Материал: Лекція_5_Супутникові методи визначення координат

вимірювання та підвищена продуктивність підтримуються достатньо досконалими алгоритмами обробки в програмному забезпеченні SКІ.

Важливим для супутникових спостережень є так званий геометричний фактор. Точність лінійної просторової засічки залежить не тільки від точності лінійного вимірювання, але й від геометрії розташування супутників: від кутів, під якими перетинаються в шуканій точці напрямки із супутників. Величину геометричного фактора часто пов'язують з об'ємом багатогранної фігури, вершини якої співпадають із розташуванням супутників та точками спостережень. Установлено: чим більший об'єм багатогранної фігури, тим менше проявляється вплив геометрії розташування супутників на результативну точність визначення координат пункту. Під час взаємного зближення супутників об'єм цієї фігури зменшується, а вплив геометричного фактора зростає.

Параметр, який оцінює зростання похибок вимірювання через геометрію розташування супутників, отримав назву геометричного фактора, який в сучасних публікаціях прийнято позначати абревіатурою DОР (Dіlutоn оf Рrесіsіоn – зниження точності). Цей параметр використовується як коефіцієнт між точністю визначення координат mрез та точністю вимірювання віддалі до супутників m0.

Найбільш універсальним показником є параметр GDOP – геометричний фактор зниження точності, який характеризує одночасно як точність тривимірного позиціювання, так і часу. Він виражається формулою

де mх, my, mh - середні квадратичні похибки визначення по осях координат; mt - середня квадратична похибка визначення часу;

с - швидкість ЕМХ.

Таким чином, GDOP дозволяє оцінити геометрію супутникового «сузір'я». Маленьке значення GDOP (≤ 8) свідчить про хорошу геометрію. Велике значення GDOP означає, що супутникове «сузір'я» погане. Чим менше GDOP, тим більша ймовірність отримати хороші результати. Значення GDOP, менше за шість, вважається допустимим, а більше за шість – завеликим. Коефіцієнти GDOP відображають лише миттєву геометрію для окремої точки. Ці коефіцієнти обчислюють самі приймачі. Вони ж автоматично вибирають оптимальну конфігурацію супутників. Одночасно з GDOP використовують також РDOP- фактор, що враховує тільки фактор тривимірного позиціювання, без похибок визначення часу, і HDOP – аналогічний фактор, зниження точності вимірювань залежно від розташування супутників в горизонтальній площині; VDOP – у вертикальній.

Для переважної більшості пунктів умови щодо GDOP ≤ 8 виконуються, якщо в полі зору доступні п'ять або більше супутників. Найкраще «вікно» спостережень для «статики» повинно включати в себе чотири і більше

31

супутників з GDOP під час кута відсікання, рівного 15° (вертикальний кут між горизонтом і напрямком на супутник).

Другим фактором, що може викликати значне зниження точності є іоносферне збурення. Іоносферне збурення змінюється в часі і залежить від положення пункту на Земній поверхні. У нічний період доби іоносферні збурення значно менші, ніж в світлий період доби. Тому в нічний період можна зменшити час спостережень наполовину або у два рази збільшити довжину вектора .

Під час вимірювання, яке вимагає найвищої точності, використовують двочастотні приймачі SR-9500 (фірми Lеіса); SNR-8000 або SNR-8100 (фірми Аlеn Оsbоrnе); Z-ХІІ (фірми Аshtеch); 4000 SSI (фірми Тrіmblе).

3 Параметри місії, тривалість та довжини векторів під час роботи у статичному режимі

Місія описує спосіб, на основі якого контролер формує виконання знімання. Кожна місія має відповідний файл конфігурації місії, який містить набір параметрів, а саме: координати початкової точки, параметри захоплення супутника, режим роботи, характеристики даних захоплення і умовні позначення ідентифікації точки. Кожний файл конфігурації індивідуально ідентифікується в контролері по шестисимвольному коду місії. Для вимірювання в режимі «статика» використовується місія Stаtіс Suгvеу. Для успішного виконання високоточного GPS-вимірювання потрібно виконувати спостереження під час «хороших вікон». Під «хорошими вікнами» розуміють велику кількість супутників (5…8) та мале значення коефіцієнта GDOP (1…4).

Під час використання статичного режиму роботи використовуються наступні, рекомендовані виробником приймачів GPS, параметри статичної місії.

Тип місії: Stаtіс (Статичний) .

Режим збору даних: Соmрасtеd (Ущільнений). Дискретність запису: 15, 30, 60 секунд. Працездатність / частота L2: АUТО (Автоматичний). Тривалість спостережень залежить від:

•довжини базисної лінії;

•кількості супутників;

•геометричного фактору (GDOP);

•стану атмосфери.

Таблиця 1 є орієнтовним вказівником щодо вибору довжин базисних ліній і тривалості спостережень для середніх широт під час поточного рівня і іоносферної активності та під час використання двочастотного приймача (сенсора).

Таблиця 1 – Орієнтовна тривалість спостережень в статичному режимі

32

4 Визначення координат методом «стій/йди» («stор апd gо»)

Метод «стій/йди» створений на основі статичного методу. Він є найшвидшим для детального топографічного знімання. Застосовується, коли між базовою та мобільною станціями невеликі віддалі. Під час вимірювання технологією «стій/йди» беруть участь щонайменше два приймачі GPS. Найвигіднішим в цій технології є те, що рухомий приймач виконує вимірювання на рядових пунктах (наприклад, пікетах) тільки 1…2 хвилини. В основному витрачається час тільки на переміщення з пункту на пункт, а на пункті «затримуємось» і зразу ж ідемо далі.

Робота в режимі «стій/йди» складається із двох частин:

1)частина ініціалізації, яка необхідна для того, щоб розв'язати початкову неоднозначність під час пост-опрацювання за допомогою програмного забезпечення SКI;

2)мобільна частина, у рамках якої розв'язання неоднозначності вноситься в програмне забезпечення SКI.

Ініціалізація та наступна за нею мобільна частина називаються ланкою режиму «стій/йди».

Головний недолік такої технології в тому, що протягом спостережень усієї мережі пунктів (під час вимірювання на пункті і навіть під час транспортування чи перенесення приладу з пункту на пункт) обов'язковим є зв'язок хоча б із чотирма супутниками GPS. Тому цю технологію неможливо застосувати на територіях із високими забудовами, у лісі. Рух під деревами, мостами перериває вимірювання. Якщо з'являється повідомлення про втрату захоплення сигналів і, у результаті, захоплення складає менше чотирьох супутників, потрібно заново почати ланку спостережень. Тому цей метод можна застосувати тільки на відкритій місцевості, не зарослій і незабудованій.

Ініціалізацію можна виконувати одним із трьох способів:

1Приблизно 25-ти хвилинне статичне вимірювання до вільної бази. Це виконується до початку вимірювання. Мінімум два приймачі виконують статичне вимірювання на двох довільних пунктах, а далі рухомий приймач виконує мобільну частину. Такий спосіб ініціалізації називають ще режим

«швидка статика».

2Встановлення станції на точці з відомими координатами або відомим вектором між двома точками. Виконується вимірювання статично протягом

5…10 хв.

3Статичне вимірювання із заміною антен. Обидва приймачі виконують вимірювання статично протягом 5 хв, а далі в приймачах замінюються антени і продовжуються спостереження ще біля 5 хв. Точність визначення координат точок в режимі «стій/йди» рівна 1…2 см ± 1 ррм.

Метод застосовується для знімання відкритих територій, доріг, трубопроводів та інших споруд лінійного типу. Метод успішно працює для малих віддалей між точками знімання. Він найшвидший і найекономніший; для спостережень потрібно лише 4 супутники, виконується на будь-якому транспорті або пішки. Недоліки – сигнали від чотирьох супутників не повинні перериватися.

33

5 Вибір проміжку часу та параметри місії під час спостереження у режимі «стій/йди» («stор апd gо»)

Для успішного вимірювання в режимі «стій/йди» необхідно працювати в межах вікна з добрим розташуванням супутників. Необхідно вибрати вікно, за можливістю, з максимальною кількістю супутників; чим більше супутників, тим менше втрат захоплення сигналу. Треба намагатися вибрати вікна, у межах яких супутники знаходяться на прийнятих висотах над обрієм; високо розташовані супутники будуть добре прийматись приймачем, отже, буде менше втрат захоплень сигналу (табл. 2)

Таблиця 2 – Вибір вікон для спостережень у режимі «стій/йди»

Під час роботи в режимі «стій/йди» можна використовувати статичну місію STS Dеfаult (Місія статичного знімання за замовчуванням). Проте можна створити спеціальну місію для роботи в режимі «стій/йди» для референцної станції і для мобільної станції. У референцному приймачі повинен бути встановлений режим роботи «статика» (STS), а в мобільному – «стій/йди» (SGS). В обох приймачах повинен бути встановлений ущільнений режим збору даних («СОМРАСТЕD»). Дискретність запису даних повинна бути однакова на обох приймачах. Під час вибору дискретності запису даних варто враховувати ємність записуючих пристроїв на референцній станції, а також тривалість перебування на точці, де встановлений мобільний приймач. У більшості випадків дискретність запису даних вибирають рівною 3, 4 або 5 секунд (табл. 3).

Таблиця 3 – Рекомендовані параметри місії для роботи в режимі «стій/йди»

34

6 Визначення координат методом «швидкої статики»

Статичний метод – це класичний метод GPS-знімання, який використовується на довгих лініях. Спостереження можуть тривати декілька годин.

На коротких лініях, під час нормальних умов для роботи, час спостережень може бути значно зменшеним – до 5…10 хвилин. Звідси термін «швидка статика». Таким чином, для «швидкої статики» час спостережень скорочується до проміжків часу, близьких до методу «стій/йди».

Проте, під час «швидкої статики» мобільна станція залишається на пункті 5…10 хвилин. Потім вона виключається і переміщується на наступну точку. Під час знімання в режимі «стій/йди» мобільна станція залишається включеною, а захоплення супутників обов'язково зберігається також під час переміщення приймача з точки на точку. У цьому суттєва різниця між «швидкою статикою» та методикою «стій/йди».

З іншої точки зору «швидка статика» є різновидністю статичного методу. Для «швидкої статики» особливо необхідно, щоб іоносферні збурення були більш-менш ідентичними для двох точок стояння. Для всіх GPS-вимірювань і, особливо, для «швидкої статики» потрібно намагатися мінімізувати довжини базисних ліній. Для надто короткого часу спостережень, поганого геометричного фактору (GDOP) або інтенсивних іоносферних збурень можлива така ситуація, коли програмне забезпечення під час пост-обробки розв'яже неоднозначність, але результати будуть спотворені і суттєво відрізнятимуться від технічних характеристик приймачів. Під час вимірювання «швидкою статикою», як і в попередніх технологіях, щонайменше працюють два приймачі. Один – встановлений на пункті відносності, другий переміщується з пункту на пункт. Технологія вимагає однократного вимірювання на кожному визначуваному пункті, проте вимірювання за цією технологією потрібно виконувати тільки двочастотними приймачами. Ця технологія запропонована в 1992 році фірмою «Тrimble». Фірма створила відповідну програму, у якій запропоновано новий алгоритм виключення багатозначності під час фазового вимірювання. Суттєвою перевагою цієї технології є швидке визначення неоднозначності під час використання комбінації кодового і фазового вимірювання. Під час виконання вимірювання цей метод вимагає оптимальної конфігурації супутників .

У таблиці 4 подано рекомендовану тривалість спостережень і довжини базисних ліній.

Таблиця 4 – Орієнтовна тривалість і довжина баз для «швидкої статики»

35