GPS-координирование в геодезии

⇓Спутниковые приемники прочно укрепились в списках обязательного оборудования для геодезических изысканий и кадастровых работ, поэтому стоит разобраться в их предназначении и особенностях. В этой статье мы объясним принцип действия GPS приемников (система ГЛОНАС работает аналогично), как они помогают в геодезических работах, а также отличия геодезических от обычных GPS модулей на телефонах и навигаторах.

Что из себя представляет GPS?

Аббревиатура GPS расшифровывается как Global Positioning System, что означает «Система глобального позиционирования». Изначально эта система разрабатывалась военными армии США. Но со временем «ушла в народ», где нашлось для неё множество мирных применений. Спутниковое позиционирование очень плотно вошло в нашу жизнь, только об этом многие не задумываются. Для работы системе нужно три составляющие:

  1. GPS состоит из 24-х искусственных спутников Земли семейства NAVSTAR, первый из которых отправился на орбиту ещё в 1978 году. Именно такое количество спутников нужно для обеспечения работоспособности системы навигации. Чтобы система работала бесперебойно, на орбите кружит еще пара спящих аппаратов, готовых заменить вышедших из строя «собратьев». Основа их функциональной составляющей является работающий на частоте 1575,42 МГц и 1227,6 МГц передатчик мощностью 50 Вт, передающий пучок данных на Землю и атомные часы, обеспечивающие постоянную абсолютную координацию всей группы. То есть время на всех спутниках строго синхронизировано до милинаномикросекунд (но это не точно). Именно такая точность в определении времени дает возможность всей системе выполнять свои задачи. Это что касается космического флота.
  2. Все движение спутников и данные, которые они посылают на землю, контролируются и корректируются с наземных станций слежения. У них работа самая важная, и в то же время, самая незаметная. Их работа и опасна и трудна, и на первый взгляд как будто не видна..Многие забывают об этой составляющей, хотя она является сердцем основной вычислительной работы системы вцелом.
  3. В систему также входят и спутниковые приемники. Их может быть бессчетное множество. Как самых простых, установленных в навигаторах, так и технически сложных, находящихся в геодезическом и другом высокоточном оборудовании. Задача приемников уловить, записать и обработать данные, принимаемые от спутниковых передатчиков. Если проводить параллель, то спутник — это передающая антенна, а приемник — это радио в Вашей машине. Антенна транслирует аудио сигнал, а радио обрабатывает его в необходимую нам музыку. Так же и GPS приемники выдают нам в итоге конечную информацию в виде геопозиционирования.

 Задача GPS измерений в геодезии

С помощью GPS решается много задач. Рассмотрим вкратце:

  • в масштабах планеты GPS измерения используют еще для наблюдения за глобальными геологическими процессами. Например за движением тектонических плит. Стоя на движущейся плите, нельзя с помощью обычных приборов оценить ее движение. А с помощью спутниковых наблюдений — можно.
  • создание или реконструкция различных опорных и съемочных сетей. Это одно из основных направлений использования. Смысл заключается в том, что с помощью спутниковых приемников определяют местоположение опорных пунктов, которые, впоследствии будут использоваться в качестве исходных при строительстве или других геодезических работах. Далее в бой вступают уже тахеометры, нивелиры и некоторые другие геодезические приборы.
  • GPS приемники могут использоваться и для проведения непосредственно геодезических работ. Если позволяет местность и сигнал от спутников стабильный, то можно непосредственно проводить топографические съемки разных масштабов, выносить в натуру различные проекты минуя стадию закладки опорных пунктов.
  • в кадастровых работах также часто используются GPS технологии при межевании и выносе в натуру границ земельного участка. В настоящее время подавляющее большинство кадастровых инженеров использует геодезические приемники для обеспечения определения кадастровых координат относительно пунктов геодезической государственной сети (ГГС).

Как же определяются координаты при помощи приемников, и при чем тут ГГС?

Принцип работы GPS приемников

Чтобы определить просто положение на местности (широту и долготу), потребуется поймать сигнал минимум трёх спутников, а если нужна ещё и высота над уровнем моря — минимум четырёх. Это относится к ЛЮБЫМ спутниковым приемникам. Конечно, чем больше сигналов ловит приемник — тем точнее и быстрее определяется его местоположение.

Также нужно знать, что практически все геодезические спутниковые приемники обрабатывают не только сигналы GPS (США). Для более устойчивого определения местоположения используются одновременно и спутниковые системы ГЛОНАСС (Российская), Galileo (Европейская) и Compass (ранее Beidou — Китайская). С учетом всех четырех созвездий спутников точность и скорость работы повышается в несколько раз. В нашей полосе в открытом поле можно одновременно наблюдать до 60 спутников.

GPS-приемник получает от спутников их орбитальные координаты, время с точностью до наносекунды, текущие дату и точное время отправки сигнала. Такую информацию отправляет каждый спутник. GPS-приемник рассчитывает расстояние до него, а при получении информации от нескольких спутников — взаимное их расположение, а также собственные координаты.

Принцип определения координат приемника достаточно прост. Они получаются методом обратных засечек от передатчиков спутников. Обо всем по порядку. Передатчик и приемник имеют высокоточные часы. В спутнике они атомные с погрешностью 10¯9 секунды/год. В геодезических приемниках часы попроще, но тоже гораздо точнее наручных. Передатчик высылает кодированный сигнал с данными о времени передачи, своей орбите и координатах и многое другое. Сигнал со скоростью света достигает приемника и обрабатывается им. Время передачи и приема различается на незначительную величину, но именно по этим данным можно определить расстояние до спутника. Поэтому и часы должны быть очень точными. Расстояние есть скорость помноженная на время. Перемножив скорость света и время прохождения сигнала и определяется псевдодальность до спутника. И так происходит со всеми спутниковыми сигналами.

Получается, что в каждый момент времени приемник получает одновременно сигналы от нескольких спутников и определяет свое местоположение относительно них. Понятно, что спутники постоянно движутся по разным орбитам, и приемник не стоит на месте. Учет этих и других факторов ложится на вычислительную мощь приемника и наземных центров управления системой.

Этот принцип един и для геодезических и для любых других гражданских приемников (навигаторы в телефонах, часах и т.д). Но отличия все же есть, и они достаточно критичны. Иначе любой бы смог с помощью телефона проводить геодезические работы.

Разница в GPS приемниках геодезических и обычных

Обычный навигаторСначала необходимо немного рассказать о сигналах, которые передают спутники. На самом деле сигналы передаются в закодированном виде на двух модулированных частотах, названных выше. Навигационные приемники, не имеющие специальных дешифраторов (платных), могут обработать только «грубый» открытый код, посылаемый передатчиками. В него преднамеренно введена случайная незначительная ошибка. И именно она обуславливает столь невысокую точность обычных навигаторов. Сделано это из коммерческих соображений- «неиспорченную частоту» нужно покупать. И цена на данный момент каждой частоты превышает 100 тыс. рублей. Бытовым навигаторам достаточно точности открытого кода, поэтому они не так дороги, как геодезические приемники.

геодезический GPS приемник Второе различие- приемники в навигаторах работают в одиночку и определяют свое абсолютное местоположение. То есть без дополнительных уравниваний и других приемников. Они самодостаточны. Точность определения может достигать 20 и более метров. А геодезические приемники работают минимум в паре. Один находится на пункте с известными координатами (база), а второй- на определяемом пункте (ровер). Они находятся в относительной близости друг от друга (до 50 км) и должны получать сигналы от одинаковых спутников. Получается, что координаты определяемого пункта вычисляются не относительно летающих спутников, а относительно известного пункта. За счет этого точность определения положения приемника достигает 1-2 сантиметра.

Важным в этом случае является выбор пунктов ГГС (где база стоит), к которым будут привязываться спутниковые измерения. Эти пункты нужно знать, где искать. Нужно иметь их координаты в необходимой системе и знать, какие можно использовать для расчетов, а какие нет. Так как закладывались пункты ГГС в середине прошлого столетия, и многие из них утеряны или имеют большую ошибку в местоположении. Для исключения погрешности самих исходных пунктов приходится пользоваться сразу несколькими и проводить уравнивание, исключая совсем бракованные экземпляры. Пункты находятся на расстоянии в среднем 5- 15 км друг от друга в европейской части России. Представьте, какую работу нужно сначала провести, чтобы в итоге на объекте приемник показывал среднеправильные значения координат для данной местности.

Также из отличий можно отметить цену (многократная разница), мощность, внутреннюю начинку и размер (геодезические значительно больше).

Теперь ясно, что навигатор и геодезический приемник друг другу не ровня?
Конечно, это и ежу понятно!
65.12%
Не верю - у меня Айфон последнего поколения - точнее не бывает!
19.38%
Я не еж, но мне не понятно!
15.5%
Проголосовало: 129

Методы геодезических измерений GPS приемниками

Один из приемников должен находится на базе (с известным местоположением). Второй перемещается по определяемым пунктам. Есть несколько вариантов его передвижения. В этом и заключаются методологические отличия.

  • Статический метод- самый точный- 5мм + 1мм/км. На пункте необходимо наблюдать не менее 1 часа. Применяется для создания и развития опорных геодезических сетей.
  • Быстростатический метод- точность сопоставима с кинематическим, но менее достоверен. Длительность наблюдений 15-20 минут. Применяется для создания сетей сгущения.
  • Кинематический метод Stop-and-Go- около 1-2см + 2мм/км. Продолжительность на пункте около 30 сек. Часто применяется в топосъемке на открытой местности с небольшим количеством контуров.
  • Непрерывный кинематический метод- точность порядка 10-15см. Приемник движется непрерывно. Используется для трассирования линейных объектов (дороги, ЛЭП, подземные коммуникации и т.д)
  • С развитием GSM технологий появился самый «продвинутый метод»- RTK. Точность сопоставима с быстростатическим  методом, но измерения проводятся несколько секунд. В Москве и ближайшем Подмосковье в связи с большим количеством непрерывно работающих базовых станций этот метод считается предпочтительным (если, конечно, оборудование позволяет).

Как видно — методы отличаются временем непрерывного нахождения приемника на определяемом пункте. Чем дольше — тем точнее.

Стоимость работ с использованием GPS приемников

GPS измерения включаются в состав большинства инженерно-изыскательских  и кадастровых работ, поэтому и стоимость  измерений прописывается в смете на данный вид работ. То есть эти измерения являются одним из этапов проведения топографической съемки, межевания и т.д.

Как отдельный вид- GPS определение координат пунктов проводится для создания опорных сетей, для разных строительных и не только нужд. Стоимость определения местоположения спутниковым методом можно узнать в составе других видов работ по кнопке ниже.

Можно просто написать

Наши соцсети:

Телефон: 8 (903) 253-35-84, Илья

Отправляя, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта и ждете конструктивный и грамотный ответ.

ООО «Землемер»Лого Для Вас!

Понравилась статья? Поделись с друзьями!
Илья Чернышев
Оцените автора
( 4 оценки, среднее 4.5 из 5 )
ООО "Землемер"