Усі лекції
.pdfМатеріали до здачі готуються в відповідності до вимог нормативнотехнічних документів.
Запис результатів спостережень у програмному забезпеченні рекомендується виконувати у RINEXформаті, оскільки це надає можливість візуально перевірити запис інформації і використати результати спостережень при опрацювання іншим програмним продуктом. Крім того, універсальний RINEX-формат дозволяє об’єднати спостереження супутників різних навігаційних систем (GPS, ГЛОНАСС).
Отже, основними етапами опрацювання даних GPS спостережень є:
1.Імпорт файлів з даними. Він можливий безпосередньо з приймача, або з вже переписаних даних в інших програмних продуктах в сумісних форматах, або
вформаті RINEX.
2.Опрацювання базових ліній. Базові лінії – це вектори, які простягаються від базової точки до точки роверного приймача, що одночасно проводили спостереження. Опрацювання базових ліній – це процес врахування диференціальних поправок, що дає можливість при подальшому зрівнюванні покращити точність точок знімань. Диференційні поправки залежать від методу спостережень та умов знімання (видимості супутників, їх кількості, неперервності їх спостереження обома приймачами та ще багатьма іншими факторами).
Після опрацювання базових ліній проводять зрівноваження. Зрівноваження спрямоване на отримання більш точних значень точок знімання на основі масивів вимірювань.
4.Калібрування. В результаті калібрування встановлюється залежність між точками в системі координат WGS-84, отриманими за допомогою GPSприймачів, та місцевими координатами в обраній картографічній проекції. Замість калібрування можна перетворити координати за допомогою коефіцієнтів перетворення, якщо вони відомі для двох даних систем.
5.Створення планів та карт на основі точок GPS-знімання або виготовлення інших моделей земної поверхні (наприклад, тривимірної), в залежності від потреби, та виконання інших задач.
6.Експорт в формати інших програмних продуктів. Як бачимо, процес опрацювання даних GPS-спостережень повністю автоматизований, тому далі розглянемо більш детально процес обробки даних із застосуванням спеціальних програмних продуктів.
Опрацювання даних GPS-спостережень із застосуванням спеціальних програмних продуктів
13
1. Імпорт файлів з даними GPS-спостережень первинно виконується безпосередньо з приймача. Для цього спочатку в програмному продукті створюють новий проект. Він має містити одне логічно закінчене знімання об’єкту або місцевості, незалежно від кількості GPS сесій та методів, якими вони були виконані.
В цьому проекті проходить повний цикл опрацювання даних – від імпорту з приймача до отримання кінцевих результатів для яких і виконувались GPSспостереження. При створенні проекту необхідно обов’язково вводити його параметри та властивості, такі як одиниці вимірювання довжин, кутів, метеопараметри, годинний пояс, референц еліпсоїд, параметри перетворення систем координат, модель геоїда та багато інших.
Будь-яке програмне забезпечення зчитує результати спостережень, як правило, тільки у двох форматах. Це спеціальний формат приймача фірми виробника і RINEX – формат, проте деякі програмні продукти можуть зчитувати багато форматів.
Перед остаточним записом результатів спостережень необхідно перевірити за польовими журналами спостережень наявність усіх вимірів, назви пунктів спостережень, висоти антени та фазового центру, елементи приведення фазового центру антени. При виявленні помилок їх виправляють. При записі результатів спостережень також необхідно вказати тип супутникових ефемерид (broadcast або precise). Супутникові (broadcast) ефемериди поширюються разом із супутниковим сигналом і записуються приймачем у файли результатів вимірів. Точні (precise) ефемериди визначаються за результатами спостережень станцій стеження за супутниками і поширюються за допомогою мережі Інтернет із запізненням у часі від 1 до 6 діб. Вони використовуються при високоточних спостереженнях.
2. Наступний етап опрацювання супутникових радіонавігаційних спостережень базується на сумісній обробці відкоригованих результатів спостережень на окремих станціях і визначенні приростів координат усіх можливих векторів базових ліній.
Опрацювання векторів може виконуватись наступними способами:
-визначення окремих базисних ліній і їх об’єднання в мережі;
-обчислення односеансних спостережень, проведених на багатьох станціях;
-сумісна обробка даних декількох сеансів спостережень.
Розв'язок векторів базових ліній отримують об'єднанням всієї одержаної у результаті вимірювань інформації (двочастотні, фазові, кодові та допплеровські
14
спостереження). При цьому необхідно врахувати тропосферну та іоносферну затримки поширення супутникового сигналу. При розв'язку векторів програмним забезпеченням фірм виробників супутникової радіонавігаційної апаратури для врахування тропосферної та іоносферної затримок використовують стандартні моделі. Для тропосфери приймається модель Hopfield, для іоносфери – стандартна модель. Перед розв'язком векторів необхідно вказати наближену максимальну довжину вектора і апріорну середню квадратичну похибку визначення довжини вектора. Розв'язок неоднозначності (врахування диференційних поправок) на векторах до 20 км виконується стандартними методами. Для векторів більшої довжини використовуються спеціальні методи (наприклад, Fara).
Якщо програмний продукт не вибирає автоматично оптимальний метод розв'язку неоднозначності за вказаною наближеною довжиною вектора, то необхідно у відповідному вікні програмного продукту вибрати спосіб розв'язку неоднозначності. Критерієм достовірного визначення компонент вектора є розв'язок фазової неоднозначності. У випадку нерозв'язання фазової неоднозначності виконується детальне проведення аналізу кількості супутників, до яких проводились виміри, та зміни величини GDOP.
Якщо на початку або у кінці інтервалу спостережень кількість супутників, до яких проводились виміри, була недостатньою або параметр GDOP перевершував 6 одиниць, то допускається коригування обсерваційного файлу RINEX-формату шляхом вилучення початкових або кінцевих епох, які не задовольняють умовам спостережень. Якщо повторне опрацювання відкоригованого файлу не дозволяє розв'язати фазову неоднозначність, то точки підлягають повторним вимірюванням.
3. На основі оброблених базових ліній відбувається зрівнювання мережі. Перед зрівнюванням мереж необхідно виконати перевірку розв'язаних векторів базових ліній на наявність недопустимих похибок. Для цього необхідно всі вектори включити у окремі трикутники і визначити нев'язки цих трикутників за приростами усіх координат. За нев'язками приростів координат визначається загальна нев'язка кожного трикутника за наступним виразом
= √∆ 2 + ∆ 2 + ∆ 2
де x, y, z – нев'язки трикутника за відповідними координатами.
4.Загальноземні системи координат і моделі геоїда часто не враховують регіональні спотворення при переході до прямокутної системи координат. Для зменшення цих спотворень використовується калібрування.
5.Подальше опрацювання даних проходить в тих межах, які необхідні для розв’язання поставлених задач. Це може бути перетворення координат точок з
15
однієї системи в іншу, опрацювання кодів елементів місцевості, інтерполяція, створення тривимірної моделі та виконання інших локальних задач.
Програмні продукти можуть виконувати перетворення координат пунктів з однієї геодезичної системи в іншу за відомими параметрами переходу між ними. Для цього у відповідному вікні програмного забезпечення необхідно ввести сім параметрів переходу між системами координат і записати їх в окремий файл. Допускається визначення локальних параметрів переходу із системи ETRF-89 у систему СК-42 (СК-63, УСК-2000) на територію, охоплену мережею, і визначення за ними координат пунктів у системі СК-42. Для визначення параметрів переходу між системами координат ETRF-89 і СК-42 (СК-63, УСК2000) необхідно ввести координати як мінімум чотирьох вихідних пунктів у системі СК-42 у відповідне вікно програмного забезпечення. Як мінімум три пункти повинні охоплювати по периметру створену мережу, а четвертий пункт повинен знаходитись на території, покритій мережею. У відповідному вікні проводиться введення координат пунктів у системах координат ETRF-89 і СК-42 і проводиться обчислення параметрів переходу і оцінка точності моделі трансформації. Обчислені параметри переходу записують в окремий файл.
Використання кодів під час GPS-спостережень може полегшити нанесення ситуації. Під час знімання кожній точці присвоюється код, який відповідає за певній об’єкт або за межу на місцевості. В програмному продукті, використовуючи спеціальні бібліотеки, можна досить легко і швидко їх розшифрувати та нанести ситуацію. В ідеалі коди (а також назви точок, що доповнюють їх) можуть замінити традиційний зарис, проте під час GPSспостережень виконувати його необхідно.
Проведення інтерполяції відбувається автоматично, проте можливе редагування горизонталей в ручному режимі. Існує можливість імпортувати окремі об’єкти до проекту та використати їх в створенні плану.
6. На будь-якій стадії обробки існує можливість експорту даних GPSспостережень в інші програмні продукти для подальшого опрацювання або використання. Таким чином, використання автоматизації при опрацюванні даних GPS-спостережень значно економить час працівників.
Оцінка точності GPS-спостережень
Основними факторами, що впливають на точність визначення координат точок при GPS-спостереженнях та причинами виникнення похибок є:
1.Кількість супутників, які спостерігає приймач під час знімання;
2.Геометрія супутників;
3.Тривалість спостереження;
16
4. Співвідношення сигнал/шум (SNR);
5. Вплив іоносфери (для одночастотних приймачів).
В основному ці фактори враховуються, проте повністю їх усунути не вдається.
Оцінка точності відбувається в програмних продуктах при опрацюванні базових ліній, зрівнюванні та калібруванні. При цьому інформацію про точність визначення базових ліній і точок можна переглянути, а при недостатній точності для користувача з’являється повідомлення.
Оцінку точності можна провести і в ручному режимі.
Попереднє опрацювання GNSS –спостережень
З метою оперативної оцінки якості спостережень окремих або пунктів і в цілому по мережі, виконується попереднє опрацювання, при якій виконується пошук грубих помилок, що виникли при виконанні GNSS спостережень.
Основні критерії контролю отриманих даних:
порівняння результатів обробки окремих векторів, які визначалися кілька
разів;
оцінка величин замикання фігур;
порівняння отриманих координат пунктів з координатами контрольних вимірів на тих самих пунктах.
Під час опрацювання враховуються фактори, які впливають на точність визначення координат, а саме:
точні орбіти супутників (IGS), при розрахунку векторів/баз;
залежність розміщення фазового центру антени від висоти супутника для моделювання руху фазового центру антени приймача;
розходження фазових центрів антен супутників з центром мас супутників;
зсув стандартів часу на GNSS приймачах і передавачах супутників;
вплив іоносфери і тропосфери;
впливу сонячного тиску;
гравітаційний вплив Сонця і Місяця;
вплив океанічних припливів/відпливів;
рух полюсів і нерівномірність обертання Землі.
17
При використанні координат в режиму RTK, експорт каталогу координат виконується у системі заданій при створенні проекту в ПЗ GNSS приймача до початку спостережень.
Подальший перерахунок координат в інші системи координат виконується в спеціальному ПЗ. Незалежно від режиму визначення координат, каталог координат формується згідно системи координат, які зазначені в технічному звіті. Характеристики точності визначення координат опознаків за результатами обчислень наводяться у відповідних додатках до проекту.
7. Технічний звіт
Після завершення польових та камеральних робіт складається технічний звіт, який описує всю виконану роботу проекту та містить:
текстову частину;
картограму планово-висотної прив’язки опознаків ;
фотографії опознаків на місцевості з 5 позицій (виконуються таким чином щоб було видно місце центрування на опознакові та місцеві об’єкти);
каталоги координат всіх опознаків з коротким описом (Додаток №7) ;
результати визначення координат кожного опознака;
копії свідоцтв про метрологічну повірку GNSS-приймачів;
картограму опорної геодезичної та GNSS мережі, що використовується при визначенні координат опознаків
8. Внутрішній контроль при проведенні робіт з ПВП
Контроль якості виконання польових і камеральних робіт проводиться постійно під час їх проведення. Для незалежної перевірки визначаються координати контрольних точок на кожній десятій стереопарі, яка пов’язана між блоками. Контрольними точками можуть бути розпізнанні пункти ДГМ та інші розпізнані об’єкти місцевості, координати яких визначені в процесі робіт з проектом.
Аналіз і редагування інформації введеної в проект ПП LGO
1. Аналіз завантаження інформації
Спочатку проводиться аналіз повноти завантаження інформації в проект. Для цього відкрити вкладку View / Edit, де за схемою мережі перевірити наявність усіх точок на яких виконані вимірювання, які необхідно обробити в ПП LGO.
18
Якщо вимірювання на точках виконувалися повторно, декількома сеансами "сесіями", потрібно перевірити чи всі вони завантажені в проект. Це зручніше зробити в закладці GPS Proc. У лівому полі цієї закладки показані всі точки, на яких виконані вимірювання, а в правому ці ж сеанси в графічному вигляді у вигляді смужок, довжина яких пропорційна тривалості інтервалу спостережень.
Узакладці View / Edit також необхідно перевірити всі спостереження на кожній точці. Для цього необхідно мати відомості про те, які і коли вимірювання виконувалися в мережі, тобто необхідно від підрозділу, який виконував вимірювання отримати журнали вимірювань. Наявність всіх необхідних інтервалів вимірювань на точці можна отримати за допомогою конкретного меню, яке викликається натисканням правою кнопкою миші на необхідній точці
всхемі.
Уконтексному меню вибрати опцію Edit Intervals (Редагування інтервалів), з'явиться вікно Interval Properties і при активній кнопці Antenna буде видно повну інформація про спостереження на точці.
Розгорнувши верхній рядок у цьому вікні, слід переглянути список усіх сеансів вимірювань в яких брала участь дана точка. Для виправлення можливих помилок, допущених при присвоєнні імен точкам в процесі польових вимірювань в частині найменувань точок, слід переприсвоїти сеанс вимірювань від невірно іменованої точки іншій (правильній) точці. Для цього необхідно
19
повернутися в контенсне меню (вийшовши з поточної закладки і знову клацнувши по точці мишкою правою), вибрати опцію Reassign Interval (перепровірка інтервалу), виділити потрібний сеанс або кілька сеансів (можна вибрати відразу всі використовуючи кнопку Select All), внизу в графі to розгорнути перелік усіх точок в проекті і вказати назва тієї точки, якій присвоюються обрані сеанси.
Редагування завантаженої в проект інформації
Редагування відомостей про антени.
ГНСС-вимірювання і процес їх опрацювання є досить автоматизованими процесами, проте при цьому як оператор польових ГНСС-вимірювань, так і оператор, що виконує камеральну обробку польових вимірювань, повинні повністю розуміти і контролювати всі процеси, які відбуваються в ході вимірювань і їх камерального опрацювання.
Одним з найбільш відповідальних моментів є правильність встановлення (центрування) антени ГНСС приймача над вимірюваною точкою і правильність (точність) вимірювання висоти встановлення антени над точкою. Відповідно оператор камеральноого опрацювання повинен також мати можливість перевірити, яким чином була встановлена антена в полі. Для цього ведуться журнали польових вимірювань, в яких в обов'язковому порядку двічі (до початку вимірювань і після їх завершення) виконавець польових робіт вимірює висоту встановлення антени ГНСС-приймача над пунктом і робить замальовку, якщо вимірюється не вертикальна висота, а похила.
Тип використовуваної антени задається в процесі польових ГНССвимірювань. У ПП LGO існує (прописаний) перелік антен виробництва Leica Geosystems, які випускалися цією фірмою на момент випуску даної версії ПП LGO. Типи антен, які виготовлені після виходу даної версії ПЗ, що не прошиті в ПП, тому при імпорті ГНСС-вимірювань, виконаних антенами, які не описані у ПП, а також типи антен виробників інших (Leica Geosystems) вимагають додаткового опису.
Подивитися перелік авторизованих в програмі антен можна
А) У головному меню програми: Tools → Antenna Management, з'явиться повний список авторизованих антен. В цьому списку перелік антен виробництва
Leica Geosystems.
Зверніть увагу на наявний факт, коли один і той же тип антен повторюється з використанням різних варіантів їх установки Pillar (на турі, Pole (на вісі), Tripod (на штативі), при цьому висота установки антени у всіх цих трьох варіантів різна. Це один і той же тип антени, а приставки до типу вказують яким чином і до якої точки вимірювалася висота антени.
20
Утипу Pillar ( "на турі") висота Total Vertical (загальна вертикальна) вимірюється від головки марки до основи антени, фактично до початку різьблення, часто це місце називають «базою», а в різних документах вона позначається як ARP (Antenna Reference Plane - «опорна поверхня антени») або
BPA (Base Plane Antenna - "базова поверхню антени »).
Утипу Pole ( "на вісі") висота Total Vertical (загальна вертикальна) вимірюється від підстави віхи до «бази».
Утипу Tripod ( "на штативі") передбачається, що висота Total Vertical (загальна вертикальна) вимірюється від головки марки центру пункту до гака на становом гвинті трегера на спеціальному штативі. При вказівці даного типу програма автоматично до висоті антени буде додавати 36 см.
Перевірка і, при необхідності, редагування типу і висоти установки антени виконуватися у вікні Interval Properties, де на закладці Antenna в нижній частині закладки дані відомості про використовувану в обраному сеансі атену. Зверніть увагу, що схематичний малюнок вимірювання висоти антени в даній закладці в прийнятих позначеннях відрізняється від тих, які використовує програма при обробці і тому НЕ орієнтуйтесь на даний малюнок.
На відміну від малюнка програма розуміє Vertical offset (VO) як вертикальний відрізок від «бази» (підстави антени) до точки до якої вимірювалося висотна відстань. А на малюнку VO дано до фазового центру, що не відповідає "зашитим" в програму даними про параметри антени.
Програма розділяє поняття - «висотний відлік» (Height Reading) і «висота антени »(Ahtenna Height). Висотний відлік може бути від центра пункту до будьякої точки - до гака, до трегера і ін (як правило в польових журналах записується висотний відлік тобто то що безпосередньо виміряно), а висота антени це відстань від центра пункту (або центру точки або від поверхні землі в разі зйомки) до бази антени. Висота антени може бути виміряна безпосередньо або обчислена по висотному відліку і вертикальному відхиленню.
І Нарешті третє поняття - "висота до фазового центру". Саме за цим значенням висоти антени обчислюються перевищення і висоти пунктів, точок або пікетів. Висоту антени до фазового центру програма обчислює автоматично - за параметрами "зашитим" в програму. Але таке можливо якщо антена "авторизована" в програмі. Якщо антена не прошита в програмі, то будь-яку висоту програма сприймає як висотний відлік (Height Reading).
Щоб уникнути помилок при обробці, пов'язаних з висотою антени, уважно вивчіть всі відомості про антені наведені в закладці Interval Properties, порівняйте їх з поміщеними в польовому журналі, і при необхідності виправте.
21
Виправлення можна внести використовуючи GPS-Proc → Properties (вибравши потрібний сеанс правою кнопкою миші в лівій частині робочого вікна).
Для випадків:
-коли висота антени вимірювалася від центра пункту до бази антени: в графі Antenna Type повинен бути зазначений тип антени GGPillar а в графі Height Reading відстань від центра пункту до бази антени; в графі Measurement Type
вказати Vertical;
-коли висота антени вимірювалася від заснування вішки до бази (якщо в режимі "статика" використовувалася віха): в графі Antenna Type повинен бути зазначений тип антени Pole; в графі Height Reading відстань від підстави віхи до бази антени; у графі Measurement Type вказати Vertical;
-коли висота антени вимірюється від центру пункту до гака спеціально для цього виготовлених штативів фірми Leica Geosystems: в графі Antenna Type повинен бути зазначений тип антени Tripod; в графі Height Reading відстань від центра пункту до гака; в графі Measurement Type вказати Vertical.
Таким чином, особливістю способів установки антени на аксесуари Leica Geosystems і особливість їх обліку в ПП LGO, вимагає уважного розгляду та врахування способу установки антени, і методу вимірювання її висоти установки: якщо висота антени вимірювалася від центра пункту (або точки) до бази (Низу антени) можна вказувати будь-який з трьох типів антен (наприклад для типу антени AX 1202GG це - AX 1202GG, AX 1202GGPillar, AX
1202GGPole). Але якщо вимірювання висоти антени виконано до спеціального гака на штативі виробництва Leica Geosystems, то обов'язково слід вказувати тип AX 1202GG Tripod, в іншому випадку висота пункту (точки) буде завищена на
0,36 м.
Редагування значення висот виконується в графах Height Reading і Measurement Type .. Правильність значення висоти антени перевіряється по польовим журналам або по зведеної відомості (переліку) сеансів. Якщо таких немає, то слід перевірити хоча б наявність грубих помилок - наприклад на точках, на пунктах ГГС, тим більше на пунктах місцевих мереж висота антени не може дорівнює нулю. Вона може коливатися в межах від 1-2 метра.
На пунктах супутникових мереж з примусовим центруванням висота антени коливається в межах 5 -20 см.
У графі Antenna Type зміни виконуються в такий спосіб: розгорніть список антен в графі. У списку будуть присутні всі типи антен, які використовувалися в вимірах завантажених в даний проект, при цьому не дивуйтеся якщо в списку побачите тип відмінний від вище описаних, це означає що виконавець в полі не
22