Оценка точности координат точки критически важного объекта информатизации спутниковой системы точного позиционирования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Спутниковое позиционирование -- метод определения координат объекта в трехмерном земном пространстве с помощью спутниковых систем. Основным достоинством спутниковых систем позиционирования является их глобальность и оптимальная точность. Структура и принципы действия спутниковой системы точного позиционирования (ССТП) более подробно рассмотрены в работе [1]. Несмотря на прогресс, сложилась проблемная ситуация, когда существует противоречия между методической и инструментальной погрешностью. Точность определения координат геодезическими приемниками достигает 2 мм в плане и 3 мм по высоте. Однако точность, представляемая ССТП РБ ниже: определения координат в плане составляет 25 мм, а по высоте 30 мм. Точность спутниковой системы отличается от приборной в большей степени вследствие непосредственного соприкосновения с окружающей средой: сезонным и суточным изменениям температуры, давлением, приливным воздействию, ветровым и вибрационным нагрузкам.

Указанные внешние воздействия в той или иной мере влияют на постоянно действующие пункт ССТП, вследствие чего снижается точность всей сети, и возникает необходимость оценки воздействия и определения путей повышения устойчивости к ним. Увеличение точности координат, получаемых спутниковой системой, позволит глобально расширить спектр её применения: наблюдения за деформациями земной коры, монтаж и мониторинг магистральных трубопроводов, строительство гидро- и атомных электростанций, а также снизит стоимость этих работ и увеличить их оперативность.

В работе [2] подробно исследованы факторы, оказывающие смещение точки в вертикальной плоскости. Наибольшее воздействие оказывает приливное явление, которое смещает точку на 20 мм. Для повышения точности ССТП требуется факторный анализ воздействий, вызывающих смещение, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости.

Одним из факторов, оказывающих серьёзное воздействие на стабильность пунктов, является ветровая нагрузка. Скорость ветра представляют в виде суммы двух составляющих: постоянной и переменной (пульсации). Плотность вероятности постоянной составляющей скорости ветра имеет закон распределения вероятности Рэлея:

(1)

В этой формуле среднее квадратическое отклонение постоянной составляющей скорости ветра зависит от высоты над земной поверхностью. В приземном слое атмосферы среднее квадратической отклонение выражается следующей зависимостью от высоты:

(2)

где -математическое ожидание скорости ветра на некоторой опорной высоте ; - текущая высота; n- показатель степени, величину которого рекомендуется выбирать в пределах 0,15-0,20. При опорной высоте =10м рекомендуется принимать

Так как все постоянно действующие пункты (ПДП) расположены на зданиях, для получения оценки ветровой нагрузки на здания и сооружения, воспользуемся СНиП 2.01.07 - 85 «Нагрузки и воздействия» (редакция 2011 года) [3].

(3)

где +(?) - нормативное значение пикового положительного и отрицательного воздействия ветровой нагрузки.

ze - эквивалентная высота (приравниваемая высоте здания).

- коэффициенты, учитывающие, соответственно, изменение давления и пульсаций давления ветра на высоте ze.

v+(-)- коэффициенты корреляции ветровой нагрузки, соответствующие положительному давлению (+) и отсосу (-);

пиковые значения аэродинамических коэффициентов положительного давления (+) или отсоса (-).

Применим данные формулы для получения нормативного и расчетного ветрового давления для стандартной прямоугольной конструкции. Для примера возьмём пятиэтажный дом, имеющий следующие параметры: ширина а = 15м., длина b = 100м., высота h =18м., расположен в I ветровой район, тип местности - городская застройка, аэродинамический коэффициент равный 0,8 и логарифмического декремента колебаний д для железобетонных и каменных сооружений равный 0,3. При расчете будем учитывать, что ветровое давление идёт на сторону b. Для получения нагрузки выберем две точки на высоте 10 и 17 м.

Таблица 1. Результаты расчета ветрового давления

По результатам применения формулы получаем суммарное расчетное давление во второй точке равное 0,415 кПа или 42,5 кг/м2. Построим графики.

Рис. 1. Расчетные значения ветрового давления

ветровой спутниковый земной координата

Исследование влияния внешних воздействий на спутниковые геодезические приемники, проведенные в предыдущей работе [4], указывает на возможность оптимизации конструкторских решений, однако полностью исключить влияние внешних воздействий не представляется возможным. В связи с этим эффективной оказывается модель управления параметрами спутниковой системы в процессе эксплуатации геодезических приемника с учетом реальных воздействий окружающей среды и результатов априорного анализа этих воздействий на математических моделях в процессе проектирования. Для реализации такой модели необходимо в процессе эксплуатации геодезических приемников, установленных на ПДП, контролировать параметры окружающей среды: температуру, скорость и направление ветра, вибрации. Полученные результаты измерений позволят использовать информацию из базы данных о поведении этого пункта в конкретных условиях и соответствующих характеристиках. Это дает возможность скорректировать характеристики приемника и сигнала на его выходе, приблизив их к тем, которые были у приемника без внешних воздействий на него [5].

Как видно из расчётов, нагрузка при постоянной скорости ветра возрастает линейно с увеличением высоты. Пульсация ветра имеет нелинейную зависимость и суммарное расчетное значение, учитывающее постоянную составляющую скорость и пульсацию, превосходит нормативное значение на 40% . Для максимального снижения влияния ветрового воздействия пункт следует располагать на земле, при этом сам геодезический приемник накрывать радиопрозрачным колпаком. В ходе системного анализа выделены основные приоритетные формы для колпака: овальные, сферические и куполообразные. Для укрепления подставки, расположенного на земле пункта, можно использовать обваловку, ограждение и двойной фундамент. А так же, опираясь на опыт коллег из Института физики Земли [2], высокую устойчивость к температурным и вибрационным воздействиям показала конструкция из заполненного песком бетонного короба с установленным в середине постаментом, на который находится прибор.

Таким образом, с учетом данных о состоянии окружающей среды и результатов априорного анализа поведения конструкции постоянно действующего пункта с геодезическим приемником в текущих условиях эксплуатации появляется возможность вносить поправки в реальные характеристики координат приемника и решения, принимаемые спутниковой системой, в составе которой он используется. На данный момент проходит анализ и разработка такой интеллектуальной системы.

Список литературы

1. Железняк В.К., Ярица А.И., Стабилизация возмущающих воздействий на приём сигналов искусственного спутника Земли./ В.К. Железняк, А.И. Ярица // Вестник ПГУ. Серия С. Фундаментальные науки - 2016г. - №4 - с 61-65.

2.Дробышев М.Н. Совершенствование методических приёмов оценки вертикального перемещения точек земной поверхности : Автореф… дис. канд. техн. наук. - Москва: ИФЗ, 2016. - 15 с.

3. Строительные нормы и правила: СНиП 2.01.07 - 85. Нагрузки и воздействия [Текст]: нормативно-технический материал. - Москва: [б.и.], 2011. - 81 с.

4. Железняк В.К., Ярица А.И., Анализ случайных физических явлений, снижающих точность координат точки прием сигналов GPS. // Современные средства связи: материалы XХI Междунар. науч.-техн. конф., 20-21 окт. 2016 года, Минск, Респ. Беларусь; редкол.: А.О. Зеневич [и др.]. - Минск: Белорусская государственная академия связи, 2016. - 240-243 с.

5. Якимов, А.Н. Обеспечение помехоустойчивости информационных коммуникаций в интеллектуальной радиолокационной системе / А.Н. Якимов, В.Б. Лебедев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 1 (21). - С. 124-132.

Размещено на Allbest.ru