Геоинформационные системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ГНСС

2. ОТЛИЧИЯ В РАБОТЕ ГНСС РАЗНЫХ СТРАН

3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ГНСС

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ГИС

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Спутниковые методы определения пространственных координат широко используются в современной геодезии. В США развернута система GPS (Global Positionig System), в России действует система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), в Европе - спутниковая система Galileo. Все названные системы могут быть объединены термином GNSS (Global Navigation Satellite System), т. е. глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС). GNSS-технологии успешно применяются в тех областях, где необходима точная информация о пространственном положении объектов на Земле, их размерах и изменении геометрических параметров во времени.

Сбор, обобщение, систематизация и обработка данных об окружающем мире - основные задачи современной науки. Результаты обработки должны быть должным образом представлены. Представление обеспечивает эффективное восприятие информации человеком или передачу ее на исполнительные органы в автоматизированных системах управления.

Огромнейшую помощь в решении задач хранения, обработки и представления информации с географической привязкой могут сыграть компьютерные технологии и, в первую очередь, геоинформационные системы. Поэтому подготовка специалиста XXI века немыслима без овладения навыками создания и использования ГИС и ГИС - технологий, которые со временем должны проникнуть во все сферы нашей жизни.

Актуальность курсовой работы состоит в том, что глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) позволяет определять пространственное положение объектов местности путем обработки принимающим устройством спутникового сигнала, с помощью которого проводится обработка навигационных спутниковых измерений, выполняется визуальный анализ корректности полученных результатов и сформировать различные отчетные документы.

Целью является изучение использование глобальных навигационных спутниковых систем в геоинформационных системах.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

ь рассмотреть принципы работы ГНСС;

ь проанализировать отличия в работе ГНСС в разных странах;

ь изучить методы измерений при помощи ГНСС;

ь ознакомиться с обработкой результатов измерений в ГИС;



1. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ГНСС

В настоящее время для определения положения точек или объектов в пространстве широко применяются глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): американская NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System) и российская ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система). Их глобальность обеспечивается функционированием на околоземных орбитах искусственных спутников (ИСЗ), видимых из любой точки Земли. Данные спутники непрерывно передают высокоточные измерительные сигналы и создают, таким образом, вокруг нашей планеты информационное координатно-временное поле. Используя данное поле, с помощью специального приемника и программного обеспечения можно определять положение точек и объектов в пространстве и времени.

Принцип, на котором основано действие ГНСС, весьма прост - местоположение объекта определяется путем измерения расстояний от него до исходных точек, координаты которых известны. Сложность его реализации с помощью ГНСС обусловлена стремлением сделать систему глобальной, т. е. доступной в любое время на всей Земле и в окружающем пространстве. Для этого в качестве исходных точек выбраны искусственные спутники Земли, излучающие дальномерные радиосигналы, которые пользователь принимает на специальный приемник. Так как спутники движутся по своим орбитам, система предоставляет пользователю информацию о координатах ИСЗ на любой момент выполнения измерений. [1].

Космический сегмент. Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника - формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.

Наземный сегмент. В состав наземного сегмента входят космодром, командно-измерительный комплекс и центр управления. Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск.

Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как космическими аппаратами.

Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.

Пользовательский сегмент. В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей. Она предназначается для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.[3]

Принципы работы системы навигации:

Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю передается в составе навигационного сигнала информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.

В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников.

В действительности показания часов, которые входят в состав навигационной аппаратуры потребителя, отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников. Для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один - смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника. геоинформационный навигация спутниковый пространственный

Системы координат:

Для функционирования навигационных спутниковых систем необходимы данные о параметрах вращения Земли, фундаментальные эфемериды Луны и планет, данные о гравитационном поле Земли, о моделях атмосферы, а также высокоточные данные об используемых системах координат и времени.

Геоцентрические системы координат - системы координат, начало которых совпадает с центром масс Земли. Их также называют общеземными или глобальными.

Для построения и поддержания общеземных систем координат используются четыре основных метода космической геодезии:

радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ),

лазерная локация космических аппаратов (SLR),

доплеровские измерительные системы (DORIS),

навигационные измерения космических аппаратов ГЛОНАСС и других ГНСС.

Международная земная система координат ITRF является эталоном земной системы координат.

Системы времени:

Применяются два типа систем времени: астрономические и атомные.

Системы астрономического времени основаны на суточном вращении Земли. Эталоном для построения шкал астрономического времени служат солнечные или звездные сутки, в зависимости от точки небесной сферы, по которой производится измерение времени.

Всемирное время UT (Universal Time) - это среднее солнечное время на гринвическом меридиане.

Всемирное координированное время UTC синхронизировано с атомным временем и является международным стандартом, на котором базируется гражданское время.

Атомное время (TAI) -- время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. В 1967 году на Генеральной конференции мер и весов атомная секунда представляет собой переход между сверхтонкими уровнями F=4, M=0 и F=3, M=0 основного состояния 2S1/2 атома цезия-133, не возмущённого внешними полями, и что частоте этого перехода приписывается значение 9 192 631 770 Герц.

Спутниковая радионавигационная система является пространственно-временной системой с зоной действия, охватывающей всё околоземное пространство, и функционирует в собственном системном времени. Важное место в ГНСС отводится проблеме временной синхронизации подсистем. Временная синхронизация важна и для обеспечения заданной последовательности излучения сигналов всех навигационных спутников. Она обусловливает возможность применения пассивных дальномерных (псевдодальномерных) методов измерений. Наземный командно-измерительный комплекс обеспечивает синхронизацию шкал времени всех навигационных КА путем их сверки и коррекции (непосредственной и алгоритмической).

Повышение точности навигации:

Существующие в данное время глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) GPS и ГЛОНАСС позволяют удовлетворить потребности в навигационном обслуживании обширный круг потребителей. Но существует ряд задач, которые требуют высоких точностей навигации. К этим задачам относятся: взлет, заход на посадку и посадка самолетов, судовождение в прибрежных водах, навигация вертолетов и автомобилей и другие.

Классическим методом повышения точности навигационных определений является использование дифференциального (относительного) режима определений. Дифференциальный режим предполагает использование одного или более базовых приёмников, размещённых в точках с известными координатами, которые одновременно с приёмником потребителя (подвижным, или мобильным) осуществляют приём сигналов одних и тех же спутников.

Повышение точности навигационных определений достигается за счёт того, что ошибки измерения навигационных параметров потребительского и базовых приёмников являются коррелированными. При формировании разностей измеряемых параметров большая часть таких погрешностей компенсируется.[4]

2. ОТЛИЧИЯ В РАБОТЕ ГНСС РАЗНЫХ СТРАН

Потенциальные возможности спутниковой навигации появились с момента запуска первого ИСЗ. В настоящее время, спутниковые системы навигации широко используются для обеспечения навигации и позиционирования с высокой точностью для всех потребителей на любом месте и в любое время.

Глобальная Система Позиционирования(GPS) разработана и поддерживается на государственном уровне США. Спутниковая Система Глобальной Навигации (GLONASS) разработана в России. Обе эти навигационные системы уже функционируют.

Европейский Союз запланировал создать еще одну глобальную навигационную систему (GNSS) Galileo с бюджетом 3.8 миллиарда долларов еще в 1999. Китай, Индия и Япония также планируют строить свои собственные спутниковые системы навигации.

Основные услуги, которые предоставляют действующие навигационные системы, заключаются в позиционировании, то есть в определении местоположения объекта в системе географических координат, измерение скорости перемещения объекта и передачи сигналов точного времени. Использование этих услуг оказывает большое влияние на развитие новых технологий и стиль жизни людей. Спутниковая навигация стала важной инфраструктурой, так же необходимой, как дорожная сеть или сеть распределения электроэнергии.

GPS(США):

Система GPS является единственной спутниковой системой навигации в настоящее время, которая обеспечивает предоставление услуг в глобальном масштабе.

Спутниковая группировка состоит из 24 непрерывно работающих спутников, расположенных в 6 орбитальных плоскостях, с наклонением 64.5 о к плоскости Геостационарной орбиты (ГСО). Имеются и резервные спутники. Каждый спутник излучает так называемый Р код, обработка которого в GPS приемнике обеспечивает точность выше 10 м, и С/А код, обеспечивающий точность около 20 м.

С тех пор, как первый GPS спутник был запущен в феврале 1978 г., было запущено более чем 50 спутников, начиная с GPS-I и далее 12 спутников GPS-IIR, 16 - GPS-II/IIA и 2 - GPS-IIR-M. Параметры GPS постепенно улучшались.

Первый спутник GPS-III будет запущен в 2012/2013, а новая спутниковая группировка заработает в новом составе к 2017/2018. Согласно текущему прогрессу, первый запуск спутника GPS-III вероятно будет отложен на 2015.

По сравнению с существующей системой GPS-III будет иметь следующие особенности.

- ожидаемый срок жизни спутника - 12-18 лет;

- стоимость каждого спутника - 100-120 миллион долларов;

- запуск двух спутников будет организован одной ракетой;

- способность борьбы с возможными помехами будет существенно усилена и интенсивность сигнал возрастет на 20 дБ;

- точность местоположения составит 1 м без организации дополнительных мер, а такой недостаток GPS системы, как уязвимость от внешнего воздействия будет устранен.

Будут добавлены дополнительные услуги связи, приема и передачи сигналов бедствия и поиска объектов.

Российская ГЛОНАСС:

ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система была разработана в 1978 г. Орбитальная группировка в полном составе из 24 спутников в 3-х орбитальных плоскостях с наклонением орбиты 64.5о была введена в действие в 1995 г.

Точность местоопределения - 30 метров для C/A-кода и около 10 метров для P-кода. С 1998, из-за недостатка ассигнований, орбитальная группировка GLONASS не поддерживалось должным образом. В результате, число действующих спутников сократилось на 9.

В 2005 правительство РФ одобрило Федеральную Программу Космических исследований на 2006-2015 г. с бюджетом 23.6 миллиард рублей. Россия планировала иметь 18 действующих спутников к концу 2007 и 24 действующих спутника к концу 2010. В то же самое время Россия и Индия договорились далее разрабатывать систему GLONASS вместе.

Первый модифицированный спутник GLONASS-M был запущен 26 Декабря 2004. Тестирование спутника было успешно завершено и спутник введен в эксплуатацию. Спутник GLONASS-M передает два сигнала для гражданских потребителей и имеет ожидаемый срок эксплуатации 7 лет. Точность местоопределения и точность сигналов времени возросли в два раза благодаря точной температурной стабилизации часов Cs. Надежность и целостность системы GLONASS также улучшены. Девять новых спутников GLONASS-M разрабатываются в НПО ПМ.

Новое поколение спутников GLONASS-K также разрабатывается в НПО ПМ. Масса спутника GLONASS-K в 2 раза меньше, чем спутника GLONASS-M, а срок активного существования составит 10 лет.

Спутники GLONASS-К будут передавать 3 сигнала в интересах гражданских потребителей и объединенный информационный пакет, который предоставить возможность оказания дополнительных услуг по спасению, поиску и связи в чрезвычайных ситуациях. Всего планируется заказать 27 спутников GLONASS-K.

Европейская Система Galileo:

Программа GALILEO создается по инициативе Европейской Комиссии и (EC) и Европейского Космического Агентства (ESA) с целью обеспечения Европы собственной независимой глобальной навигационной системой и создания конкуренции, в первую очередь с GPS.

Совет Европейского Союза решил создать гражданскую систему навигации в Феврале 1999. Новая программа вскоре была названа Galileo, с бюджетом 80 миллионов Евро. Общие же затраты на систему GALILEO (30 спутников и земной сегмент) оцениваются в 3800 млн EUR. Создание системы разбито на 3 фазы.

В фазу разработки система GALILEO с бюджетом 1.1 миллиард Евро вошла в марте 2002. Четыре спутника будут запущены для тестирования и проверки принципиальных решений.

Следующая фаза развертывания системы GALILEO будет финансироваться на 1/3 из бюджетных источников и на 2/3 частными компаниями.

Последняя фаза штатного функционирования предусматривает самоокупаемость системы GALILEO.

Изначально у истоков GALILEO стояли 28 государств, входящих в ESA. При этом к GALILEO присоединились Китай, Израиль, Украина, Индия, Саудовская Аравия, Марокко и Корея. Так участие Китая предусматривало Договором от 2003 г финансирование в размере 200 млн EUR, из которых 70 млн - на первой фазе. В 2005 г. этот Договор был пересмотрен. Договора с другими выше перечисленными странами так же предусматривают их участие в GALILEO на определенных условиях.

Ведутся переговоры с Россией по взаимодействию между ГЛОНАСС и GALILEO. Такие государства, как Австралия, Аргентина, Бразилия, Япония, Малайзия, Мексика и Норвегия так же заинтересованы в участии в GALILEO.

Полная орбитальная группировка будет насчитывать 30 спутников в трех орбитальных плоскостях и круговых орбитах высотой 23616 км от Земли и наклонением орбиты 56о. В каждой из плоскостей будут находиться 9 рабочих и 1 резервный спутник. Каждый спутник будет иметь вес 700 кг, мощность 1600 Вт, размеры 2.7х1.1х1.2 м и ширину при развернутых солнечных батареях 13 м.

GALILEO будет передавать 10 сигналов различного назначения, что позволит обеспечить следующие виды услуг:

- доступные всем услуги по определению местоположения с точностью лучше, чем 9 м для массового потребителя;

- коммерческие услуги по определению местоположения с точностью выше, чем 1 м;

- услуги для служб спасения для всех видов транспорта;

- услуги для государственных служб, таких как полиция, пожарные, скорая помощь, для военных целей и для других служб жизнеобеспечения;

- услуги по поиску и спасению в дополнении к спутниковой системе COSPAS-SARSAT.

28 декабря 2005 г. первый спутник в системе GALILEO - GIOVE-A был запущен с космодрома Байконур ракетой Союз-Фрегат. К 2006 испытания были полностью завершены.

Выполнение программы GALILEO позволит создать 140 тысяч новых рабочих мест только в Европе, а после ее ввода в эксплуатацию годовой эффект будет достигать 10 млрд EUR.

Существуют проблемы с присоединением к GALILEO стран - не членов EU. Доступ к услугам с высокой точностью измерений будет для этих стран запрещен, что не устраивает, например Китай.

Индийская Спутниковая Региональная Система Навигации IRNSS:

Правительство Индии одобрило 9 Мая 2006, проект развертывания Индийской Спутниковая Региональная Система Навигации (IRNSS) с бюджетом 14.2 миллиарда Рупий в течение следующих 6-7 лет. Спутниковая группировка IRNSS будет состоять из семи спутников на геосинхронных орбитах. Причем четыре спутника из семи в IRNSS будут размещены на орбите с наклонением в 29о по отношению к экваториальной плоскости. Все семь спутников будет иметь непрерывную радио видимость с Индийскими управляющими станциями.

Спутники IRNSS будут использовать платформу, подобную той, которая используется на русском метеорологическом спутнике Kalpana-1 с массой 1330 кг и мощностью солнечных батарей 1400 Вт. Полезная нагрузка будет включать два 40 Вт твердотельных усилителя.

Земной сегмент IRNSS будет иметь станцию мониторинга, станцию, резервирования, станцию контроля и управления бортовыми системами. Государственная компания ISRO является ответственной за развертывание IRNSS, которая будет находиться целиком под контролем Индийского правительства. Навигационные приемники, которые будут принимать сигналы IRNSS, так же будут разрабатываться и выпускаться индийскими компаниями.

Китайская Навигационная Спутниковая Система Compass:

Китай, являющийся наиболее быстро развивающейся страной в мире, также начал строительство своей собственной спутниковой системы навигации Compass.

Космический сегмент спутниковой системы навигации Compass будет сформирован из 5 спутников на Геостационарной орбите (ГСО) и 30 спутников на средней земной орбите.

Два типа услуг будут предусмотрены. Для общего пользования будет передаваться сигнал, обработка которого позволит добиться точности местоопределения в 10 м, скорости в 0.2 м/с и определения текущего времени с точностью 50 нс.

Ограниченный круг пользователей получит возможность измерений с большей точностью.

Три спутника на ГСО были выведены в 2000 г. Такая система их трех спутников в настоящее время предоставляет услуги местоопределения, точного времени и связи и успешно дополняет GPS.

Китай желает сотрудничать с другими странами в разработке спутниковой навигации, чтобы обеспечить взаимодействие Compass с другими глобальными навигационными системами.

Японская Quasi-Zenith навигационная система QZSS:

Первоначально Японская QZSS была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. В марте 2006 Японское правительство объявило, что первый спутник не будет предназначен для коммерческого использования и будет запущен целиком на бюджетные средства для отработки принятых решений в интересах обеспечения решения навигационных задач. Только после удачного завершения испытаний первого спутника начнется второй этап и следующие спутники будут в полной мере обеспечивать запланированный ранее объем услуг. Новая дата для запуска первого спутника была перенесена на 2010 г.

Всего в спутниковый сегмент войдут 3 спутника, орбиты которых будут выбраны таким образом, чтобы их подспутниковые точки описывали на земной поверхности одну и ту же траекторию с одинаковыми временными интервалами. При этом, по крайней мере один спутник будет виден под углом места более 70 градусов в любое время на территории Японии и Кореи. Эта особенность и определила название навигационной системы Quasi-Zenith. Антенны спутников будут передавать сигналы практически во всей зоне видимости спутников, обеспечивая навигацию и передачу сигналов точного времени. Однако сигналы L1-SAIF, которые включают в себя различные поправки, позволяющие повысить точность измерений с помощью сигналов GPS и, возможно, GALILEO, будут передаваться с помощью параболической антенны только на Японию.

Сигналы, которые будут излучать спутники QZSS, полностью совместимы с сигналами будущей GPS. Японская QZSS в основном предназначена для улучшения характеристик GPS на национальной и некоторых соседних территориях. Ожидается, что внедрение QZSS позволит существенно повысить эффективность решения навигационных и других задач и придаст ускорение внедрению новых применений для навигации, которые требуют большей точности и надежности.

Почему нужно участвовать в развитии навигационных систем:

В ближайшей перспективе будут одновременно работать три глобальных навигационных спутниковых системы GPS, GLONASS и GALILEO. Практически во всех странах в настоящее время широко используется только GPS, нормальное функционирование которой целиком зависит от правительства США. В некоторых областях, как например диспетчеризация полетов самолетов, использование GPS является неотъемлемой важнейшей составной частью инфраструктуры.

В то же время навигационные системы в ближайшем будущем составят неотъемлемую часть инфраструктуры государства, и напрямую будут влиять не только на безопасность, но и на развитие промышленного производства в целом.

Ни одно государство не может и не хочет, в своем развитии, зависеть в какой-либо области от другого. Поэтому поиск альтернативы GPS и привел к созданию GALILEO и присоединению к ней многих развитых государств. Преимущества, которые появляются от присоединения к альтернативной навигационной системе на этапе ее развития следующие:

· диверсификация рисков, связанных с работой GNSS, посредством диверсификации инфраструктуры земного сегмента и используемого оборудования;

· создание новых рабочих мест при условии разработки и экспорта нового оборудования для GNSS;

· возможность заблаговременного внедрения технологических преимуществ использования GNSS в системы связи, транспорта и развитие новых технологий.[2]

3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ГНСС

Специфика традиционных геодезических измерений, проводимых на земной поверхности, заключается, прежде всего, в высоких требованиях к точности измерений, проводимых в среде с постоянно меняющимися параметрами, к которой с полным основанием могут быть отнесены приземные слои атмосферы. При этом требования к повышению точности постоянно растут, что обусловливает необходимость постоянного совершенствования технических средств и методов.

Большинство созданных к настоящему времени высокоточных геодезических инструментов (теодолиты, нивелиры, светодальномеры, тахеометры и др.) достигли достаточно высокого совершенства как за счет удачных технических решений, так и за счет хорошо продуманной технологии их использования. Однако многие из перечисленных выше приборов базируются на использовании оптического диапазона электромагнитных волн, что породило целый ряд существенных недостатков, которые были уже перечислены во введении (властности, необходимость обеспечения прямой и оптической видимости между смежными пунктами, трудности организации круглосуточных измерений и т.д.).

Альтернативный подход к выполнению геодезических измерений на принципиально иной основе состоит в использовании пространственных методов измерений с применением в качестве опорных точек мгновенных положений искусственных спутников Земли. Такие измерительные комплексы получили название глобальных систем позиционирования, первоначальное назначение которых состояло в решении навигационных задач. Однако проведенные исследования показали, что за счет совершенствования аппаратного и программного обеспечения, а также технологии использования таких систем, они могут с полным успехом применяться и для решения широкого круга геодезических задач, резко повышая эффективность проводимых геодезических работ при одновременном значительном повышении потенциального уровня точности.[5]

В основе всех методов определения координат пунктов наблюдения с использованием ГНСС лежит метод засечки положения аппаратуры потребителя (мобильного приемника) от известных положений НКА (навигационный космический аппарат). Геометрия определения координат ПН (пункт наблюдения) относительно ОП (опорный пункт) показана на рисунке 1

Способы измерений можно разделить на две группы:

1. абсолютные определения координат кодовым методом:

· автономные (15--30 м);

· дифференциальное (1--5 м);

2. относительные фазовые измерения:

· статическое (5--10 мм);

· кинематическое (10--30 мм).

При выполнении абсолютных измерений определяются полные координаты точек земной поверхности. Наблюдения, выполняемые на одном пункте независимо от измерений на других станциях, называются автономными. Автономные наблюдения очень чувствительны ко всем источникам погрешностей, обеспечивают точность определения координат 15 -- 30 м и используются для нахождения приближенных координат в точных измерениях.

Для повышения точности абсолютные измерения можно выполнять одновременно на двух пунктах: базовой станции Р1, расположенной на точке с известными координатами (обычно пункте государственной геодезической сети), и подвижной станции Р2, установленной над определяемой точкой. На базовой станции измеренные расстояния до спутников сравнивают с вычисленными по координатам и определяют их разности. Эти разности называют дифференциальными поправками, а способ измерения -- дифференциальным. Дифференциальные поправки учитываются в ходе вычислений координат подвижной станции после измерений либо при использовании радиомодемов уже в процессе измерений. Дифференциальный способ основан на том соображении, что при относительно небольших расстояниях между станциями P1 и Р2 (обычно не более 10 км) погрешности измерений на них практически одинаковы. При увеличении расстояния между станциями точность падает.

При кодовых измерениях сигнал каждого спутника содержит его эфемериды -- данные о его местоположении, позволяющие вычислить координаты спутника в земной системе координат, а также временную метку Приемник, принимая сигнал от спутника, идентифицирует спутник по коду его сигнала, считывает временную метку и определяет время прохождения сигнала от спутника до приемника. Это позволяет вычислить дальность от приемника до спутника. Впрочем, на приемнике сложно установить атомные часы, поэтому часы приемника и спутника идут не синхронно, а отличаются на некоторую поправку. Поэтому вычисленное расстояние от спутника до приемника называют псевдодальностью.

Для решения геодезических задач, когда необходимо получать координаты точек с высокой точностью, используют относительные измерения, при которых дальности до спутников определяют фазовым методом, и по ним вычисляют приращения координат или вектора между станциями, на которых установлены спутниковые приемники.

Различают два основных способа относительных измерений: статический и кинематический.

При статическом позиционировании, как и при дифференциальных измерениях, приемники работают одновременно на двух станциях -- базовой, с известными координатами и определяемой. После окончания измерений выполняется совместная обработка информации, собранной двумя приемниками. Точность способа зависит от продолжительности измерений, которая выбирается в соответствии с расстоянием между точками.

Кинематические измерения позволяют получать координаты точек земной поверхности за короткие промежутки времени. При этом вначале статическим способом определяют координаты первой точки, т. е. выполняют привязку подвижной станции к базовой, называемую инициализацией, а затем, не прерывая измерений, передвижной приемник устанавливают поочередно на вторую, третью и т. д. точки.

При фазовых измерениях точные геодезические измерения выполняют на несущих частотах L1 и L2 (в одночастотных приемниках - только на частоте L1). При этом измеряют разности фаз между колебаниями, принятыми от спутника, и колебаниями такой же частоты, выработанными в приемнике.

Режим «Статика» используются для измерений с высокой точностью. Высокая точность достигается длительными измерениями (45-60 мин) на двух или нескольких пунктах. Один из приемников принимают за базовый и устанавливается на пункт с известными координатами. Положение остальных приемников-роверов определяется относительно базового. Такая длительность измерений вызвана необходимостью определения целочисленной неоднозначности фаз в начале сессии.

Измерения в этом режиме выполняют, как правило, на больших расстояниях между пунктами (свыше 15 км). Время наблюдений зависит от расстояния между пунктами, числа спутников, состояния ионо - и тропосферы, требуемой точности и составляет обычно около 1 часа.

Режим «Быстрая статика» позволяет сократить продолжительность измерений, благодаря возможности применения на линиях до 15 км активных алгоритмов разрешения неоднозначности. Продолжительность наблюдения в этом режиме составляет 5--20 мин.

Режим «Реоккупация» используется, когда нет одновременной видимости на необходимое число спутников. Тогда измерения выполняют за несколько сеансов, накапливая нужный объем данных. На этапе компьютерной обработки все данные объединяют для выработки одного решения. Режим «Кинематика» служит для определения координат передвижной станции в ходе ее перемещения. При работе в этом режиме необходимо, чтобы приемники на базовой и передвижной станциях поддерживали непрерывный контакт со спутниками в течение всего времени измерений. До начала движения выполняют инициализацию - разрешение неоднозначности фазовых измерений.[6] Метод «Stop and Go» («Стой -- иди») использует также два приёмника: один неподвижный, а второй перемещается с краткими остановками для позицирования на определяемых пунктах. Особенность этого метода состоит в том, что оба приёмника непрерывно производят фазовые измерения, в том числе во время перемещения второго приемника. Кинематика в реальном времени (RTK) - наиболее эффективный способ проведения топографических работ. Съемка в режиме GPS реального времени (RTK) широко используется во всем мире. Основные преимущества RTK это получение координат с сантиметровой точностью непосредственно во время выполнения съёмки и скорость выполнения измерений (составляет всего несколько секунд). Дополнительным преимуществом является отсутствие постобработки в таком виде съемки. Вы просто передаете данные на компьютер и получаете координаты пунктов с уже известной вам точностью[7]

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ГИС

В целом вычислительная обработка спутниковых измерений производится по следующим этапам:

1) предварительная обработка (постобработка) - разрешение неоднозначностей фазовых псевдодальностей до наблюдаемых спутников, получение координат определяемых точек в системе координат глобальной навигационной спутниковой системы и оценка точности;

2) трансформация измеренных координат в принятую систему координат;

3) уравнивание геодезических построений и оценка точности.

Программа математической обработки навигационных спутниковых измерений - компьютерная программа, предназначенная для проведения постобработки навигационных спутниковых измерений. В качестве программного обеспечения для производства вычислительной обработки следует использовать программные пакеты, прилагаемые к спутниковой аппаратуре, применявшейся для производства полевых работ. Примерами таких наиболее распространённых программных пакетов являются: Trimble Business Center (Trimble R7 GNSS, Trimble R8 GNSS), Topcon Tools (GB-1000, GR5). При этом используются универсальные форматы:

- формат данных RINEX - формат навигационных спутниковых измерений, который позволяет осуществлять обмен данными между навигационной аппаратурой потребителя ГНСС различных фирм-производителей и выполнять постобработку навигационных спутниковых измерений;

- формат данных SINEX - формат представления данных, который позволяет осуществлять обмен информацией между программами обработки GPS наблюдений различных производителей.[10]

Использование ГИС-технологий позволяет вывести процесс обработки измерений на качественно новый уровень. Кроме того, сочетание средств ввода, накопления и математической обработки данных предполагает применение ГИС для интеграции данных, полученных различными методами измерений.

При обработке измерений с помощью ГИС можно выбирать тот или иной способ вычисления, автоматически контролировать точность производимых расчетов, наносить результаты вычислений и уравнивания на карту (план), выполнять визуальный анализ корректности полученных результатов и формировать различные отчетные документы. При этом в качестве дополнительных материалов могут использоваться отсканированные изображения топографических карт и планов, составленные по результатам предыдущих съемок, а также аэро - и космических снимков.[9]

ГИС "Карта 2000" предназначена для создания и редактирования электронных карт, решения типовых прикладных задач и разработки специализированных ГИС приложений в среде Windows 95, 98, 2000, NT и CE. Для обработки данных геодезических измерений в ГИС "Карта 2000" предусмотрен блок программ "Геодезические задачи", в который входят модули "Импорт данных с геодезических приборов", "Выполнение геодезических расчетов" и "Геодезический редактор".

Модуль "Импорт данных с геодезических приборов" выполняет импорт цифровых данных, полученных в полевых условиях с помощью различных электронных геодезических приборов в форматах SDR, RAW, R4, R5. Текстовые файлы, получаемые с приборов, содержат данные в двух вариантах. В первом случае в текстовом файле находятся непосредственные координаты точек (XYH), которые программа помещает на выходную карту в формате MAP в виде точечных объектов. Во втором случае в текстовом файле хранятся данные, представленные в виде расстояний и углов, которые преобразовываются во внутренний формат и отображаются в соответствующем диалоговом окне модуля "Выполнение геодезических расчетов".

Модуль "Выполнение геодезических расчетов" предназначен для предварительной обработки и уравнивания геодезических измерений. Процедуры, входящие в состав модуля, позволяют выполнить обработку данных полевых измерений, отобразить результаты предварительных вычислений на карте (плане) и сформировать отчетную документацию в виде расчетных ведомостей. Кроме того, процедуры связанны между собой с помощью головной программы комплекса, выполняющей их вызов, обмен данными между ними, настройку и синхронизацию параметров функционирования комплекса и осуществляют автоматический обмен данными при выполнении расчетов. Каждая из них представляет собой отдельный диалог расчета соответствующих данных.

Модуль "Геодезический редактор" позволяет выполнить обработку данных, полученных при проведении топографической съемки (рис. 2), которые представляют собой набор точек с координатным 2D или 3Dописанием. При соблюдении определенных условий съемки точки имеют кодовое описание и набор семантической информации, однозначно характеризующих их на местности. Это позволяет выполнять выделение и группировку пикетов, в соответствии с правилами описания объектов, принятыми при топографической съемке, и автоматически получать линейные и площадные объекты. Помимо этого, в состав модуля входит набор операций, упрощающий процесс составления топографического плана и др. Используя различные режимы модуля, можно вычислить координаты новых пикетных точек относительно имеющихся на карте объектов по следующим вариантам: дирекционный или горизонтальный угол и расстояние, угловая засечка, линейная засечка, метод перпендикуляров, обратный метод перпендикуляров, метод створов, пересечение створов. Выделенные на карте пикеты автоматически объединяются в линии или полигоны. В состав модуля входят режимы, позволяющие автоматизировать обработку текстовых файлов, содержащих координаты объектов.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При написании данной курсовой работы была изучена специальная литература, включающая себя научные статьи по геоинформационной системе, учебники по глобальной спутниковой системе и многие другие электронные журналы.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. StudFiles. Файловый архив студентов [электронный ресурс]. - Режим доступа: https://studfiles.net/preview/3016926/

2. Navi - trans. Система мониторинга транспорта [электронный ресурс]. Режим доступа: http://navi-trans.ru/info/othersystems

3. Описание технологии // НИС ГЛОНАС 2010 - 2013 гг. [электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nis-glonass.ru/glonass/description-of-technology/

4. Электронный журнал. Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана [электронный ресурс]. Режим доступа: http://ru.bmstu.wiki/ГЛОНАСС_(Глобальная_навигационная_спутниковая_си)

5. Генике А.А., Побединский Г.Г. Г34 Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Картгеоцентр, 2004. - 355 е.: ил.

6. Kadastre.ru. Ассоциация кадастровых инженеров. Электронный журнал [электронный ресурс]. Режим доступа: http://wiki.cadastre.ru/doku.php?id=metod_sputnikovyih

7. ГОУ ВПО СГГА Геодезическое применение технологий ГНСС Лекция 7 [электронный ресурс]. Режим доступа: http://lib.ssga.ru/fulltext/UMK/120101/7%20семестр/Геодезическое%20применение%20технологий%20ГНСС/120101%20Лекции%20ГНСС%202011.pdf

8. ГОСТ Р 53607-2009 Глобальная навигационная спутниковая система. Основные положения пункт 5.1

9. КБ "Панорама" Возможности ГИС "Карта 2000" для обработки геодезических измерений [электронный ресурс]. Режим доступа: https://gisinfo.ru/item/17.htm

10. Спутниковые системы позиционирования. Конспект лекций / Р.В. Загретдинов, Каз. федер. ун-т. - Казань, 2014. - 148 с.

Размещено на Allbest.ru

...