSS вышло на новый уровень. Помимо новой модели, в семейство входят уже хорошо известные в нашей стране ГНСС приемники: лучший в своем классе базовый приемник Leica GS10 и универсальное профессиональное решение Leica GS15.

Все три приемника  геодезического класса основаны на запатентованных  швейцарских технологиях: Leica SmartTrack+, Leica SmartCheck+ и Leica SmartRTK.

Технология Leica SmartTrack+ обеспечивает уверенный прием и обработку спутниковых сигналов всех ГНСС сетей: как действующих, так и проектируемых. Благодаря технологии SmartTrack+, производить измерения можно в самых сложных для приема сигналов условиях: в лесу, на территории массовой застройки, на склонах карьеров и даже на крайнем севере, где спутники находятся низко над горизонтом. Технология включает улучшенный алгоритм обработки сигналов, шумоподавление, высокоточный коррелятор многолучевости при измерении псевдодальностей, а также точное измерение фазы несущей систем ГЛОНАСС и GPS, при этом среднее квадратическое отклонение измерения псевдодальностей составляет менее 0,5 мм.

Для того чтобы пользователь был уверен в полученных данных, в приемниках Leica предусмотрена технология SmartCheck+, которая позволяет производить инициализацию в режиме RTK менее чем за 8 сек., с надежностью выше 99,99%, при максимальной дальности между приемниками до 50 км. Кроме того, посредством SmartCheck+ каждые 10 сек.  существляется постоянная проверка целостности получаемых результатов. Если точность в режиме RTK отклоняется от установленного пользователем допуска, следует звуковое предупреждение.

Технология Leica SmartRTK обеспечивает уверенную работу приемников в любых сетях постоянно действующих базовых станций. Она поддерживает измерения в RTK режиме с использованием методов VRS, FKP и iMAX (на основе стандарта MAC в формате RTCM CS 104).

Модель Leica Viva GS12 была создана для работы в качестве передвижного приемника, ориентированного на ежедневное выполнение большого количества измерений, и ее преимущества полностью подчинены данной цели. Говорит Иван Лысаченко, специалист по ГНСС технологиям компании НАВГЕОКОМ: «Данный двухчастотный приемник обладает всеми достоинствами приемников Leica GS10 и Leica GS15, но у него легкая антенна, которая весит

всего 1 кг. Вес вехи с укрепленным на ней комплектом Leica GS12 (антенна с контроллером) не превышает 2 кг. Это очень важно для специалистов, которым приходится выполнять по 300–400 и более измерений в день. Например, для кадастровых инженеров, топографов или для геодезистов, сопровождающих строительство». Малый вес антенны актуален и при работе Leica Viva GS12 в системе Leica SmartPole, когда приемник укреплен на вехе с призмой для определения координат точки, измеряемой тахеометром или ГНСС приемником. Разница в весе комплекта Leica Viva GS12 с комплектами других приемников аналогичного класса составляет более полутора килограмм, поэтому специалист, который работает с GS12, меньше устает, следовательно, возрастает производительность его труда. Кроме того, новый приемник может быть интегрирован с TPS оборудованием серии Leica Viva в систему Leica SmartStation для быстрого определения координат точки стояния прибора. В этом случае управление приемником и обработка измерений могут осуществляться непосредственно с тахеометра. Это идеальное решение для производства масштабных полевых работ в зоне покрытия RTK.

Отдельного упоминания заслуживает точность измерений  нового приемника Leica GS12. При длительных сеансах измерений в режиме «статика» точность (СКО) измерений Leica GS12 в постобработке составляет 3 мм + 0,5 ppm в плане и 6 мм + 0,5 ppm по высоте. Контроллер Leica оборудован 3,5G модемом, комплект не нуждается в соединении с помощью кабелей. Обмен информацией между контроллером и приемником осуществляется по соединению Bluetooth. Говорит Иван Лысаченко: «Прибор не может быть использован в качестве базового приемника, он всегда должен работать только с контроллером. Это — «ровер», и это логично для него.

Конструкцией  Leica GS12 не предусмотрено наличие радиомодема, поскольку данное оборудование рассчитано на работу в сетях RTK». Сети базовых станций, транслирующих RTK

поправки через  Интернет, существуют во всех развитых странах мира. Активно развиваются  они и в России: в большинстве  промышленных районов Урала, Сибири и европейской части нашей  страны ведется строительство сетей RTK, а во многих регионах, например, в  Красноярском крае и в крупных  городах, сети базовых станций уже  действуют. «При работе в зоне покрытия RTK сети специалисту не нужен базовый приемник, — отмечает Иван Лысаченко, — ему достаточно одного передвижного приемника Leica GS12. Именно для этих задач и было создано данное «роверное» решение».

Европейский опыт применения приемников Leica Viva GS12 уже оказался успешен при работе в зоне покрытия сетей RTK, в условиях плотной городской застройки. Инженерам швейцарской телекоммуникационной компании Swisscom AG необходимо было произвести регистрацию и запись положения кабельных сетей в муниципалитете Иттиген кантона Берн. Это была трудновыполнимая задача, поскольку в настоящее время кабели в сновном прокладываются под землей. Традиционные методы учета отняли бы много времени и сил и были бы чреваты ошибками, поэтому инженеры Swisscom AG обратились к ГНСС  технологиям Leica Geosystems.