Технология построения высокоточной спутниковой геодезической сети

Результаты анализа GPS приемников приведены в Таблице 1.1.

 

Таблица 1.1. Сравнительный анализ GPS оборудования.

Модель спутникового оборудования	Средняя квадратическая ошибка определения координат в  зависимости от режима измерений
	Статика	Кинематика
1	2	3
JAVAD Maxor-GGD	план 3мм + 1мм/км высота 5мм + 1,5мм/км	план 10мм + 1,5мм/км высота 15мм + 1,5мм/км
Leica GX1220	план 5мм + 0,5мм/км высота 10мм + 0,5мм/км	план 10мм + 1мм/км высота 20мм + 1мм/км
PROMARK3	план 5мм + 1мм/км высота 10мм + 2мм/км	план 12мм + 2,5мм/км высота 15мм + 2,5мм/км
SOKKIA GSR2600	план 5мм + 1мм/км высота 10мм + 1мм/км	план 10мм + 1мм/км высота 20мм + 1мм/км
TOPCON GB-1000	план 3мм + 1мм/км высота 5мм + 1,5мм/км	план 10мм + 1,5мм/км высота 15мм + 1,5мм/км
Trimble-5700	план 5мм + 0,5мм/км высота 5мм + 1мм/км	план: 10мм + 1мм/км высота 20мм + 1мм/км
Z-MAX	план 5мм + 0,5мм/км высота 10мм + 2мм/км	план 10мм + 1мм/км высота 20мм + 1мм/км

 

Указанные в обзоре характеристики свидетельствуют, что рассмотренные GPS приемники удовлетворяют требованиям по точности измерений. Для выполнения работ по созданию локальной геодезической сети в аэропорте Шереметьево использовались приемники GX1220 (двухчастотные, двенадцатиканальные) GPS SYSTEM 1200 (Leica, Швейцария) в режиме статика.

 

 

1.3. Обзор программы  для обработки GPS данных

В связи с  тем, что для выполнения работ  по созданию локальной геодезической  сети в аэропорте Шереметьево  были взяты GPS приемники Швейцарской фирмы Leica, то и для обработки полученных данных используем программу того же производителя.

В качестве такой  программы применялась «Leica Geo Office» версии 3.0 (Leica, Швейцария). На рисунке 1.2 показан ее общий вид.

Рис. 1.2. Общий вид программы LGO.

 

Leica Geo Office - это современный программный комплекс, обладающий всем необходимым для управления, визуализации, обработки, импорта и экспорта данных, собранных GPS приемниками, тахеометрами и нивелирами. В программе также поддерживается интерфейс с другими программными продуктами.

Различные графические  инструменты и другие вспомогательные функции дают возможность редактирования любой точки, линии и т.п.

Следует также отметить, что в программе реализован постоянный контроль качества на всех этапах работы для любых элементов. Если точка измерена неоднократно, то ее координаты усредняются.

Программный комплекс Leica Geo Office состоит из нескольких блоков: File, Import, View, Export и Help.

Блок File содержит возможность создания нового, открытия сохраненного, а также недавно использовавшегося проекта.

Импорт данных (блок Import) можно осуществлять с карт памяти CompactFlash, напрямую из инструментов, а также из текстовых файлов или через Интернет. Экспорт результатов вместе с кодами и атрибутами точек, линий и других объектов (блок Export) можно выполнять в любые программы CAD, GIS и другие картографические системы.

В блоке View можно настроить панели инструментов и соответствующие экраны отображения информации.

Блок Tools содержит различные компоненты управления данными проекта, системами координат, GPS антеннами, созданием кодового листа, редактор форматов, а также загрузчик обновления встроенного ПО, шаблоны для создания отчетов и другое. Основанный на HTML-формате генератор отчетов позволяет быстро настроить вид и выбрать самые необходимые данные.

Блок Help содержит помощь и описание работы программы.

В Leica Geo Office имеется полный набор библиотек и функций по определению систем координат и трансформированию из одной системы в другую: библиотеки эллипсоидов, проекций и моделей геоидов, а также шесть различных методов трансформирования. Преобразование эллипсоидальных высот в ортометрические и наоборот с использованием импортированных и пользовательских моделей геоида. Специальная возможность программного комплекса - это поддержка специфических локальных систем координат, которые основаны на параметрах преобразования WGS84 в локальную систему координат. В модуле трансформирования координат можно работать в любой системе координат: WGS84 или локальной, а также преобразовывать координаты из одной системы в другую.

Итак, в первой главе  была рассчитана требуемая точность построения геодезической основы для  выполнения работ по реконструкции  визуальных аэронавигационных средств  на аэродроме Шереметьево. Исходя из рассчитанной точности, был выбран приборный парк и программный комплекс для обработки GPS измерений.

Далее рассмотрим технологию создания высокоточной спутниковой  геодезической сети, а также проведем анализ влияния всех основных источников ошибок, свойственных спутниковым наблюдениям, и выберем наиболее оптимальную методику выполнения измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНОЙ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЕТИ

 

В процессе создания высокоточной локальной геодезической сети на аэродроме Шереметьево были рассмотрены  следующие вопросы:

• Концепция построения спутниковой геодезической сети;
• Основные источники ошибок спутниковых измерений и методы ослабления их влияния;
• Организация спутниковых наблюдений на геодезических пунктах.

 

2.1. Принципы построения локальной геодезической сети спутниковыми методами

Программа создания локальной  геодезической сети базируется на основе рассчитанной требуемой точности исходной сети для выполнения работ по реконструкции визуальных аэронавигационных средств на аэродроме Шереметьево, возможностей современной спутниковой технологии координатных определений, а также накопленного в нашей стране опыта решения подобных задач с использованием спутниковых методов.

При разработке программы  создания геодезической сети вдоль  протяженной трассы, особого внимания заслуживает принцип ее построения с учетом особенностей спутниковых технологий.

К настоящему времени  при реализации спутниковых методов  наибольшее распространение получили такие подходы к построению локальных геодезических сетей, как принцип создания сети на основе использования одной референцной станции и принцип, базирующийся на применении нескольких референцных станций.

Принцип создания сети, основанный на использовании одной референцной  станции (рис. 2.1) позволяет осуществить  непосредственную передачу координат от исходного пункта на определяемые пункты. При этом, во многих случаях, возникает необходимость измерения линий повышенной протяженности, что приводит иногда к неоправданным дополнительным затратам времени и средств. Кроме того, возникающая лучевая схема построения сети не всегда обеспечивает надежный контроль качества получаемых результатов.

Рис. 2.1. Принцип создания локальной геодезической сети спутниковым методом на основе использования одной референцной станции.

 

При использовании нескольких референцных станций реализуется, как правило, поэтапное (последовательное) построение сети. В этом случае на первом этапе развивается сеть вторичных референцных точек, которые непосредственно связаны с исходной, а на втором этапе создается сеть требуемой плотности с опорой в каждом сеансе наблюдений, на общую между сеансами точку (рис. 2.2.а) или, по крайней мере, на две вторичные референцные точки (рис. 2.2.б).

 

а                                                             б

Рис. 2.2. Принцип создания локальной геодезической сети спутниковым методом на основе использования нескольких референцных станций.

 

При таком подходе  удается сократить среднюю протяженность  измеряемых базисных линий, а, кроме  того, местонахождение ряда точек сети определяется на основе, как минимум, двух независимых измерений до двух независимых референцных пунктов, что, безусловно, существенно повышает точность и надежность координатных определений.  Кроме того, для ужесточения требований к точности спутниковых определений имеет практическое применение проведение двойных сеансов измерений назначенных геометрических построений. При этом в любом из приведенных методов обеспечивается однородность создаваемой сети.

Следует заметить, что одна из особенностей спутниковых определений состоит в том, что при работе с несколькими спутниковыми приемниками появляется возможность вычисления линий между различными точками сети на основе применения информации, которая уже была использована для определения в текущем сеансе других базисных линий. Получаемые при этом зависимые линии относятся к числу тривиальных, которые не рекомендуют включать в вычисления, связанные с получением окончательных результатов. Но, в отдельных случаях, они могут оказаться полезными для выявления и отбраковки грубых результатов измерений.

Применительно к территории аэродрома Шереметьево преимуществами обладает первый подход, основанный на лучевой схеме построении сети с применением двух - трех приемников, так как протяженность объекта незначительна (не более 4 км от базовой точки).

В связи с необходимостью получения определяемых координат  пунктов сети не в системе WGS-84, а в принятой для данного региона системе координат и высот (МСК), обязательным условием является привязка к пунктам плановой и высотной основы, которые характеризуются наиболее высокими точностными показателями. Обе основы должны быть представлены по возможности равномерно на всей территории охватываемой сетью. Такими пунктами будут являться пункты ФГУП ГПИиНИИ ГА «Аэропроект».

На территории аэропорта Шереметьево вдоль ВПП-2 и МРД-2 расположено 15 таких пунктов с известными координатами в местной локальной системе МСК (рис. 2.3).

 

Рис. 2.3. Пункты ФГУП ГПИиНИИ ГА «Аэропроект».

Эти пункты будут использоваться при трансформировании координат как опорные или как контрольные.

Проанализировав выше изложенные факторы, представляется возможным  сформулировать основные выводы:

1. Создаваемую на аэродроме Шереметьево геодезическую сеть целесообразно реализовать по лучевой схеме.
2. Для обеспечения высокой точности и надежности в сочетании с высокими технико-экономическими показателями предпочтения заслуживает метод определения местоположения всех пунктов сети на основе, как минимум, двух независимых измерений.
3. В сети должен быть предусмотрен единый исходный пункт.
4. Совмещение (привязка) создаваемой сети с существующей плановой и высотной сетью должно быть максимальным, что позволит наиболее успешно решить проблему перехода между различными координатными и высотными системами, свойственные спутниковым и традиционным геодезическим методам.

 

2.2. Основные источники ошибок спутниковых измерений и методы ослабления их влияния

При рассмотрении методов высокоточных спутниковых измерений возникает необходимость тщательного исследования влияний всех возможных источников ошибок выполняемых измерений, особенностей их проявления и обоснования методов их учета. В зависимости от характера источников воздействия ошибки подразделяются на две основные группы: систематические ошибки, которые применительно к спутниковым измерениям получили название смещений, и ошибки случайного характера.

Для учета погрешностей первой группы разрабатываются специальные методы. Влияние второй группы удается, в большинстве случаев, минимизировать за счет использования большого массива отдельных измерений.

В настоящем разделе  основное внимание уделено рассмотрению ошибок систематического характера, обуславливающих  появление смещений результатов  измерений. При их исследовании широкое распространение получил способ моделирования, для разработки которого приходится тщательно изучать механизм воздействия источников таких ошибок на результаты измерений. На основе этого способа разрабатывают эффективные методы минимизации отмеченного влияния.

Исходя из методики измерительного процесса, характерной для спутниковой системы GPS, все основные источники систематических ошибок можно условно разбить на три группы: