Островський А.Л., Мороз О.І., Тарнавський В.Л. Геодезія, частина II

Подождите немного. Документ загружается.

супутників. Величину геометричного фактора часто пов'язують з об'ємом

багатогранної фігури, вершини якої співпадають із розташуванням супут-

ників та точками спостережень. Установлено: чим більший об'єм

багатогранної фігури, тим менше проявляється вплив геометрії розташу-

вання супутників на результативну точність визначення координат пункту.

Під час взаємного зближення супутників об'єм цієї фігури зменшується, а

вплив геометричного фактора зростає [23].

Параметр, який оцінює зростання похибок вимірювання через

геометрію розташування супутників, отримав назву геометричного фактора,

який в сучасних публікаціях прийнято позначати абревіатурою БОР

(Оіішіоп оГ Ргесіяіоп - зниження точності). Цей параметр використовується

як коефіцієнт між точністю визначення координат т

реу

та точністю вимі-

рювання віддалі до супутників т

рез = БОРт

. (ПІ.2.1)

Найбільш універсальним показником є параметр ОБОР -

геометричний фактор зниження точності, який характеризує одночасно як

точність тривимірного позиціювання, так і часу. Він виражається формулою:

+т

+ тІ+т* -с

ОБОР = ^ - , (Ш.2.2)

/и

де т

, т

- середні квадратичні похибки визначення по осях

координат; т, - середня квадратична похибка визначення часу; с - швид-

кість ЕМХ. Таким чином, ОБОР дозволяє оцінити геометрію супутни-

кового "сузір'я". Маленьке значення ОБОР (< 8) свідчить про хорошу

геометрію. Велике значення ОБОР означає, що супутникове "сузір'я"

погане. Чим менше ОБОР, тим більша ймовірність отримати хороші

результати. Значення ОБОР, менше за шість, вважається допустимим, а

більше за шість - завеликим. Коефіцієнти ОБОР відображають лише

миттєву геометрію для окремої точки. Ці коефіцієнти обчислюють самі

приймачі. Вони ж автоматично вибирають оптимальну конфігурацію

супутників. Одночасно з ОБОР використовують також РБОР - фактор, що

враховує тільки фактор тривимірного позиціювання, без похибок визна-

чення часу, і НБОР - аналогічний фактор, але тільки для зниження

точності розташування в горизонтальній площині; УБОР - у вертикальній.

Для переважної більшості пунктів умови щодо ОБОР виконуються,

якщо в полі зору доступні п'ять або більше супутників. Найкраще "вікно"

спостережень для "статики" повинно включати в себе чотири і більше

супутників з ОБОР < 8 під час кута відсікання, рівному 15° (вертикальний

кут між горизонтом і напрямком на супутник).

Другим фактором, що може викликати значне зниження точності є

іоносферне збурення. Іоносферне збурення змінюється в часі і залежить від

положення пункту на Земній поверхні. У нічний період доби іоносферні

320

збурення значно менші, ніж в світлий період доби. Тому в нічний період

можна зменшити час спостережень наполовину, або у два рази збільшити

довжину вектора.

Під час вимірювання, яке вимагає найвищої точності, використо-

вують двочастотні приймачі 5Р.-9500 (фірми Ьеіса); 5ЇЧК.-8000 або 5Ш-8100

(фірма Аіеп ОзЬогпе); 2,-ХІІ (фірми АзЬіесЬ); 4000 351 (фірми ТгішЬІе).

II1.2.3. Параметри місії, тривалість та довжини векторів під час

роботи в статичному режимі

Місія описує спосіб, на основі якого контролер формує виконання

знімання. Кожна місія має відповідний файл конфігурації місії, який містить

набір параметрів, а саме: координати початкової точки, параметри

захоплення супутника, режим роботи, характеристики даних захоплення й

умовні позначення ідентифікації точки. Кожний файл конфігурації

індивідуально ідентифікується в контролері по шестисимвольному коду

місії. Для вимірювання в режимі "статика" використовується місія Зїаііс

Зигуеу. Для успішного виконання високоточного ОРЗ-вимірювання

потрібно виконувати спостереження під час "хороших вікон". Під "хоро-

шими вікнами" розуміють велику кількість супутників (5-8) та мале

значення коефіцієнта ОйОР (1-4).

Під час використання статичного режиму роботи використовуються

наступні, рекомендовані виробником приймачів СР5, параметри статичної

місії.

Тип місії: Зіаііс (Статичний).

Режим збору даних: СотрасІеЛ (Ущільнений).

Дискретність запису: 15, 30, 60 секунд.

Роботоспроможність / частота Ь

: АІІТО (Автоматичний)

Тривалість спостережень залежить від:

• довжини базисної лінії;

• кількості супутників;

• геометричного фактору ( СООР );

• стану атмосфери.

Таблиця ІІІ.2.1. є орієнтовним вказівником щодо вибору довжин

базисних ліній і тривалості спостережень для середніх широт під час

поточного рівня іоносферної активності та під час використання двочастот-

ного приймача (сенсора).

Таблиця Ш.2.1

Орієнтовна тривалість спостережень в статичному режимі

Кількість супут-

ників ОБОР<8

Наближена довжина

базисних ліній

Приблизний час спостережень

Кількість супут-

ників ОБОР<8

Наближена довжина

базисних ліній

вдень вночі

4 і більше

15-20 км

-2 години

і година

4 і більше

більше ЗО км

2-3 години

2 години

321

III.2.4. Визначення координат методом "стій/йди" ("віор апсі до")

Метод "стій/йди" створений на основі статичного методу. Він е

найшвидшим для детального топографічного знімання. Застосовугться, коли

між базовою та мобільною станціями невеликі віддалі. Під час вимірювання

технологією "стій/йди" бере участь щонайменше два приймачі ОР8. Найви-

гіднішим в цій технології є те, що рухомий приймач виконує вимірювання

на рядових пунктах (наприклад, пікетах) тільки 1-2 хвилини. В основному

витрачається час тільки на переміщення з пункту на пункт, а на пункті -

"затримуємось" і зразу ж ідемо далі.

Робота в режимі "стій/йди" складається із двох частин: 1

—

частина

ініціалізації, яка необхідна для того, щоб розв'язати початкову неоднознач-

ність під час пост-опрацювання за допомогою програмного забезпечення

5К1; 2 - мобічьна частина, у рамках якої розв'язання неоднозначності

вносяться в програмне забезпечення 8КІ. Ініціалізація та наступна за нею

мобільна частина називаються ланкою режиму "стій/йди ".

Головний недолік такої технології в тому, що протягом спостережень

усієї мережі пунктів (під час вимірювання на пункті і навіть під час

транспортування чи перенесення приладу з пункту на пункт) обов'язковим е

зв'язок хоча б із чотирма супутниками СР8. Тому цю технологію немож-

ливо застосувати на територіях із високими забудовами, у лісі. Рух під дере-

вами, мостами перериває вимірювання. Якщо з'являється повідомлення про

втрату захоплення сигналів і, у результаті, захопленні менше чотирьох су-

путників, потрібно заново почати ланку спостережень. Тому цей метод мож-

на застосувати тільки на відкритій місцевості, не зарослій і незабудованій.

Ініціалізацію можна виконувати одним із трьох способів:

1. Приблизно 25-ти хвилинне статичне вимірювання довільної бази. Це

виконується до початку вимірювання. Мінімум два приймачі

виконують статичне вимірювання на двох довільних пунктах, а далі

рухомий приймач виконує мобільну частину. Такий спосіб ініціалі-

зації називають ще режим "швидка статика".

2. Встановлення станції на точці з відомими координатами або відомим

вектором між двома точками. Виконується вимірювання статично

протягом 5-10 хв.

3. Статичне вимірювання із заміною антен. Обидва приймачі виконують

вимірювання статично протягом 5 хв., а далі в приймачах заміню-

ються антени, і продовжуються спостереження ще біля 5 хв. Точність

визначення координат точок в режимі "стій/йди" рівна

-2 см ±

ррм.

Метод застосовується для знімання відкритих територій, доріг,

трубопроводів та інших споруд лінійного типу. Метод успішно працює для

малих віддалей між точками знімання. Він найшвидший і найекономніший;

для спостережень потрібно лише 4 супутники, виконується на будь-якому

транспорті, або пішки. Недоліки - сигнали від чотирьох супутників не

повинні перериватися.

322

III. 2.5. Вибір проміжку часу та параметри місіі під час

спостереження в режимі "стій/йди" ("зіор апсі до")

Для успішного вимірювання в режимі "стій/йди" необхідно пра-

цювати в межах вікна з добрим розташуванням супутників. Необхідно ви-

брати вікно, за можливістю, з максимальною кількістю супутників; чим

більше супутників, тим менше втрат захоплення сигналу. Треба намагатися

вибрати вікна, у межах яких супутники знаходяться на прийнятих висотах

над обрієм; високо розташовані супутники будуть добре прийматись

приймачем, отже, буде менше втрат захоплень сигналу (див. табл. Ш.2.2)

Таблиця ІІ1.2.2

Вікно

Кількість супутників, їх висота над

горизонтом, ОйОР

Добре вікно

5 або більше супутників, висота >20°, СЮОР < 5

Використовувати можна,

але не рекомендується

4 супутники, вище 15°, СИОР < 8

Не слід використовувати

4 супутники, СООР > 8

Використовувати

неможливо

3 супутники, або менше

Під час роботи в режимі "стій/йди" можна використовувати статичну

місію 8Т8 ОеїаиК (Місія статичного знімання за замовчуванням). Проте

можна створити спеціальну місію для роботи в режимі "стій/йди" для

референцної станції і для мобільної станції. У референцному приймачі

повинні бути встановлений режим роботи "статика" (8Т8), а в мобільному -

"стій/йди" (808). В обох приймачах повинен бути встановлений ущільнений

режим збору даних ("СОМРАСТЕО"). Дискретність запису даних повинна

бути однакова на обох приймачах. Під час вибору дискретності запису

даних варто враховувати ємність записуючих пристроїв на референцній

станції, а також тривалість перебування на точці, де встановлений мобіль-

ний приймач. У більшості випадків дискретність запису даних вибирають

рівною 3,4 або 5 секунд (див. табл. ІІІ.2.3).

Таблиця Ш.2.3

Параметри

Референцна

станція

Мобільна

станція

Працездатність/частота Ь

АІІТО АОТО

Мінімальна висота супутника над

горизонтом

15° 15°

Режим роботи

"статика" (8Т5)

"стій/йди" (80$)

Ущільнений, вибірковий режим

запису даних

ущільнений

Дискретність реєстрації даних

5 секунд

323

III.2.6. Визначення координат методом "швидкої статики"

Статичний метод - це класичний метод ОР8-знімання, який викорис-

товується на довгих лініях. Спостереження можуть тривати декілька годин.

На коротких лініях, під час нормальних умов для роботи, час

спостережень може бути значно зменшеним - до 5-10 хвилин. Звідси термін

"швидка статика". Таким чином, для "швидкої статики" час спостережень

скорочується до проміжків часу близьких до методу "стій/йди".

Проте, під час "швидкої статики" мобільна станція залишається на

пункті 5-10 хвилин. Потім вона виключається і переміщується на наступну

точку. Під час знімання в режимі "стій/йди" мобільна станція залишається

включеною, а захоплення супутників обов'язково зберігається також під час

переміщення приймача з точки на точку. У цьому суттєва різниця між

"швидкою статикою" та методикою "стій/йди".

З іншої точки зору "швидка статика" є різновидністю статичного

методу. Для "швидкої статики" особливо необхідно, щоб іоносферні збу-

рення були більш-менш ідентичними для двох точок стояння. Для всіх СРЗ-

вимірювань і, особливо, для "швидкої статики" потрібно намагатися міні-

мізувати довжини базисних ліній. Для надто короткого часу спостережень,

поганого геометричного фактору (ОБОР) або інтенсивних іоносферних

збурень можлива така ситуація, коли програмне забезпечення під час пост-

обробки розв'яже неоднозначність, але результати будуть спотворені, і

суттєво відрізнятимуться від технічних характеристик приймачів. Під час

вимірювання "швидкою статикою", як і в попередніх технологіях, щонай-

менше працює два приймачі. Один - встановлений на пункті відносності,

другий переміщується з пункту на пункт. Технологія вимагає однократного

вимірювання на кожному визначуваному пункті, проте вимірювання за цією

технологією потрібно виконувати тільки двочастотними приймачами. Ця

технологія запропонована в 1992 році фірмою "ТгітЬІе". фірма створила

відповідну програму, у якій запропоновано новий алгоритм виключення

багатозначності під час фазового вимірювання. Суттєвою перевагою цієї

технології є швидке визначення неоднозначності під час використання

комбінації кодового і фазового вимірювання. Під час виконання вимірю-

вання цей метод вимагає оптимальної конфігурації супутників.

У таблиці ІІІ.2.4 подано рекомендовану тривалість спостережень і

довжини базисних ліній.

Таблиця ІІІ.2.4

Орієнтовна тривалість і довжина баз для "швидкої статики"

Кількість супутників

СВОР< 8

Наближена довжина

базисних ліній (км)

Приблизний час

спостережень

Кількість супутників

СВОР< 8

Наближена довжина

базисних ліній (км)

вдень (хв.)

вночі (хв.)

4 і більше

до 5

5-10

5 __

4 і більше

5-10

10-20

5-10

5 і більше

10-15

більше 20

5-20 3

324

111.2.7. Технологія псевдо-статична, псевдокінематична,

реокупаційна (Кеоссираііоп)

Ця технологія усуває недоліки методики "стій/йди". Вона базується

на подвійному ОР8-вимірюванні на кожному пункті, що визначається, не

вимагає, як технологія "стій/йди", постійного безперервного зв'язку із

супутниками під час транспортування приймачів із пункту на пункт.

Під час вимірювання бере участь щонайменше два приймачі. Може

одночасно працювати декілька рухомих приймачів. Тоді потрібно

розраховувати маршрути так, щоб усі приймачі переміщались приблизно

одночасно, тому що всі рухомі приймачі повинні починати спостереження

на нових пунктах (після переміщення) одночасно. Весь маршрут кожний

рухомий приймач повинен пройти за 2 години. Вимірювання на кожному

пункті триває біля 10-15 хвилин. На останньому пункті маршруту, що

визначається, чекаємо 1-2 години на зміну конфігурації супутників, і заново

виконуємо спостереження ОРЗ на кожному визначуваному пункті

(реокупація) в оберненій послідовності. Це подвійне вимірювання на

кожному пункті замінює процес ініціалізації. Точність визначення вектора

довжиною до 10 км цим методом під час застосування високоточних,

двочастотних приймачів є такою: довжина вектора 3 см ± 2 * 10"

3, переви-

щення кінців вектора 4 см ± 2 х Ю~

Перевага цієї технології в тому, що вона не потребує зв'язку із

супутниками під час транспортування приладів; недоліки - необхідність

подвійного встановлення приймачів на тих самих пунктах та необхідність

одночасного спостереження не менше п'яти супутників.

111.2.8. Робота в режимі "кінематика"

Робота в режимі "кінематика" аналогічна до режиму "стій/йди". Вона

складається із двох частин:

1. Частини ініціалізації, яка необхідна для того, щоб розв'язати

початкові неоднозначності під час пост-польової обробки, виконаній

за допомогою програмного забезпечення 8КІ.

2. Мобільної частини, у рамках якої розв'язання неоднозначності

вносяться в програмне забезпечення ЗКІ.

Розбіжностями між режимами "кінематика" і "стій/йди", по-перше, є

те, що під час мобільної частини в режимі "стій/йди" вимірювання відно-

сяться тільки до реальних точок на місцевості, а під час мобільної частини в

режимі "кінематика" вимірювання відносяться до визначених моментів часу;

по-друге, як уже зазначалось, у режимі "кінематика" мобільний приймач

рухається безперервно, а в режимі "стій/йди" мобільний приймач зупи-

няється.

Ініціалізація та наступна за нею мобільна частина називаються

ланками режиму "кінематика".

325

Ініціалізація являє собою необхідний процес. Неоднозначності

повинні бути розв'язані в процесі пост-опрацювання за допомогою

програмного забезпечення ЗКІ. Тільки після цього значення знайдених

неоднозначностей будуть послідовно передаватися вперед за допомогою

8КІ у мобільну частину ланки.

Ініціалізація може бути виконана шляхом використання:

1. Режиму "швидка статика";

2. Встановленням станції на точці з відомими координатами.

На мобільній ділянці ланки повинно спостерігатися не менше 4

супутників. Якщо кількість супутників менше 4, через утрату захоплення

сигналу або розташування супутників, 5КІ не може передавати вперед

значення неоднозначностей, і ланка буде перервана.

Значення ОБОР не повинне перевищувати 8, якщо результати по

точності повинні досягати значень, зазначених у технічних характеристиках.

Бажано, щоб значення ОБОР було рівним або менше 5.

Для досягнення високоточних результатів визначень координат в

режимі "кінематика" необхідно виконувати вимірювання в максимально

сприятливих вікнах розміщення супутників.

Таблиця ИІ.2.5

Вибір вікон для спостережень у режимі "кінематика".

Вікно

Кількість супутників, їх висота над

горизонтом, СИОР

Добре вікно

5 і більше супутників, висота за

можливістю більше 20°, СООР < 5

Можна використовувати,

але не рекомендується

4 супутники, супутники вище 15°,

ОБОР < 8

Не рекомендується

використовувати

4 супутники, СООР > 8

Використовувати не можна

3 супутники або менше

III. 2.9. Робота в режимі "кінематика в польоті"

Визначення координат в режимі "Кінематика в польоті" (КВП)

забезпечують отримання траєкторії руху сенсора без необхідності виконання

статичної ініціалізації. Сенсор може безперервно рухатись, починаючи з

першої епохи спостережень.

Ланка вимірювання в режимі КВП складається тільки з мобільної

(рухомої) частини. У цьому режимі може бути досягнутий такий самий

рівень точності визначення координат, як і в режимі "кінематика". Для цього

необхідно:

• під час першої епохи спостережень захопити не менше 5-ти су-

путників;

• повинно бути невелике значення коефіцієнта СООР;

326

• відсутність пропуску циклів або зникнення сигналу під час перших

200 секунд спостережень в ланці;

• максимальна відстань між референцною і мобільною станціями

повинна зберігатись на рівні не менше 5 км.

Значення неоднозначностей будуть передаватись вперед по ланці

КВП до того часу, поки будуть спостерігатись не менше 4-х супутників без

втрати. Як тільки кількість супутників стане менше 4-х, необхідно буде ще

200 секунд спостережень не менше 5-ти супутників без їх втрати.

Програма для опрацювання ОР5-вимірювання буде виконувати

опрацювання результатів у 2 етапи:

На 1-му етапі неоднозначність буде розв'язуватися після перших 200

секунд реєстрації даних. Після цього вирішені неоднозначності передаються

вперед протягом часу спостереження не менше 4-х супутників.

На 2-му етапі вирішені неоднозначності передаються назад на

початок ланки, що забезпечує отримання високоточних результатів

визначення координат для першої епохи під час руху вперед.

Метод КВП рекомендується застосовувати в тих випадках, коли

ініціалізацію в статичних умовах важко виконати, або під час визначення

координат із рухомих об'єктів.

Для досягнення високоточних результатів визначень координат в

режимі "Кінематика в польоті" необхідно виконувати вимірювання в макси-

мально добрих вікнах розташування супутників, поданих в таблиці ІІІ.2.5.

111.2.10. Технологія диференційного ООРЗ-вимірювання (ОііїегепііаІ

вРЗ)

Ця технологія спочатку опиралась тільки на навігаційні кодові

вимірювання псевдовіддалей, які виконувалися з розривами в часі. В останні

роки в цій технології почали застосовувати також фазові вимірювання й

опрацювання вимірів типу "разІ-ргосе85Іп§". Суттєвим в цій новітній

технології є те, що базова станція передає до рухомого приймача поправки,

які використовуються цим приймачем для уточнення свого положення

(координат).

Сучасна диференційна технологія передбачає наявність базової

станції, яка стаціонарно, цілодобово працює на пункті з високоточно

визначеними координатами і визначає певні систематичні похибки. Якраз

такі дані, як поправки, передаються до рухомих приймачів. Це дозволяє в

реальному часі визначати точні результати (координати) рухомого

приймача.

Зауважимо, що під час цього методу користувач може мати тільки

один приймач, оскільки роль другого приймача виконує базова, стаціонарна

станція.

Для диференційних технологій використовують спеціально обладнані

приймачі, які мають підтримувати безперервний зв'язок із базовою стан-

327

цією. Деякі із цих приймачів, що забезпечують метрову точність визначення

координат, мають масу менше 1 кг, а розміри їх такі, що вони поміщаються

на долоні.

Точність вимірювання ИСР5, що базується тільки на кодових

вимірюваннях, складає 2-2 м. Така точність є достатня для навігаційн

Их

цілей, а також для виклику міліції (поліції), швидкої допомоги, пожежників

автотранспорту тощо. На цій засаді працюють також морські та авіаційні

системи.

III.3. Побудова державних геодезичних мереж (ДГМ)

супутниковими методами

111.3.1. Загальні відомості про побудову ДГМ супутниковими

методами

Керівний технічний документ (КТД) побудови державної геодезичної

мережі (ДГМ) супутниковими методами створений у відповідності з

діючими "Основними положеннями створення ДГМ України". ДГМ - це

сукупність пунктів, рівномірно розташованих на території країни й закріпле-

них на місцевості спеціальними центрами, які забезпечують їхнє збереження

та стійкість у плановому та висотному відношенні протягом тривалого часу.

Складовими частинами ДГМ є планова й висотна геодезичні мережі,

пункти яких повинні бути суміщені або мати між собою надійний геоде-

зичний зв'язок.

Державні геодезичні планові та висотні мережі створювались окремо

класичними, до того ж принципово різними методами.

Просторові ДГМ також створюються в інтересах господарської діяль-

ності, науки та оборони країни для вирішення наступних основних задач:

• встановлення єдиної системи координат на території всієї країни;

• забезпечення картографування країни, акваторій морів та внутрішніх

водойм;

• вивчення природних ресурсів та ведення державних кадастрів;

• забезпечення вихідними даними засобів наземної, морської й аеро-

космічної навігації, аерокосмічного моніторингу навколишнього

середовища;

• вивчення фігури й гравітаційного поля Землі та їх змін у часі;

• вивчення геодинамічних явищ та рухів земної поверхні;

• вивчення зон деформацій земної поверхні для складання карт

загального сейсмічного районування;

• вивчення руху полюсів та нерівномірності обертання Землі;

• метрологічне забезпечення високоточних технічних засобів визна-

чення розташування й орієнтування.

Супутникові методи дозволяють створювати просторові (планові

та висотні) мережі одночасно. Надалі будемо розглядати тільки просторові

мережі, що створюються супутниковими методами [25,26].

У світовій практиці супутникові просторові мережі прийнято поді-

ляти на:

• глобальні;

• континентальні;

• національні;

• регіональні;

• локальні.

329