Глава 18

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ СЪЕМОК

§ 102. Понятие об автоматизированных методах топографических съемок

Переход на системное автоматизированное проектирование на базе цифровых моделей местности (см. § 60) обусловил необходимость по­вышения точности и увеличения объемов информации о снимаемой местности. Это потребовало разработки методов автоматизации как самого процесса топографических съемок, так и обработки их резуль­татов.

Автоматизация процесса наземных топографических съемок обес­печивается внедрением в геодезическую практику новых способов, си­стем сбора и первичной обработки топографо-геодезической информа­ции, из которых можно выделить динамические топографические и лазерно-параллактические системы, электронную тахеометрию и спут­никовую систему позиционирования.

Динамические топографические системы основаны на использова­нии непрерывно перемещающейся визирной цели, плановые координа­ты положения которой определяются линейными засечками, а высоты измеряют методом геометрического нивелирования с использованием лазерной плоскости. Примером такой системы является автоматизиро­ванная топографическая операционная система (АТОС), которая пред­назначена для выполнения съемок в масштабе 1:2000 с сечением рельефа через 0,5 м.

Полевой комплекс АТОС смонтирован на автомобиле и включает высотомер на базе опорной лазерной плоскости, четыре геодезических радиодальномера типа РДГВ или РДЛ и полуавтоматического регистра­тора информации. Высотомер состоит из излучателя лазерной плоско­сти, располагаемого на точках съемочного обоснования, фотоприемной рейки и блока усилителя, устанавливаемых в кузове автомобиля. Четы­ре радиодальномера, из которых два находятся на точках съемочного обоснования, а два — на автомобиле, образуют двухканальную систе­му, позволяющую определять плановые координаты пикетов обратной линейной засечкой. 18*

В процессе съемки движение автомобиля происходит по дуге, при­чем створы радиодальномеров должны пересекаться под утлом, близ­ким к 90°. Пикеты определяют через 15 м по концентрическим дугам, располагаемым на отстоянии 15 —30 м друг от друга. Точность опреде­ления планового положения пикетов в движении составляет 0,5 м (при остановках 0,13 м), высот — 3,3 см при дальности 600 м.

Регистратор полевой информации (РИП 01) представляет собой магнитофон с записью данных на компакт-кассету, вмещающую запись до 1000 пикетов. Результаты передаются в камеральный комплекс, со­стоящий из технических средств обработки информации на базе экс­педиции и вычислительного центра.

Современные регистраторы информации, предназначенные для регистрации, обработки и хранения информации, полученной в поле­вых условиях, состоят из микропроцессора, клавиатуры ввода данных, вычислителя и накопителя. Посредством интерфейса полевой регист­ратор может быть подключен к ЭВМ; возможна также работа с регист­ратором в автономном режиме.

Лазерно-параллактические системы также используют принцип создания лазерной плоскости. Передающее устройство включает лазер­ный передатчик с вращающейся головкой, формирующей горизонталь­ный и наклонный пучки, и радиопередатчик. Приемное устройство представляет собой фотоприемник с объективом кругового обзора на телескопической штанге, на которой закреплен также радиоприемник и вычислительное устройство. Передающее устройство устанавливают на станции стояния, а приемное устройство — на пикетах.

Высота пикетов определяется фиксацией фотоприемником отсчета по горизонтальному лучу, а расстояние — с использованием параллакти­ческого угла, составленного горизонтальным и наклонным лазерными пучками. Информация об угле поворота вращающейся головки прини­мается радиоприемником приемного устройства. Координаты пикетов вычисляются и фиксируются на табло вычислительного устройства.

Приведенные выше способы съемки применимы только на откры­той местности. Более универсальным является способ электронной тахеометрии.

Электронная тахеометрия. В начальный период развитие автоматизи­рованных средств угловых и линейных измерений происходило независи­мо, причем в первую очередь были созданы приборы для автоматизации линейных измерений (радио- и светодальномеры). В дальнейшем это на­правление развивалось путем создания угломерно-дальномерных комплек­сов, включающих в себя оптический теодолит, на котором в виде насадки закреплялся светодальномер; для выполнения вычислений в полевых усло­виях использовался программируемый микрокалькулятор. Следующим шагом в автоматизации геодезических измерений является создание элект­ронно-оптических тахеометров, конструктивно совмещающих в одном приборе светодальномер, теодолит и вычислительное устройство (см. § 98).

Современные электронные тахеометры объединяют в себе электрон­ный теодолит, светодальномер, микроЭВМ с пакетом прикладных про­грамм и регистратор информации (модуль памяти). Для управления работой прибора служит пульт управления с клавиатурой ввода данных

ГШ* II. Ш8МЛТШРВВШЫЕ МЕТОДЫ СЪЕМВ!

и управляющих сигналов. Результаты измерений высвечиваются на экране дисплея (цифровом табло) и автоматически заносятся в карту памяти. Передача накопленной информации в компьютер может вы­полняться непосредственно из карты памяти либо путем подсоедине­ния тахеометра к компьютеру с помощью интерфейсного кабеля.

В принципе порядок производства электронной тахеометрической съемки аналогичен съемке, выполняемой оптическими тахеометрами. Электронный тахеометр устанавливают в рабочее положение на съемоч­ной станции; на пикетных точках последовательно устанавливают спе­циальные вешки с отражателями, при наведении на которые автомати­чески определяют расстояние, горизонтальный и вертикальный углы. МикроЭВМ тахеометра по результатам измерений вычисляет прираще­ния координат Ах, Ау и Л с учетом поправок. Результаты измерений вводятся в накопитель информации, из которого информация поступа­ет на ЭВМ. По специальной программе выполняется окончательная обработка с получением данных, необходимых для построения цифро­вой модели местности или топографического плана.

Спутниковые системы позиционирования\ К новым геодезическим технологиям относятся методы определения координат точек (позицио­нирования) по сигналам со специальных спутников Земли, движущих­ся по определенным орбитам.

Созданные в 70-е гг. XX в. спутниковые радионавигационные сис­темы «Цикада» (СССР) и «Транзит» (США) использовались для навига­ционного обеспечения задач мореплавания, авиации, сухопутного транспорта и в военном деле. По мере развития науки и техники и повышения точности определения координат точек спутниковые нави­гационные системы получили применение для решения широкого кру­га геодезических задач.

В настоящее время действуют две спутниковые системы определе­ния координат: российская система ГЛОНАСС (Глобальная навигаци­онная спутниковая система) и американская система ЫАУЗТАК СР5 (Навигационная система определения расстояний и времени, глобаль­ная система позиционирования).

Система спутникового позиционирования включает три сегмента: созвездия космических аппаратов (спутников), наземного контроля и управления, приемных устройств (аппаратуры пользователей).

Сегмент космических аппаратов. Каждая из современных систем СР5 и ГЛОНАСС состоит из 24 спутников (21 действующего и 3 резерв­ных), которые обращаются вокруг Земли по практически круговым орбитам. Орбиты спутников СР5 расположены в шести плоскостях по 4 спутника в каждой (рис. 126, а); средняя высота орбиты — около 20 180 км, период обращения спутников вокруг Земли составляет 11 ч 58 мин. Такое количество спутников и их расположение обеспечи­вают одновременный прием сигналов как минимум от четырех спутни­ков в любой точке Земли в любое время. С 1983 г. система СР5 открыта для гражданских потребителей. Спутники ГЛОНАСС вращаются во­круг Земли в трех орбитальных плоскостях по 8 спутников в каждой (рис. 126, б) на высоте около 19 150 км, период обращения — 11 ч 16 мин. В январе 1996 г. ГЛОНАСС развернута полностью.

б

Рис. 126. Созвездия искусственных спутников: а — ЫАУЗТАК СР5; б — ГЛОНАСС

На каждом спутнике СРЗ и ГЛОНАСС установлены солнечные ба­тареи питания, приемно-передающая аппаратура, эталоны частоты и времени, бортовые компьютеры и уголковые отражатели для лазерной дальнометрии.

Сегмент наземного контроля и управления состоит из сети станций слежения за спутниками, равномерно размещенных по территории страны, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станцией загрузки данных на борт спутников. С пунктов слежения дважды в сутки лазерным дальномером измеряются расстоя­ния до каждого из спутников. Собранную информацию о положении спутников на орбитах (эфемеридах) передают на бортовой компьютер каждого спутника. Спутники непрерывно излучают для пользователей измерительные радиосигналы, данные о системном времени, свои ко­ординаты и другие сведения.

Сегмент приемных устройств включает спутниковый приемник, антенну, управляющий орган-контроллер, источник питания и другие вспомогательные средства.

Определение координат точек земной поверхности с помощью спут­ников основано на радиодальномерных измерениях дальностей от спут­ников до приемника, установленного на определяемой точке. Если измерить дальности К₂ и К₃ до трех спутников (рис. 127), координаты которых на данный момент времени известны, то методом линейной пространственной засечки можно определить координаты точки стоя­ния приемника Р. Из-за несинхронности хода часов на спутнике и в приемнике определенные до спутников расстояния будут отличаться от истинных. Такие ошибочные расстояния получили название «псевдо­дальностей». Для исключения этих погрешностей определение коорди­нат точек с достаточной точностью возможно при одновременном наблюдении не менее 4 спутников.

а

Системы спутникового позиционирования работают в гринвичской пространственной прямоугольной системе координат с началом, совпа-

Спутники

станция станция

Рис. 127. Принципиальная схема спутниковой системы позиционирования

дающим с центром масс Земли. При этом система СР5 использует ко­ординаты мировой геодезической системы \УС5-84 (ЧЛ/ЪгШ СеойеНс 5уз1:ет,1984 г.), а ГЛОНАСС — систему координат ПЗ-90 (Параметры Земли, 1990 г.). Обе координатные системы установлены независимо друг от друга по результатам высокоточных геодезических и астроно­мических наблюдений. Поскольку эти координатные системы основа­ны на разных эллипсоидах и ориентированы на разные территории, геодезические и прямоугольные координаты одних и тех же точек зем­ной поверхности в этих системах не совпадают. Большинство совре­менных приемников работают со спутниками СР5, поэтому координа­ты измеренных точек получают чаще всего в системе \УСЗ-84. Для перехода к государственной или местной системе координат использу­ют предусмотренную программами обработки функцию трансформи­рования.