Вынос в натуру с помощью ГНСС приемников

     Тема: Вынос в натуру с помощью ГНСС приемников 

      В настоящее время все больше внимания уделяется глобальным навигационным  спутниковым системам. Системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) нашли применение в различных сферах деятельности человека, начиная с их использования в области туризма, речной и автомобильной навигации, и заканчивая масштабными исследованиями по уточнению формы, размеров и внешнего гравитационного поля Земли. Преимущества совместного использования спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС стало неоспоримым с появлением оборудования и программного обеспечения (ПО), предназначенных для измерения и обработки данных, получаемых с помощью технологии ГНСС. В настоящее время система GPS состоит из 31 космического аппарата (КА). Полная группировка ГЛОНАСС должна составлять 24 КА. Обе системы постоянно модернизируются и обновляются. Несмотря на то, что система ГЛОНАСС пока еще развернута не полностью, она уже достаточно активно используется в геодезии и навигации, а производители спутникового пользовательского оборудования добавляют возможность приема сигналов ГЛОНАСС.

     Оценив  потребности современного геодезического сообщества, компании-производители  разработали и выпустили достаточно широкий ассортимент оборудования ГНСС, которое дает возможность максимально  эффективно использовать преимущества спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС. Эти технологические решения позволяют упростить сбор полевых спутниковых данных и их дальнейшую обработку в специализированном ПО, выполнять работы в сложных полевых условиях, решать различные геодезические и проектно-изыскательские задачи.

     Применение  приемников ГНСС и современных технологий для работы в режиме RTK дает ощутимые преимущества. Непосредственно в поле определяются пространственные координаты с сантиметровой точностью, проводятся измерения и вынос объектов в натуру в режиме реального времени. В это же время на экране контроллера подвижного приемника отображаются результаты оценки точности получаемых координат. Это дает возможность полностью контролировать процесс съемки и находиться на снимаемой точке, пока не будет достигнута требуемая точность определения ее координат.  

     Говоря  непосредственно о выносе проекта в натуру на основе ГНСС-измерений, можно выделить ряд преимуществ этих технологий перед традиционными методами:

• максимальное расстояние между базовым и передвижным приемником более 30 км;
• отсутствует необходимость нахождения на исходном пункте специалиста, базовый приемник может быть установлен в недоступном для посторонних месте;
• не требуется прямая видимость между базовым и подвижным приемниками, как при работе с электронным тахеометром, где обязательна прямая видимость между тахеометром и вехой с отражателем. Работу по выносу проекта может выполнять один исполнитель, что сокращает трудовые и финансовые затраты;
• высокая точность в выполнении выноса трассы (2–3 см);
• 1,0–1,5 км в день прохождение трассы с прорубкой просеки шириной 1м в условиях леса.

     В практике полевого трассирования инженерных сооружений линейного типа довольно часто возникает ситуация, когда невозможно с достаточной точностью определить направление на следующую по ходу вершину угла поворота трассы. Указанное обстоятельство может иметь место при полном отсутствии видимости на следующую вершину угла поворота, например, при трассировании через лес.

     Рассмотрим случай, когда указанная точка (ВУ_5) находится за лесным массивом, на открытой местности (рис. 1).

Рисунок 1 – Трассирование в условиях отсутствия видимости между вершинами углов поворота трассы 

     В данной ситуации задача сводится к тому, чтобы с заданной точностью определить угол поворота трассы ϕ4 или разбивочный угол ϕ4’, отложив который, можно выйти на точку ВУ_5.

     Предлагается  данную задачу решать в два этапа.

     Этап 1. По результатам измерений с помощью наземной аппаратуры глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) вычисляют плоские прямоугольные координаты трех вершин углов поворота трассы — ВУ_3, ВУ_4, ВУ_5, а также двух вспомогательных точек Т_1 и Т_2, которые необходимы для того, чтобы обеспечить отступ трассы линейного сооружения на регламентированное СНиП расстояние от естественных объектов или инженерных коммуникаций. При этом, точки Т_1 и Т_2 выбираются на местности в характерных местах интересующего нас естественного или искусственного объекта, в нашем случае — на береговой линии (рис. 1), а ВУ_3, ВУ_4, ВУ_5 — по материалам СИД (по карте масштаба 1:10 000). Получить плоские прямоугольные координаты указанных точек можно при помощи аппаратуры ГНСС: навигатора или геодезического приемника.

     Определение координат точек при помощи навигатора GPS или ГЛОНАСС/GPS.

     Координаты  точек определяются в геоцентрической системе координат (WGS–84), которые можно перевести в плоские прямоугольные координаты при помощи любой программы по обработке спутниковых измерений, поддерживающей систему координат СК–42. В этом случае плоские прямоугольные координаты будут получены с точностью до 5 м, что, в принципе, вполне достаточно при условии, что точки Т_1 и Т_2 будут выбраны на местности с запасом 5–7 м в сторону от береговой линии.

     Определение координат точек при помощи геодезических приемников GPS или ГЛОНАСС/GPS.

     На  район инженерных изысканий с  использованием геодезических приемников ГНСС обычно создается опорная геодезическая сеть для привязки результатов топографической съемки трассы и строительных реперов к оговоренной в техническом задании заказчика системе координат. В этом случае координаты вершин углов поворота трассы: ВУ_3, ВУ_4, ВУ_5, а также вспомогательных контрольных точек Т_1 и Т_2 определяются с помощью геодезических приемников GPS или ГЛОНАСС/GPS относительно уже созданной (создаваемой) опорной геодезической сети. При этом, за счет относительного способа спутниковых измерений, может быть достигнута сантиметровая точность определения местоположения вершин углов поворота трассы и контрольных точек. Для решения поставленной задачи не принципиально, какая система координат будет использована для определения координат точек, главное, чтобы эта система координат была плоской прямоугольной.

     Этап 2. Наиболее удобным способом решения поставленной задачи на данном этапе является графический способ. Он имеет явное преимущество перед аналитическим (решение обратной геодезической задачи), поскольку нагляден, прост и требует меньше времени на выполнение необходимых расчетов. Для этих целей предлагается использовать широко распространенную в проектно_изыскательских организациях программу AutoCAD.

     Полученные  при помощи аппаратуры ГНСС (навигатора или геодезического приемника) и программного обеспечения плоские прямоугольные координаты трех вершин углов поворота трассы и двух контрольных точек импортируют в программу.

     По  этим координатам строится графическое изображение вершин углов поворота ВУ_3, ВУ_4, приблизительной вершины угла поворота ВУ_5’ с соединяющими эти точки направлениями и двух контрольных точек Т_1 и Т_2 (рис. 2).

     Рисунок 2 – Графическое решение задачи с помощью AutoCAD 

     Средствами  программного обеспечения AutoCAD выполняются измерения расстояний от контрольных точек Т_1 и Т_2 до направления ВУ_4 — ВУ_5’. Если указанные расстояния удовлетворяют требованиям то вершина угла ВУ_5’ является искомой — ВУ_5 (А на рис. 2). Используя стандартные средства измерений AutoCAD определяется значение угла поворота трассы ϕ4, а также разбивочного угла ϕ4’ между двумя направлениями ВУ_4 — ВУ_3 и ВУ_4 — ВУ_5 с точностью до целых секунд.

     Если  указанные расстояния меньше (Б на рис. 2) или значительно больше (В на рис. 2) предусмотренного СНиП, то способом приближений средствами AutoCAD направление ВУ_4 — ВУ_5’ корректируется до тех пор, пока расстояния от контрольных точек до корректируемого направления не будут удовлетворять требованиям СНиП. После этого измеряется значение угла поворота трассы ϕ4, а также разбивочного угла ϕ4’ с точностью до целых секунд.

     В дальнейшем, при трассировании через лес к вершине угла ВУ_5, используется значение угла ϕ4’. Для этого необходимо установить электронный тахеометр на вершину ВУ_4, выполнить ориентирование на ВУ_3 и отложить горизонтальный угол ϕ4’. В этом случае положение визирной оси зрительной трубы электронного тахеометра будет направлено на вершину угла ВУ_5. Прорубив по этому направлению визирку, закрепляют створные точки по направлению ВУ_4 — ВУ_5.

     Следует отметить, что чем точнее определены координаты вершин углов поворота трассы и контрольных точек, тем точнее будет определен разбивочный угол ϕ4’. Следовательно, если координаты вычисляют при помощи навигатора, то точность определения положения вершины угла ВУ_5 будет в пределах 5 м плюс погрешность за счет разбивки угла электронным тахеометром. Если координаты вычисляют при помощи геодезического приемника, то можно получить точность в пределах 5–10 см плюс погрешность за счет разбивки угла электронным тахеометром.

     Представленная  методика была разработана автором статьи «Полевое трассирование линейных сооружений с использованием технологий ГНСС» М.Б. Гувенновым и успешно опробована на практике.

      СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 

1. К.А. Воробьев, «Спутниковые ГНСС-измерения  в режиме реального времени –  GSM RTK», «Геопрофи», №2, 2008.
2. М.Б. Гуверннов, «Полевое трассирование линейных сооружений с использованием технологий ГНСС», «Геопрофи», №5, 2009.
3. Д. Боронин, «Опыт применения GPS-измерений с RTK-режимом при выполнении геодезических работ по выносу трассы газопровода», «Экономика и ТЭК сегодня».