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

Подождите немного. Документ загружается.

информацию, полученную от НС, а также данные о стан-

ции. Полевые файлы с приемников переписывают в базу

открытого для обработки проекта. В передаче данных ис-

пользуется окно ПО, корректируются названия и номера

пунктов, делаются предусмотренные программой установки.

Постобработка выполняется в соответствии с содержанием

файлов. В специально организованных окнах ПО указывает-

ся рабочая временная зона, опорные и мобильные пункты,

участвующие в обработке, вводятся координаты опорных стан-

ций. Корректируются допуски (маски), выбираются модели

учета

тропосферных и ионосферных влияний, вариант исполь-

зования эфемеридных данных. Указывается вариант обработки

«код — фаза». В обработку одновременно принимается кодо-

вая и фазовая информация сигналов, но предусмотрен выбор

только кодовых или только фазовых данных. Выбираются

частоты сигналов: LI, L2, LI + L2 — в соответствии с типом

приемников, работавших на объекте, и другие параметры.

Программа предварительной обработки запускается. Вы-

числяются пространственные координаты спутников по их

эфемеридным данным. Можно использовать точные эфеме-

риды, которые публикуются на сайтах GPS в Интернете.

После их появления обработку можно повторить, что повы-

сит точность определения координат пунктов объекта. В даль-

нейшей предварительной обработке проводится разрешение

неоднозначностей фазовых измерений и вычисляются векто-

ра базовых линий.

Чаще всего разрешение неоднозначностей проводится в

процессе вычисления векторов базовых линий в следующей

последовательности:

—

сравнение кодовых и фазовых данных приемника;

—

обработка с использованием третьих разностей фазо-

вых измерений;

—

определение вещественных значений чисел неодно-

значности и вычисление по ним вектора базовой линии из

обработки вторых разностей фазовых измерений;

—

приведение вещественных значений неоднозначностей

к целым числам, вычисление по ним вектора базовой линии

и характеристик точности (СКП вектора).

Первые разности (ПР) фазовых измерений получают при

наблюдении одного спутника двумя приемниками. Вторые

разности (BP) — разности ПР для двух спутников, изме-

ренных одновременно. Третьи разности

(TP) —

разности

BP для

двух разных эпох наблюдений,

они

позволяют

при

обработке существенно снизить влияние ряда систематиче-

ских погрешностей спутниковых измерений.

Вектор базовой линии

—

трехмерный вектор прираще-

ний координат между смежными пунктами

г и /

спутнико-

вых наблюдений, выполненных

течение одного сеанса.

Его

длина

Ь .

определяется формулой

^=A*?+A^+AZ?,

(2.21)

где

АХ , ДУ

, Д2у —

приращение пространственных

ко-

ординат.

(Зни

определяются путем совместного решения урав-

нений типа

(2.10) для

пунктов

г и / с

использованием

ПР,

TP, BP.

После вычисления векторов программа выводит

на

экран

их длину, направление

точностные характеристики (СКП).

Можно вывести

и их

графическое изображение. Большин-

ство программ позволяют обрабатывать разное число базо-

вых линий, измеренных

разных режимах (статическом,

«Stop

and Go», RTK).

Если совокупность некоторых векторов образует замкну-

тое геодезическое построение,

то по

нему вычисляется

не-

вязка

/ как

сумма приращений координат:

(ffJfJI,

(2-22)

где

Л -

1АЛГ,-;

/, = 1Д

К,;

/- =

IAZ,

По величине/судят

качестве спутниковых измерений

пределах векторного хода.

Программы предварительной обработки проводят автома-

тическую отбраковку векторов базовых линий, если

они со-

держат недопустимые погрешности.

Все это

позволяет

вы-

полнять оперативный контроль качества спутниковых наблю-

дений. Если перенаблюдать пункты

плохой базовой лини-

ей

нет

возможности,

то ее

исключают

из

окончательного

уравнивания

или

придают

ей

малый

вес.

При обработке измерений можно

ряде случаев повы-

сить точность векторов базовых линий

за

счет вариации

по-

лученной приемниками информации. Так, можно отбрако-

вать избыточные вектора, которые ухудшают точность при

последующем уравнивании, изменять в вычислениях коли-

чество НС, снижать или повышать критерии отбраковки

(маски), тем самым улучшая геометрию рабочего созвездия.

В некоторых программах предусмотрены при обработке из-

менения вариантов ионосферной модели и других внешних

влияний. Обработка может проводиться в режиме отдель-

ных базовых линий или их комбинаций для сети пунктов, а

также — нескольких сеансов наблюдений. Обработка отдель-

ных линий позволяет локализовать их вектора по величи-

нам погрешностей. Если в каком-то пункте сходятся линии с

большими погрешностями, то низкоточный пункт обнару-

живается.

Предварительная обработка измерений в режиме кинема-

тики может выполняться на контроллере или полевом ком-

пьютере с использованием специальных модулей ПО. Для

обработки RTK-режима наблюдений необходима информа-

ция с определяемого и базового приемников, а также коор-

динаты базовой (опорной) точки. Они поступают с опорной

точки по каналам линии связи и позволяют выполнить пред-

варительную обработку в поле непосредственно на точке сто-

яния приемника. Наиболее эффективны постоянно действу-

ющие GPS базовые станции, которые круглосуточно запи-

сывают в формате RINEX полученную информацию. При

отсутствии связи на приемнике пользователь может полу-

чить необходимые для обработки данные с такой станции

через Интернет. Контроль предварительной обработки ки-

нематических GPS-измерений чаще всего проводится по рас-

хождениям координат пунктов, с которых позиционирова-

ние выполнялось два или более раз, а также по контрольным

пунктам, координаты которых известны. Результаты RTK-

измерений можно подвергнуть постобработке после отбра-

ковки и уточнения данных.

Предварительная обработка позволяет установить по СКП

веса базовых линий для последующего уравнивания и вы-

числить элементы ковариационной матрицы.

Окончательная обработка материалов наблюдений вклю-

чает в себя: уравнивание полученных геодезических постро-

ений, преобразование координат в требуемую СК, оценку

точности построения по материалам уравнивания, составле-

ние каталогов,

их

экспорт

в ГИС, в

кадастровые

другие

системы.

Уравнивание выполняется после предварительной обра-

ботки

удовлетворительных результатов контроля.

Для

окон-

чательной обработки могут применяться модули

тех же

про-

граммных пакетов

(Trimble

Geomatics

Office,

Spectrum Sur-

vey,

Aschtech Solutions) или

программы уравнивания

транс-

формации координат

(Credo

DAT3

ТРАНСКОР

1) и

дру-

гие.

программах

для

окончательной обработки должны

быть предусмотрены модули: просмотр

редактирование

данных, уравнивание, преобразование координат, экспорт

сервис данных.

Просмотр

редактирование позволяет выводить

на

экран

результаты предварительной обработки

графическом

цифровом виде, редактировать перед уравниванием геомет-

рию построения, идентификаторы точек, варьировать избы-

точные измерения.

Уравнивание векторов базовых линий выполняется

по

методу наименьших квадратов

пространственной

СК,

чаще

всего

в WGS-84.

Вектора базовых линий образуют геодези-

ческую сеть. Уравнивание может выполняться свободной гео-

дезической сети, опирающейся

на

один исходный пункт,

сети несвободной, опирающейся

на

избыточное количество

пунктов

известными координатами, которые после уравни-

вания должны сохраниться неизменными.

процессе обра-

ботки определяются уравненные

по МНК

значения коорди-

нат определяемых пунктов

и их СКП,

которые сводятся

каталог

могут быть распечатаны

требуемой

для

отчета

форме.

Следует отметить,

что с

увеличением числа избыточных

измерений (число наблюдаемых спутников

5 и

более),

с ис-

пользованием избыточных исходных пунктов

при

уравнива-

нии

избыточных связей

по

базовым линиям снижаются

величины

СКП при

уравнивании,

и тем

самым повышается

точность определяемых координат. Количество избыточных

измерений вырастает также

уменьшением числа определя-

емых

при

уравнивании неизвестных. Поэтому возникает

желание

при

решении некоторых задач (например,

при оп-

ределении только плановых координат) исключить

из

урав-

нивания определение высот пунктов. Теоретически

это

воз-

можно

двух случаях:

— достаточно точно известны геодезические высоты Н

исходных и определяемых пунктов;

— все определения проводятся только в пространствен-

ной системе X, У, Z и пересчет в геодезические системы не

требуется.

На практике производство геодезических работ в РФ про-

водится в системах плоских прямоугольных геодезических

координат (СК-95) и в Балтийской системе нормальных

высот. Если при уравнивании происходит трансформация

координат из одной системы в другие по формулам перехо-

да, то в соответствии с (2.5) используются в вычислении

координат В, L и х

у геодезические высоты Я, которые

остаются неизвестными. Их замена на нормальные высоты

не учитывает аномалию высоты (см. рис. 2.3) и приведет к

грубым ошибкам обработки построения.

Преобразование координат из одной системы в другую

проводится в рамках применяемого ПО. Так, в

Credo

ТРАНС КОР можно выполнить преобразование между сис-

темами

WGS-84,

ПЗ-90, СК-42, СК-95, а также перейти в

местную из государственной системы по известным парамет-

рам связи. Все современные геодезические программные па-

кеты вычисляют данные в геоцентрических, геодезических,

государственных и местных системах координат. Если пара-

метры перехода в МСК установлены ненадежно, го в ПО

предусмотрена трансформация системы на основе пунктов

ОГС,

координаты которых известны в двух СК. Для этого

используют известные пункты, оконтуривающие зону работ.

Модуль ПО «преобразование координат» строит для этих

пунктов вектора преобразований из одной С К в другую и по

ним — изолинии преобразования. Вектора перехода в МСК

для вновь определяемых пунктов вычисляются интерполи-

рованием с использованием изолиний преобразований коор-

динат.

После выполнения преобразований координат произво-

дятся окончательные вычисления всех пунктов объекта и

формируется файл отчета, координаты в котором приводят-

ся в системе пользователя в соответствии с техническим за-

данием. Материалы обработки можно экспортировать с по-

мощью сервисного модуля ПО в ГИС, ЗИС и другие инфор-

мационные системы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

К ГЛАВЕ 2

Какие геодезические определения выполняют с исполь-

зованием спутниковых радионавигационных систем

(СРНС)? Как эти определения используются в инженер-

но-геодезическом обеспечении изысканий, проектирования

и строительства?

2. Назовите общее и различия систем ГЛОНАСС и GPS.

Какие сегменты входят в их состав?

. 3. Вычертите схему пространственной трилатерации для

абсолютных спутниковых определений. Какие геодезичес-

кие величины измеряются в этом построении? Назовите из-

вестные и определяемые параметры построения.

4. Почему в пространственной трилатерации необходимо

наблюдение не менее, чем четырех навигационных спутников?

5. Назовите основные типы геодезических спутниковых

приемников. Чем обусловлено применение в геодезических

приемниках фазового метода?

6. Пользуясь рисунком геодезического приемника TTS

5700

(см.

рис.

2.9.),

назовите основные части прибора.

7. Опишите последовательность работ на местности при

относительных геодезических определениях в статическом

режиме.

8. Опишите последовательность работ на местности мри

определениях методом «Stop and Go».

9. Что называется вектором базовой линии при относи-

тельных спутниковых определениях? На какие параметры

полевых работ оказывает влияние длина базовой линии?

10. Перечислите основные этапы математической обра-

ботки результатов спутниковых геодезических определений.

Глава 3. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННЫХ

ТАХЕОМЕТРОВ И ЛАЗЕРНЫХ

ДАЛЬНОМЕРОВ

3*1. Электронные тахеометры

Электронный тахеометр — геодезический прибор, объ-

единяющий электронный теодолит, светодальномер, регист-

рирующие и вычислительные устройства, блок памяти и пе-

редачи информации. Совмещение в одном электронном при-

боре дальномера и теодолита позволяет автоматизировать

основные геодезические операции процесса измерений и по-

лучать в течение долей секунды на дисплее прибора следую-

щие значения:

S — наклонное расстояние;

z (или v) — зенитное расстояние (или угол наклона);

р (ГУп) — горизонтальный угол (правый или левый),

отсчитанный от выбранного начального направления.

Измеренные значения S, z,

могут быть преобразованы в

р или X, У, Я, где D — горизонтальное проложение,

h — превышение, Х

}

У, Я — плановые координаты и отмет-

ка снятой точки. Для получения на дисплее D, h достаточно

нажать соответствующую функциональную клавишу прибо-

ра, а для X, У, Я необходимо войти в режим координат,

ввести координаты точки стояния и точки начального ориен-

тирования. Таким образом, геодезическая информация на

снятую точку может быть выдана на экран или записана в

память прибора в трех видах:

S, z, ft] D, К fi; X, У, Я.*

* В разных моделях электронных тахеометров могут быть раз-

ные обозначения одних и тех же величин, выводимых на дисплей.

Принятые индивидуальные обозначения будут указаны при рас-

смотрении конкретных моделей приборов.

Современный уровень оптико-электронного приборостро-

ения обеспечивает высокую точность, качество

быстроту

измерений тахеометрами, поэтому

они

получили особую

по-

пулярность, практически вытеснив

из

геодезического произ-

водства традиционные приборы. Электронные тахеометры

применяют

при

развитии опорных геодезических, межевых

и маркшейдерских сетей,

для

создания планово-высотного

обоснования, проведения тахеометрической съемки, произ-

водства геодезических разбивочных работ.

Электронные тахеометры выпускают

поставляют

на

рос-

сийский рынок многие ведущие приборостроительные компа-

нии мира: Trimble,

Sokkia, Leica,

Nikon,

Topcon,

Pentax

дру-

гие.

Распространены отечественные тахеометры типа ЗТа5

(УОМЗ), начат выпуск

их

новой модели 4Та5. Большинство

современных тахеометров измерения выполняют

на

призму

дальностью

до 1...5 км,

отражающую пленку (KODAK

Gray

Card), а

также

безотражательном режиме

Direct Reflex с

дальностью

до

70...350

метров. Основные технические харак-

теристики некоторых электронных тахеометров, распростра-

ненных

геодезических работах

РФ,

приведены

табл.

3.1.

Дальность

и СКП

измерения расстояний могут меняться

зависимости

от

атмосферных условий

фонового излучения.

Наряду

приведенными

этой таблице выпускаются высоко-

точные тахеометры

с СКП

измерения углов

l...l,5"

(TS 5601

DR,

TS 3601 DR, SET 1030 R3, NET 1200).

Прибор приводится

рабочее положение

помощью встро-

енного оптического центрира, подъемных винтов подставки,

круглого

цилиндрического уровней.

процессе измерений

дополнительно наклон вертикальной

оси

прибора отслежи-

вает двухосевой датчик

двух взаимноперпендикулярных

направлениях.

За

наклон

оси

автоматически вводятся

по-

правки

отсчеты

по

горизонтальному

вертикальному кру-

гу

каждое направление.

Следует отметить,

что

современные модели тахеометров

имеют функцию лазерного целеуказателя, позволяющую

видеть лазерный

луч при

наведении

на

точки объекта

и су-

щественно упрощать разбивочные работы. Кроме того при-

меняется приемный датчик

для

управления прибором

внеш-

него беспроводного пульта, например,

внешней клавиату-

ры

SF14.

Современные модели

SET

используют

для

дально-

мерных измерений технологию цифровой обработки сигна-

Фирма и модель

Sokkia

SET530R

СЧ|

СО

5000

10000

со

Фирма и модель

Sokkia

SET2130R

CNJ

СМ

'О

CNJ

со

5000

со

10000

со

Фирма и модель

Trimble

TS5602DR

\с

со

3000

8000

\>>

Фирма и модель

Trimble

TS3305DR

1С

СО

со

1500

1900

строк

со'

Фирма и модель

УОМЗ

со

Дальность

измерения:

1000

10000

Фирма и модель

УОМЗ

ЗТа5Р

:ииш

со

Дальность

измерения:

1000

11000

Характеристики

СКП измерения углов:

—

горизонтального, с

—

вертикального,

СКП

измерения рассто*

—

на призму, мм

—

без призмы, мм

Дальность

измерения:

—

на одну призму, м

—

без отражателя, м

Объем

памяти:

—

внутренней, точек

—

карта памяти, Мб

Вес прибора, кг

Основные

технические

характеристики

электронных

тахеометров

Таблица

3.1

лов

RED-tech (Revolutionary

Digital

Processing

Technology),

повышающую точность

скорость измерений

за

счет анало-

гово-цифровых преобразователей

выборочной оцифровки

полученного

дистанции сигнала, подбора

соответствии

условиями измерений метода вычисления расстояния

по

спе-

циальному

ПО. Для

угловых измерений используется авто-

матическая система отсчета

вертикального

горизонталь-

ного кругов.

современных моделях применяется абсолют-

ный датчик угла поворота, работающий

по

RAB-коду

(Ran-

dom

Bi-directional).

результате угловые отсчеты мгновен-

но выводятся

на

экран. Большинство электронных тахео-

метров имеют надежную защиту

от

проникновения

прибор

пыли

влаги,

что

позволяет вести качественные измерения

в неблагоприятных погодных условиях.

В качестве источника питания применяются аккумулято-

ры,

для

большинства моделей литиево-ионные малогабарит-

ные.

Аккумулятор вставляется

отсек тахеометра,

на

экра-

не отображается уровень

его

зарядки. Предусмотрено под-

ключение прибора

и к

внешним источникам питания.

Электронный тахеометр имеет внутреннюю

внешнюю

память, куда можно записать файлы исходных данных

результаты измерений. Объем внутренней памяти указыва-

ется

технических характеристиках приборов.

Он

может

быть увеличен

за

счет компактных карт памяти.

Так, в

тахео-

метре

SET530R

дополнительно устанавливается устройство

чтения

записи

на

карты флэш-памяти

в 8 или 16 Мб.

Тахео-

метр типа ЗТа5 имеет только внешнюю память

снабжен

специальным узлом сопряжения

картой памяти.

В комплект электронного тахеометра чаще всего входит

следующее оборудование:

— кабель

для

передачи исходной информации

компью-

тера

память прибора,

файлов измерений

— с

тахеометра

на компьютер

или

принтер;

— отражательная призма

визирной маркой, набор призм;

— крепление

для

системы призм;

— трегер (подставка), оптический центрир

или

адаптер

трегера

оптическим центриром;

— комплект пленочных отражателей;

— штативы;

— вехи

уровнем

для

установки призмы, подпорки

для

вехи (бипод);