Тема 8. Преобразование плановых и высотных координат.

Задачи локального преобразования.

• нахождение максимально точных оценок для параметров трансформирования (то есть параметров масштаба, сдвига и вращения);

• достижение такой комбинации координатных систем, которая уменьшает поправки к наблюдениям;

• учет стохастической модели сети (ошибки наблюдений, 1-3мм+мм/км для спутниковых, взаимное положение пунктов в ггс)

Поскольку у нас присутствуют ошибки при создании этих сетей

В спутниковых сетях ошибка – это неточное задание координат базовой станции. В классических сетях – это в основном ошибки смещения референс-эллипсоида, плюс ошибки, которые накапливаются – локальные деформации геодезической сети. Эти ошибки начинают сказываться на трансформировании координат объектов. Координаты ложатся, мягко говоря, рядом.

(title) Основные типы преобразований

1. Классический (аналитический) – когда преобразование задается формулой. 7-параметровое преобразование подобия в декартовых или эллипсоидальных координатах (методы Гельмерта (xyz) и Молоденского (blh)) (если необходимо сохранить геометрию существующей спутниковой сети). Масштабный коэффициент остается одним по всем направлениям.

2. Интерполяционный – метод нелинейной многопараметрической регрессии (если же необходимо наилучшим образом вписать спутниковую сеть под уже существующую сеть, то адекватным является интерполяционный подход, в котором геометрия сети не сохраняется. Масштабный коэффициент оп разным направлениям разный. Меняются длинны линий, расстояния между пунктами. Для государственных объектов (в государственных геодезических службах).

(title) Основные причины некорректного преобразования

• Несоответствие точности определения положения пунктов ГГС (пункты триангуляции 1-4 классов) точности встраиваемых спутниковых сетей (их точность на 1-2 порядка выше). Более точные пункты ГГС спасли бы положение. Если бы была запущена сеть пунктов фундаментальной астрономо-ГС (ФАГС), ну и высокоточные, тогда мы бы привязывали пункты не к триангуляции, а к нормальной точной сети WGS ~100 ФАГС, 36 действующие, 10 публично, в системе ГСК-2011.

• Плановая ГГС (широты, долготы) создана в геометрической системе отсчета (относительно референц-эллипсоида), а высотная ГГС (нормальные высоты) – в гравитационной системе – относительно квазигеоида (или геоида). Спутниковая сеть – образует трехмерную пространственную систему с примерно равными по точности координатами в геометрической системе отсчета. Широта и долгота, а у нас – трехмерная система, высотная (нормальные высоты) они определены в гравитационной системе относительно геоида. То есть мы из трехмерной переводим в двухмерную и одномерную, определенную из разных физических величин.

• Плохая математическая обусловленность системы уравниваний связи координат на локальной области (наличие погрешностей измерений в обоих системах координат и погрешностей модели преобразования). Неизвестные в уравнениях – это погрешности, чтобы оценить всё это надо иметь большое количество измерений, а поскольку эту задачу мы с вами решаем на локальной области, мы не будем измерять пол страны чтобы определить параметры.

(title) Определение нормальных высот по спутниковым наблюдениям

• из спутниковых наблюдений положение определяемых пунктов получают форме прямоугольных XYZ и/или геодезических BLH координат в единой системе осей общеземного эллипсоида.

• Геодезистам и инженерам обычно нужны высоты от уровня моря H, в установленной Балтийской системе нормальных высот БСВ-77.

H^gamma = H – eta.

где h^gamma – нормальная высота пункта (над поверхностью квазигеоида), а eta – высота квазигеоида над эллипсоидом.

(title) Модели геоида

Модели геоида могут быть представлены в виде точечных значений, профилей или карт и могут быть аппроксимироваться функцией. Модели геоиодв различают по размеру охватываемой ими территории

• планетарные (глобальные)

• региональные (национальные)

• локальные (местные или на конкретных объектах)

и по методам получения их характеристик

• астрономо-гравиметрические

• спутниковые

• геодезические

• гравиметрические.

коэффициенты C и S. Описываются до степени 180 и 360.

Глобально – это наборы коэффициентов, которые описываются глобальной сеткой. На уровне 1-2 метров описывают реальное состояние. Сетка как правило делается пяти- или одноградусная. Модели EGM-96 и EGM-2008. Для территории сибири очень хорошо подходит.

региональные создаются странами для себя. Порядка 20 моделей, кроме модели на территорию этой страны.

локальные мы по хорошему должны поставить из измерений, но по факту: разница такая значит геоид будет такой. Неееее, в нивилеровках ггс могут быть ошибки, опять же они будут зависеть от набора пунктов.

астрономо-гравиметрическое.

из спутниковых данных. откуда взять нормальные высоты? у нас решается задача не обратная (определение координат точек) а прямая (от точки определяем координаты спутника), то есть если много высокоточных спутниковых измерений – можно получить модель гравитационного поля, так как у нас спутник летит в гравитационном поле земли. так что спутниковый метод получения – это определение орбит спутников.

геодезические методы – нивилирование, триангуляция и полигонометрия.

гравиметрия – гравиметрические съемки, которые хорошо сопровождать определением положения.

гравиметр – система из кварцевых нитей (микронной толщины), колебание которых показывает изменение силы тяжести.

(title) Карта высот планетарного геоида

Линии эквипотенциальной поверхности …

Ноль – уровень мирового океана.

глобальные модели это хорошо, но для высокоточных не катят. надо егиональные или локальные.

Еще один метод трансформирования – метод конечных элементов. Общая концепция – есть 2 набора координат (набора пунктов, класткров), и по набору вот этих точек определяются локальные параметры на небольшие участки.

чем неудобно – программа. рейнар ягер – один из разработчиков.

( x | y | z) = m*( 1 | omega_x | -omega_y || -omega_z | 1 | omega_x || omega_y | -omega_x | 1 ) * (delta_x | delta_y | delta_z )_c;

Чтобы осуществить это преобразование между основными системами координат (WGS-84 и СК-95)

ГОСТ Р-51.79.4-2008 «ГНСС. Системы координат. Методы преобразования координат определяемых точек» - задает оценочные параметры для работы с системами координат.

Задаются на основании уравнения Гельберта.

WGS-84 --> ПЗ-90.02 --> СК-95

Геоцентрическая, снабженная референсной, эллипсоид WGS-84

Собственный эллипсоид ПЗ-90.

СК-95 референсная система координат, эллипсоид Крассовского 40-го года

Если пропустить переход в ПЗ-90, точность преобразования координат будет составлять 3-4 метра по широте и 7-8 метров по долготе в северных широта.

ПЗ-90 a=6378136м сжатие alpha=1/298.25784

WGS-84 a=6378137 alpha=1/298.257223563

Крассовского a=6378245 alpha=1/298.3

Для согласованности данных (чтобы все карты не переиздавать)

Параметры преобразования.

ПЗ-90.02 --> СК-95

\	WGS-84 --> ПЗ-90.02	ПЗ-90.02 --> СК-95
m	0	-0.22e-6
delta_x	-0.36	+24.83
delta_y	+0.08	-130.97
delta_z	+0.18	-81.74
omega_x	0	0.0''
omega_y	0	0.0''
omega_z	0	-0.13''

m – Масштабный коэффициент, omega – углы поворота, delta x – смещение, метры.

[L] 2013-05-07

Оставшиеся 2 лекции будут около-джипиэсным темам

Интеграция/объединение/комплексирование ГНСС аппаратуры/методов с другими направлениями.

Спутниковые технологии непосредственно интересны только геодезистам.

в 1999 вроде вышла статья, в который был проведен анализ рынка сбыта спутниковых систем. 2005 – пятирублевая (или евровая) монета.

Геодезическое применение – 7%. Военные – 12%. Машиностроители, строители (для стройки – например, Комсомольский мост, там делается развязка, насыпаются подложка под дорогу, там как раз строители используют спутн. технологии для управления тяжелой строительной техники. Датчик на ноже грейдера. Он выносится на проектное положение. Точность 10 см хватает за глаза. Немцы кстати строят с двухсантиметровой точностью.

Еще пример – порты и большие строительные площадки с различной тяжелой техникой. Мазы, белазы – высота 7 метров, там чисто для навигации используется цифровая модель. На каждом шлеме человека стоит блок. Водителю на монитор передается где люди. Ну или в диспетчерском центре.

Техника карьерная. Самая большая выемка грунта – на алмазном месторождении трубка мира. Начинается грейдером снятие земли, глубина сейчас – порядка 3-4 км, радиус 4 км. Смысл в том что следить за этой техникой довольно сложно. На трубке мира такой техники нет, а в южно-африканском месторождении на краях ставят псевдо-спутники.

Каких-то новых картинок нет, так что сегодня даже без проектора.

Помимо строительных и добывающих отраслей спутниковые технологии применяются в сельском хозяйстве, так называемая GPS ArgoCulture (Точное сельское хозяйство). Есть поле, есть дядя вася тракторист, который работает в светлое время суток. Посевная – это довольно напряженный период времени. В течении пары недель надо засеять в максимально сжатые сроки, и как можно быстрее, так как подходят не все дни. Хорошо бы работать днем и ночью. Плюс работы автоматизированной техники. Мы ставим модуль в трактор чтобы он сам ездил (людей конечно сажают на случай). Зазоры-перекрытия – до полметра. Когда засеваем та же фигня. Нужен либо квалифицированный точный водитель, либо навигация – 10 сантиметров стыковка. Обработка различными удобрениями.

Экономия от внедрения точной навигации в сельское хозяйство может достигать порядка 30% оборота (на посевных, на времени), а это простите домного.

Мы идем к получению информации на основе ГИС-технологий: точно известно что где посадили, чем обработали и т.п.

Фермеры, которые занимаются не производством зерновой продукции, а занимаются мясомолочной промышленностью (крупным, мелким рогатым скотом). А поставим датчик на корову и интегрируем его не только с коровой, а еще и: медицинский датчик. У вас на мониторе слежения можно найти.

Вместо трактора обрабатываем удобрениями с самолета.

Еще потребитель – коммунальные службы. Где проложены трубы, где коллекторы (закатали в асфальт все люки). В Европе меряют ливневые решетки хуманы с антенной на голове.

ГИС-приложения. Нас интересует местоположение, но обычно – метаинформация.

Индонавигация (indoor navigation). Навигация в помещениях.

У нас есть ГНСС, есть сигналы от спутников, в помещении они не работают. В помещениях нам надо: людям с ограниченными возможностями; строительные ангары; аэропорты.

Проблемы. Во-первых, нет сигнала. Встроенные мультидатчики: инерционная система (гироскоп). Высоту как можно определить: по давлению. В чем проблема с интегрированием таких датчиков? надо переключаться между ними. Инерционный показывает вообще только изменение положения.

Адометры, шагомеры. Поставить на плату - не проблема, а обеспечить их функционирование...

Лаборатория Ягера в университете Карлсроя. Проблемы две: сомнительный уровень знаний и незнание языка.

Low cost gnss and trends

• Low cost high precise software receiver

• online precise point positioning (opp) non d-gnss

• RTKLIB

Сами собираем приемники, собираем софт, etc.

Way 1: infrastructure-sensor based indoornavigation (pseudosatellites, wlan, etc) «landmarks».

Way 2: New Way SatNav&MIT B.W. Joint RaD Project (NAVKA): Autonomus MEMS-Sensors + New Algorithms «Deep-coupling»

6.Georeferenced markers

Navigation State Vector and Mobile Georeferencing

[L] 2013-05-13

Для лекций посл. раз, на след. неделе лекция для сдачи хвостов.