Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ

Подождите немного. Документ загружается.

Эти

12-канал

ыше приемники имеют малый

вес и

разме-

ры

дешевле примерно

в 1,5

раза основных геодезических

приемников.

Они

работают

в RTK с

дифференциальными

поправками

от ГСС,

радиомаяков

системах WAAS,

OmniSTAR,

LandSTAR и

других. Приёмники этих серий

могут принимать информацию

при

большом удалении

от

базовых станций

как в

кодовом режиме

(с

метровой точно-

стью),

так и с

обработкой фазы

(с

дециметровой точностью)

в форматах дифференциальных поправок

Pro XRS,

RTCM

SC-104.

Наблюдения должны проводится

не

менее

чем по

спутникам

при

значении

PDOP не

более

б,

отношении

сштшл/шум лучите

6, при

углах возвышения

НС

выше

15°.

RTK

работа такими приёмниками выполняется

кон-

троллером

соответствующим программным обеспечением.

Для тюлевых работ существует несколько типов

ПО,

обра-

батывающих результаты позицирования малыми дифферен-

циальными приёмниками, например,

Asset Surveyor для

кон-

троллера

TSC1 и др.

Кроме того

системы

GPS Pathfinder

включают

себя

ПО

PaUifimier

Office, позволяющие проводить планирование,

обработку, редактирование

экспорт полученных данных.

2 8.

Плакирование

проведение измерений

Планирование геодезических работ

при

использовании

GPS

приемников преследует

две

основные цели: выбор мес-

тоположения

на

объекте опорных

определяемых пунктов*

составление графика

программы наблюдений

на

конкрет-

ные

дни с

уметом радиовидимости

геометрии расположе-

ния навигационных спутников.

Планирование геодезических работ начинают

изучения

технического задания,

котором регламентируются содер-

жание, основные технические условия, сроки, объем

и за-

траты

на

проведение работ. Уточняются назначение

требо-

вания

точности проектируемого геодезического построе-

ния

на

объекте, система координат

высот.

Проводится сбор материалов гопографогеодезической

обеспеченности данной территории, используя данные

и ар-

хивы территориальной инспекции Госгеонадзора, городских

и районных отделов управлений

по

градостроительству

архитектуре, земельных комитетов, маркшейдерских

и про-

ектных отделов промпредприяткй. Собираются и анализи-

руются данные по существующим пунктам ОГС, их состоя-

нию,

делаются выписки координат и высо') ш каталогов с

указанием года сдачи сети в эксплуатацию, данные оценки

точности по материалам уравнивания. Получают топографи-

ческие карты крупного масштаба или планы, содержащие

изображение всей территории района работ.

На топографической карте (планах) наносят существую-

щие пункты ОГС, которые могут быть использованы в дан-

ном проекте. Анализируется их состояние, выбираются опор-

ные (базовые) пункты с хорошими условиями для GPS на-

блюдений, относительно которых будут проводиться опре-

деления новых пунктов. По карте проектируются новые пунк-

ты с учетом возможности перемещений (подъезда на авто-

транспорте), отсутствия препятствий и других ограничений

для работы приемника, возможностей длительной сохранно-

сти пункта. Таким образом, на карте наносится местополо-

жение опорных (базовых) и вновь определяемых пунктов, а

также базовых линий проектируемого геодезического по-

строения. Выбираются и обосновываются типы центров для

закрепления пунктов на объекте в соответствии с действую-

щими инструкциями [10

—

12].

При развитии ОГС следует проектировать вектора базо-

вых линий так, чтобы они образовывали построение фигур

трилатерации, замкнутые ходы или их сочетание. Это обес-

печит контроль по невязкам и повышение точности при об-

работке. Два приемника на исходных пунктах и один на

определяемом дают базовые линии, образующие треуголь-

ник векторов.

Графики наблюдений составляются на основании количе-

ства наблюдаемых НС, геометрического фактора их распо-

ложения на период выполнения работ, а также высоты их

прохождения над горизонтом. Для этого используют альма-

нах спутников, который получают через приемник, обраба-

тывают на соответствующем программном обеспечении. Вы-

бираются благоприятные даты и время наблюдений.

Альманах навигационных спутников — информационный

файл спутников, передаваемый в радионавигационном сооб-

щении совместно со спутниковым сигналом, содержащий

приближенные эфемериды всех работающих спутников. Дан-

ные альманаха обновляются в GPS ежедневно и передаются

с каждого

НС

примерно через

12,5

мин. Альманах содержит

также информацию

состоянии («здоровье») спутников.

Если информация

об

отказах

или

неисправности вошла

альманах

на

конкретный

НС, то

приемник автоматически

не

будет отслеживать

принимать

его

сигналы.

Период обращения

НС по

орбите равен половине звезд-

ных суток, поэтому появление спутника

одно

и то же

вре-

мя суток повторяется

точностью

до

минут. Сохраняется

PDOP

созвездия

НС.

Альманах действителен

течение дли-

тельного времени

(до

месяца

более), однако

он

должен

уточняться через несколько суток,

так как

могут появиться

новые

НС, а

некоторые

из

включенных

проект окажутся

исключенными

из

рабочего альманаха.

Альманах, полученный приемником, записывается авто-

матически

в его

память.

дальнейшем

он

обрабатывается

программном обеспечении компьютера, поэтому альманах

нужно экспортировать

компьютер.

Для

обработки полу-

ченного альманаха следует ввести дату, время

приближен-

ные координаты района работ

(с

точностью

до 15 км или

минут

по

широте).

В спутниковых системах применяется всемирное коорди-

нированное время

UTC. На

территории Российской Феде-

рации используется местное время

Г,

которое связано

с UTC

формулами:

= UTC + N + 1

•

= UTC + N + 2

, (2.19)

где

—

местное летнее время, действующее

апреля

по

октябрь

границах крайних

дат,

публикуемых ежегодно;

—

местное зимнее время;

N —

номер часового пояса

= 4 для

областей Урала).

Разница между

UTC и

местным временем составляет

для

областей Урала

пределах действия зимнего времени

и 6

—

летнего.

Обработка альманаха дает

на

выходе количество видимых

спутников

на

проектируемую дату,

их

высоту

над

горизон-

том, азимут, коэффициенты геометрического влияния

PDOP.

Отбраковка спутников

для

вычисления

PDOP

проводится

по

углу наклона

над

горизонтом.

соответствии

инструкцией

[11] высота

НС над

горизонтом

не

должна быть меньше

15°.

В приемниках

Trimble

по

умолчанию отбраковываются

НС

с высотой менее

15° для

работ

постобработкой

менее

13°

для работ

в RTK.

Предельное значение коэффициента

PDOP

зависит

от

требуемой точности определения координат нового

пункта.

Для

достижения сантиметровой точности требуется

PDOP < 4, а для

топографических съемок достаточен

PDOP < 6.

Предел допустимого

PDOP

(маску

по PDOP)

устанавливают

приемнике перед началом измерений.

По ма-

териалам обработки альманаха выбирается наиболее благо-

приятное время

для

наблюдений:

оно

имеет

5 и

более наблю-

даемых спутников

минимальным коэффициентом

PDOP.

На запроектированных пунктах

ограниченным обзором

небосвода из-за наличия препятствий время наблюдений уточ-

няется.

Для

этого

карты снимаются границы

верх препят-

ствия.

По карте (плану)

запроектированной точки наблюде-

ний измеряется транспортиром азимут

на

крайние точки гра-

ниц препятствия

вычисляется угол наклона

на

верх пре-

пятствия

по

формуле:

= arc/g~ , (2.20)

где

h —

высота препятствия, полученная

по

условным

обозначениям

надписям

на

карте (плане);

d —

расстояние

до препятствия.

Составляется полярная диаграмма видимости небосвода.

Важно нанесение

на нее

препятствий

углом наклона

над

горизонтом больше

. На

диаграмму наносят также поло-

жения спутников

указанием времени

их

появления

в за-

крытой препятствиями зоне. Диаграмму можно получить

на

основе программного обеспечения (например,

Plan,

Trimble).

Это время исключается

из

программы работ

на

всех пунк-

тах, участвующих

планируемом сеансе наблюдений.

Программное обеспечение

Plan,

Trimble

позволяет

вы-

вести

на

экран следующие графики:

Elevation —

углы

на-

клона (возвышения) спутников

GPS над

горизонтом

в те-

чение суток

или

заданного интервала времени;

PDOP,

HDOP,

VDOP

—

коэффициенты снижения точности, выз-

ванные геометрией созвездия,

на те же

моменты времени;

Sky

Plot —

траектории

НС на

небесном своде

над

заданной

точкой; диаграмму препятствий

на

пунктах.

Составляется рабочая программа наблюдений на конкрет-

ные даты с учетом одновременно работающих приемников

на опорном (базовом) и определяемых пунктах. Показыва-

ются все проектируемые связи базового и передвижного при-

емников, время работы на пунктах, маршруты перемещения

приемников. Исходя из требований точности выбирается

метод измерений (статика, быстрая статика, «Stop and Go»,

RTK),

тип приемников, примерная продолжительность се-

ансов наблюдений, их количество.

Измерения в режиме реального времени (RTK) необхо-

димо дополнительно обеспечить связью между базовым и

определяемым пунктом, программным обеспечением RTK и

полевым компьютером.

Разработанный проект уточняется при рекогносцировке и

обследовании существующих пунктов ОГС. При этом следу-

ет максимально использовать пункты ранее созданных се-

тей,

однако наличие на существующих пунктах металличе-

ских и деревянных сигналов и пирамид нежелательно. Они

создают дополнительные помехи и экранирующие препят-

ствия для приема спутниковых сигналов. При обязательном

использовании в программе работ такого пункта проектиру-

ется внецентренная установка приемника на рабочей точке и

ее геодезическая привязка к центру пункта. В некоторых

случаях наружный сигнал разбирают.

При рекогносцировке уточняются места закладки новых

пунктов, типы центров. При использовании стенных знаков

на застроенных территориях выбирается рабочий центр, с

которого обеспечиваются требования для спутникового по-

зицирования. После рекогносцировки и обследования пунк-

тов можно скорректировать программу измерений с исполь-

зованием того же модуля планирования.

Проектируемая продолжительность наблюдений зависит от

требований точности, длины базовой линии и применяемого

приемника. Удлинение времени наблюдений вызвано необхо-

димостью полного разрешения неоднозначности фазовых из-

мерений. Для двухчастотных приемников разрешение неодно-

значности осуществляется в течение 10—15 минут даже на

длинных базах. Для одночастотных приемников этого време-

ни может оказаться достаточно лишь на коротких базах до

1 км. На длинных базовых линиях разрешение неоднознач-

ности требует длительных наблюдений в течение 1 часа и бо-

лее (табл.

2.1). При

этом минимальная продолжительность

проектируется лишь

режиме быстрой статики.

Таблица

2.1

Проектируемое время наблюдений

Длина базовой линии,

км

Продолжительность сессии,

мин.

0,1...1,0

10...30

1,1...5,0

20...60

5,1...10,0

20...90

10,1...30,1

30... 120

Большая продолжительность наблюдений позволяет

по-

высить точность координат определяемого пункта.

При вы-

соких требованиях

точности измерения планируют

в не-

сколько сессий (приемов), включая повторные измерения

возвращением

на

определяемый пункт.

Перед полевыми работами необходимо обеспечить комп-

лектность

проверить работоспособность приборов:

два или

три приемника, соответствующие

им

штативы, подставки

(трегеры), оптические центриры, измерители высоты антен-

ны,

полевой компьютер (контроллер)

программным обес-

печением. Уровни

оптический центрир должны быть пове-

рены

отъюстированы, подготовлены батареи питания,

для аккумуляторных

—

проведена

их

зарядка.

При проведении измерений один

или

несколько приёмни-

ков устанавливают

на

пунктах

известными координатами,

один

или

несколько

— на

определяемых.

Антенна

или

приёмник

вмонтированной антенной уста-

навливается

на

подставку

на

штативе, которая должна быть

отцентрирована

по

оптическому центриру. Антенны

на

пунк-

тах сети рекомендуется ориентировать

одном направлении,

это снижает влияние смещения

их

фазового центра.

Так,

при установке антенны

её

риска должна быть сориентирова-

на

север. Высота антенны

над

маркой центра пункта

из-

меряется дважды

(до и

после наблюдений).

До

включения

приёмника надо проверить уровень заряда аккумулятора

подключить контроллер, если измерения будут выполнять-

ся

контроллером. После включения появляется главное

меню контроллера.

Проводятся рабочие установки,

помощью которых ком-

понуются действия

для

программы измерений. Рабочие

установки

—

миссии

(mission)

могут быть сформированы

камеральных условиях, особенно

для

выполнения однотип-

ных наблюдений,

полевых условиях

при

необходимости

их можно скорректировать. Рабочие установки содержат

набор параметров, используемых

при

спутниковых опреде-

лениях приёмником: режим работы, предельные значения

(маски) угла возвышения

НС, PDOP,

соотношения сигнал/

шум, интервал регистрации данных

другие. Интервал

ре-

гистрации спутникового сигнала (дискретность) устанавли-

вается

пределах

1...15

секунд. Более короткий интервал

приводит

записи

файлы измерений большого объёма избы-

точной информации

и к

нерациональному расходованию

па-

мяти приёмника. Интервал записи

на

rover-приёмнике ста-

вят равным

или в

целое число

раз

превышающем интервал

записи referens-приёмника.

С клавиатуры контроллера вводится информация

точке

стояния. Сведения

пунктах местности, подлежащих пози-

цированию, можно также ввести заранее

проекте спутни-

ковых определений. После включения осуществляется авто-

матический запуск работы приёмника.

Автоматически проводится захват сигналов

НС и

инициа-

лизация приёмника.

многоканальных приёмниках наблю-

даются

все

видимые

или

определенные альманахом спутни-

ки.

Инициализация

—

процесс предварительного разреше-

ния неоднозначности фазовых измерений

при

включении

приёмника. Признаком завершения инициализации являет-

ся приём сигналов

от

достаточного числа спутников, появле-

ние допустимого значения

PDOP на

дисплее контроллера.

Инициализация выполняется

одночастотных приёмниках

в течение примерно

минут. Продолжительность сеанса

измерений

на

определяемом пункте зависит

от

длины базо-

вой линии

требуемой точности работ. Сеанс, непрерывную

регистрацию сигналов

НС,

называют также сессией

(session)

спутниковых наблюдений. Сессия будет завершена, если

течение установленного времени

не

было сбоев,

показания

PDOP

оставались

допуске.

При

высоких требованиях

точности работа

на

станции проводится

несколько сессий.

Контролировать

ход

сессии можно

помощью контроллера

или панели управления

(см. рис. 2.7).

Результаты наблюде-

ний автоматически записываются

сохраняются

памяти

приёмника.

Если

наблюдениях

на

пункте произошли сбои

или ка-

кой-то параметр вышел

за

пределы допуска, время позици-

рования увеличивают.

исключительных случаях исполь-

зуют метод реокупации, состоящий

возвращении

на

проб-

лемный пункт.

При

этом общее время наблюдения можно

разбить

на два или

несколько этапов сессии, которая будет

осуществлена

на

пункте

перерывом.

По окончании наблюдений следует проверить запись

на-

звания пункта,

его

обозначение

файле. Записывают высо-

ту антенны, время начала

окончания сессии, номер приём-

ника, исполнителя, необходимые примечания. Станцию сво-

рачивают

перемещаются

на

следующую определяемую точ-

ку. Опорная станция продолжает работать, пока

все

опреде-

ляемые относительно

её

пункты

не

будут отнаблюдены. Про-

ектом определяется последовательность перемещения

по оп-

ределяемым пунктам rover-приёмника.

первую очередь

определяют вектора базовых линий, входящих

замкнутые

ходы

фигуры трилатерации.

Допускается внецентренная установка приёмника

на су-

ществующие

вновь определяемые пункты,

а при

закрепле-

нии

их

стенными центрами

—

установка приёмника

на

рабо-

чий центр. Если закреплённый рабочий центр расположен

неудачно

для

спутниковых наблюдений,

его

выбирают вновь.

Точки внецентренной установки привязывают

основному

центру пункта дополнительными геодезическими измере-

ниями

контролем.

Внецентренная установка приёмника применяется, если

на

пункте имеются металлический сигнал

другие препятствия

для спутниковых наблюдений. Передачу координат

пункта

ОГС

на

внецентренную точку проще всего выполнить метода-

ми обратной линейно-угловой

полярной засечки

измере-

нием электронным тахеометром углов

расстояний.

После наблюдения всех определяемых пунктов

referens-

и rover-приёмники выключают.

Их

файлы наблюдений

пе-

редают

в ПК в

проект

для

совместной обработки.

Проведение измерений методом «Stop

and Go»

требует

дополнительной организации работ,

так как оба

приёмника,

базовый

передвижной, должны непрерывно принимать

сигналы

от

четырех

более

НС с

допустимым

PDOP.

Базо-

вый приёмник устанавливается на пункт, который будет ис-

ходным в данных измерениях, а подвижный можно закре-

пить на специальной вехе. В приёмник загружают режим

«Stop and Go», его параметры работы, прибор устанавлива-

ют на первом определяемом пункте.

Инициализацию проводят оба приёмника, затем

rover-

приёмник, включенный и инициализированный, перевозят

и устанавливают для наблюдений во все определяемые пунк-

ты.

Поскольку новая инициализация на каждом пункте не

требуется, наблюдения проходят быстро. Для контроля ре-

комендуется в наблюдения rover-приёмником включать пунк-

ты с известными координатами. Если сигнал от спутника

потерян из-за экранирования местными предметами или при

передвижении произошел скачок фазы, необходимо остать-

ся на пункте и повторить инициализацию этого приёмника.

Затем продолжать определение новых пунктов. Все переме-

щения и особенности наблюдений фиксируют в журнале из-

мерений. Рекомендуется реокупация на пункт инициализа-

ции rover-приёмника в течение часа.

Режим «Stop and Go» применяют в тех случаях, когда

при перемещениях с пункта на пункт на объекте не возника-

ют препятствия для радиосигналов от наблюдаемых спутни-

ков.

Поэтому он распространен на малых площадях, когда

определяемые точки расположены недалеко друг от друга:

при съёмке пикетов, при определении координат поворот-

ных точек границ небольших земельных участков.

2.9. Обработка результатов

спутниковых измерений

Результаты спутниковых наблюдений передаются с при-

емника или его контроллера на компьютер для постобработ-

ки.

Постобработка информации, полученной приемниками

от НС, проводится в два этапа: предварительная обработка

и уравнивание геодезического построения (окончательная

обработка).

Предварительная обработка включает: обработку файлов

спутниковых наблюдений, оперативный контроль и оценку

качества выполненных построений, выявление пунктов, на

которых необходимо повторить наблюдения, подготовку дан-

ных для уравнивания.

Окончательная обработка включает совместное уравнива-

ние измерений

на

пунктах объекта

на

основе метода наи-

меньших квадратов, вычисление уравненных координат пунк-

тов

оценкой

их

точности, преобразование

требуемую

си-

стему координат.

В настоящее время применяется широкий арсенал программ-

ных средств

для

постобработки спутниковых измерений:

Trimble

Geomatics

Office,

Spectrum Survey

(Sokkia),

Aschtech

Solutions,

PACK

(Thales), Geo

Office

(Leica),

SKI и

дру-

гие.

Проведена определенная унификация, позволяющая

об-

рабатывать разными программами информацию большинства

типов приемников.

Для

этого применяются специальные уни-

версальные форматы: данных измерений

—

RINEX

(Receiver

Independent Exchange),

представления данных

в ПО

— SINEX

(Software

Independent Exchange).

Современные программные

пакеты поддерживают экспорт данных

универсальных фор-

матах. Например, пакет

Trimble

Geomatics

Office может при-

нимать

обрабатывать GPS-данные приемников

форматах

Trimble

RINEX; пакет

PACK

— в

форматах

Thales и

RINEX. Формат RINEX

не

зависит

от

конкретного приемни-

ка

унифицирует форматы файлов GPS-измерений, метео-

данных, навигационных сообщений.

Большинство программ обработки спутниковых геодези-

ческих измерений содержат следующие основные модули:

— планирование измерений

на

основе обработки альма-

наха

НС и

данных

препятствиях

на

пунктах объекта;

— передача результатов измерений

приемников

в ПК

для постобработки;

— предварительная обработка, контроль качества изме-

рений;

— окончательная обработка;

— организация базы данных

сервисные функции.

Используя программное обеспечение, создают проект,

рамках которого будут вводиться данные

осуществляться

постобработка.

Модуль передачи данных предназначен

для

управления

процессом передачи результатов измерений

преобразова-

ния данных

из

компактного формата приемника

формат,

используемый

в ПО.

Информация

память приемника

за-

писана

виде файлов базовой (опорной)

передвижной стан-

ций.

Она

содержит кодовую, фазовую, эфемеридную

иную