2835.Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и

Секция 4. Геодезия и геомеханика

нем 33785 тыс. рублей (1023 л). Тогда при мотивированном снижении норм расхода, например на 3 % (по опыту компаний, реализующих систему мониторинга транспорта в Республике Коми), общие затраты на топливо для автопоездов уменьшатся на 1013,6 тыс. рублей. В расчете на 250 дней работы автопарка в год все устанавливаемое оборудование спутниковой навигации окупится за 2,6 года (2 года и 7 месяцев) [2].

Также нам очевидно, что с внедрением навигационного оборудования мы снижаем непроизводственные простои автотранспорта. Примем эффект от внедрения системы контроля минимальным, пусть предположительно непроизводительные простои уменьшатся на 10 мин в смену: отработано машино-смен * 10 мин.

При расчете для условий автопарка в 120 транспортных средств УАВР-эффект составит: 30 000 · 10 = 300 000 мин = 5000 ч = 625 машино-смен.

Это при себестоимости машино-смены в 2,621 тыс. рублей даст эффект от минимизации простоев машин автопарка в 1638,125 тыс. рублей.

Тогда совокупный эффект от уменьшения топливных издержек и непроизводительных простоев составит 2651,725 тыс. рублей, и в расчете на 250 дней работы автопарка в год все устанавливаемое оборудование спутниковой навигации окупится за 250 рабочих дней (1 год).

Очевидно, что использование систем мониторинга положения с применением ГНСС позволит создать новую эффективную систему контроля и управления объектами с разной динамикой. А их использование на транспорте – это реальная возможность повышения конкурентоспособности и прибыльности предприятий за счет оперативного решения задач управления парком машин, снижения затрат на его содержание и упорядочения возможностей его эксплуатации.

Список литературы

1. Геопрофи [Электронный ресурс]. – URL: http://www.geoprofi.ru/default.

aspx?mode =binary&id = 1680 – 9 с.

2. Суетина Р.И., Цыгарова М.В. Технико-экономическое планирование транспортных работ: метод. указания. – Ухта: Изд-во УГТУ, 2006. – 44 с.

361

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК ПРЕДРАСЧЕТА ПОГРЕШНОСТИ НАИБОЛЕЕ УДАЛЕННОГО ПУНКТА ПОДЗЕМНОЙ СЕТИ С ВВЕДЕНИЕМ В НЕЕ ГИРОСТОРОН СОВРЕМЕННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ

Е.Г. Леонова

Научный руководитель – И.А. Лысков Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В работе представлены характеристики современных гироскопических приборов. Проведен анализ погрешности удаленного пункта подземной сети с гиросторонами двумя способами при двух ситуациях с учетом точности разных гироскопических приборов.

Ключевые слова: гироскопическое ориентирование, гирокомпас, основной способ испособ«эквивалентных» ходов, анализ точности, погрешностьудаленногопункта.

В настоящее время ориентировку шахт производят несколькими способами, но одним из самых прогрессивных, обеспечивающим максимальную точность и надежность опорных и съемочных сетей, является гироскопический способ.

Гироскопическое ориентирование – процесс определения дирекционного угла гирокомпасом. Гирокомпас (гиротеодолит) – это угломерный инструмент, в котором конструктивно объединены гироскоп и теодолит. Гироскоп служит для указания направления меридиана, а с помощью теодолита фиксируется положение стороны теодолитного хода относительно этого направления [1].

Преимуществами способа являются: возможность определения дирекционного угла любой стороны, возможность производства работ без остановки основных процессов работы шахты, уменьшение требований к точности подземной полигонометрии.

Методика выполнения гироскопического ориентирования следующая: ♦ На поверхности вычисляется гироскопическая поправка по формуле

δ = А0 – Г0 = α0 + γ0 – Г0,

где А0 – геодезический азимут известной линии, α0 – дирекционный угол известной линии, γ0 – сближение меридианов, Г0 – гироскопический азимут.

Поправку гирокомпаса определяют перед началом и после окончания ориентирования подземной маркшейдерской опорной сети шахты (горизонта). Ее определяют на сторонах триангуляции или полигонометрии с точностью не ниже 1-го разряда [2].

♦ В шахте определяется гироскопический азимут, и на его основе высчитывается дирекционный угол:

α = А – γ = Г + δ – γ,

где А – геодезический азимут линии, Г – гироскопический азимут, γ – сближение меридианов.

362

Секция 4. Геодезия и геомеханика

Координаты X и Y в точке стояния определяются геометрическим способом путем примыкания к одному отвесу на поверхности и в шахте [3].

Сегодня существуют различные конструкции гирокомпасов, изобретенных как в нашей стране, так и за рубежом. Наиболее распространенным в нашей стране является гирокомпас МВТ2, разработанный ВНИМИ в 1967 г. МВТ2 обеспечивает точность 30′′ за 25–30 мин. Работает на широтах до 75°. Масса комплекта гирокомпаса в транспортном положении – 33 кг. На данный момент основными производителями гирокомпасов являются: Германия – фирма DMT (GYROMAT), Япония – фирма SOKKIA (гиронасадки типа GP1), Швейцария – фирма Leica.

Автоматическая гиростанция GYRO X II фирмы SOKKIA представляет собой систему, включающую в себя гироскопическую насадку (вес 4 кг), электронный тахеометр марки SX и блок питания (вес 3,8 кг). Гиронасадка выполнена в виде съемного модуля. Принцип действия основан на свойстве подвешенного на торсионе гиромаятника совершать колебания относительно истинного меридиана, которые вызываются вращением Земли. Гиростанция предоставляет возможность автоматического наблюдения за колебаниями благодаря использованию в ней новейшего датчика изображения, т.е. фактически исключается человеческий фактор. Определение направления на север производится в течение 19 мин со средней квадратической погрешностью 15′′. Работает на широтах до 75° [4]. GYRO X II применяется при строительстве туннелей, прокладке подземных коллекторов, строительстве подземных сооружений большой протяженности. Измерение сводится к выполнению трех шагов: сориентировать гиростанцию приблизительно в направлении истинного севера, отпустить зажимной винт, нажать кнопку измерений [5]. GYRO X II легче по весу и меньше по размерам по сравнению с MBT2.

GYROMAT3000 фирмы DMT, разработанный на основе гиротеодолита, позволяет проводить геодезические работы с наиболее высокой точностью и быстротой независимо от магнитного поля Земли. Принцип действия гироскопической части аналогичен гиронасадке GYRO X II. Специальная электрооптическая развертывающая система определяет положение географического севера автоматически, с предельной точностью. Отличительная черта GYROMAT3000 – скорость. Требуется примерно 1 мин, чтобы выполнить одно измерение с точностью 20′′, и примерно 15 мин – с точностью 3′′. Последней разработкой фирмы DMT является гирокомпас GYROMAT5000, который обладает повышенной точностью: за 6–9 мин выполняется одно измерение с точностью 2,6´´. Он так же, как и его предшественник, работает на широтах до 80° [6].

363

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Но, как известно, такие приборы, как GYROMAT3000, обладают высокой стоимостью и не всегда оправдывают затраты. Приборы фирмы DMT были использованы при строительстве «Евротоннеля» под Ла-Маншем.

Исследование заключалось в сравнении ошибок определения координат последней точки подземной опорной сети с введением гиросторон, используя гироскопические приборы различной точности.

По плану горных выработок шахты Комсомольская (масштаб 1:2000) была проложена опорная маркшейдерская сеть (ОМС). Общая длина хода составила 1916,587 м, количество пунктов ОМС – 38. В первую очередь была вычислена ошибка координат последней точки свободного полигона без гиросторон (Mk). На нее влияют ошибки ориентирования, ошибки измерения горизонтальных углов и ошибки измерения длин линий.

M k = ± M x2 + M y2 = ± M 20 + Mβ2 + Ml2 ,

M = ± M 2 + M 2β + M 2 , M = ± M 2 + M 2β + M 2 ,

x x 0 x xl y y 0 y yl

где M x 0 , M y 0 – ошибки координат, обусловленные погрешностью определения

обусловленные ошибками измерения длин линий.

В итоге Mk составила 1,8 м. По требованию инструкции [2] ошибка не должна превышать 0,8 мм в масштабе плана, т.е. 1,6 м. Ожидаемая ошибка больше допустимой. Поэтому производим корректировку методики маркшейдерских работ, т.е. предрасчет погрешности удаленного пункта с гиросторонами (Mп), количество гиросторон для данного хода – 2. Были рассмотрены две ситуации.

Первая гиросторона – 3-я сторона хода. Последняя гиросторона расположена на расстоянии более чем 600 м от забоя. Получилось 3 секции. Для сравнения были взяты приборы GYRO X II и GYROMAT3000 (их точности обозначены выше). Предрасчет погрешности высчитывался двумя способами: основным способом и способом «эквивалентных ходов» (метод Медянцева).

Формула для вычисления погрешности основным способом:

где mβ – погрешность измерения горизонтальных углов, mβ = 20′′; mατ – погрешность определения дирекционных углов гиросторон, mατ = m 2; µ, λ – коэффициенты случайного и систематического влияния при линейных измерениях

364

i-го пункта секции; Ri – расстояние от i-го пункта висячего хода, опирающегося на гиросторону, до последнего пункта; DOj , DO( j +1) – расстояние между центрами тяжести смежных секций; D1,O1 – расстояние от первого пункта хода до центра тяжести первой секции; – расстояние от центра тяжести последней секции до последнего пункта; Si – длина стороны; n – число сторон хода, n = 37; L – длина за-

мыкающей всего хода, L = 60 м.

Формула для вычисления погрешности способом «эквивалентных» ходов:

на замыкающей секции; [l ]c – сумма длин сторон секции; nI, nII, n1, n2, …, nN – число сторон в секциях; [l] – общая длина полигонометрического хода,

[l] = 1914,947 м [7].

Результаты приведены в табл. 2.

Первая гиросторона – 1-я сторона хода. Последняя гиросторона так же расположена на расстоянии более 600 м от забоя. Всего получилось 2 секции. Гироскопическое оборудование – то же, что в первой ситуации. Предрасчет выполнялся теми же методами.

Результаты приведены в табл. 2.

На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:

♦Чем выше точность гироскопа, тем меньше погрешность положения последней точки хода.

♦Известно, что при введении гиростороны в подземный полигонометрический ход первой стороной ошибка определения координат последней точки

365

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

должна быть минимальна. Вычисления погрешности основным способом подтвердили это. Однако результат вычислений способом «эквивалентных» ходов – это опровергнул. По методу Медянцева получается, что при включении гиростороны в качестве первой стороны полигонометрии погрешность будет больше, чем при введении гиростороны на последующих сторонах. Выяснение причины этого – тема для дальнейших исследований.

♦При введении гиростороны на третьей стороне хода погрешность определения координат последней точки хода, вычисленная способом «эквивалентных» ходов, меньше, чем погрешность, вычисленная основным способом.

♦Поскольку получившаяся погрешность в несколько раз меньше ожидаемой

идопустимой ошибки, то для данной сети горных выработок необязательно производить измерение дорогостоящими гироскопами, можно использовать менее точный, но экономически доступный прибор.

Список литературы

1.Маркшейдерское дело / Д.Н. Оглоблин [и др.]. – М.: Недра, 1981.

2.РД-07-603-03. Инструкция по производству маркшейдерских работ. – М.:

Недра, 2004.

3.Ушаков И.Н. Маркшейдерское дело. – М.: Недра, 1989.

4.Глейзер В.И., Молостов Р.В. Гироскопическое ориентирование и современная геодезия // Геопрофи. – 2012. – № 5.

5.URL: http://eu.sokkia.com/products/optical-instruments/monitoring-specialty-sys- tems/gyro-x-ii-automated-gyro-station

6.URL: http://www.gyromat.de

7.Шаманская А.Т., Шустов Д.В. Маркшейдерское дело. Анализ точности. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013.

366

Секция 4. Геодезия и геомеханика

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА НА ПОЛОЖЕНИЕ БАЗОВОЙ GNSS-СТАНЦИИ

О.О. Черемухина

Научный руководитель – канд. техн. наук Е.С. Богданец Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Изучен процесс колебания высотной отметки четырех базовых станций, расположенных на территории Российской Федерации и установленных на различных уровнях относительно земной поверхности. Проведена обработка температурных и GNSS-данных, выявлено условие воздействия температуры на высотную отметку сопряженных GNSS-антенн со своими конструкциями и произведена оценка их стабильности.

Ключевые слова: базовая GNSS-станция, температурный фактор, IGS-сеть, колебание высотной отметки.

Точное позиционирование всегда являлось одной из актуальных задач. Раньше использовали только оптические методы определения координат, а сегодня широкое применение нашли спутниковые методы. Основой данного метода является глобальная навигационная спутниковая система (Global Navigation Satel-

lite System – GNSS).

По всему миру расположены постоянно действующие базовые GNSSстанции (БС), которые образуют координатно-временной каркас на поверхности Земли. БС – это аппаратно-программный комплекс, функционирующий непрерывно и предназначенный для определения пространственного местоположения объектов с помощью спутниковых геодезических приемников [1]. Считая их положение условно неподвижным, специалисты учитывают различные факторы, влияющие на само положение БС в конкретный момент времени.

Целью данной работы является оценка стабильности и выявление степени влияния температурного фактора на положение базовых станций в Иркутской и Новосибирской областях.

Формирование спутниковой радионавигационной системы обусловлено появлением в прошлом веке американской разработки GPS (NAVSTAR) и советской – GLONASS [2, с. 10]. Сегодня наряду с космическими разработками происходит количественное наращивание постоянно действующих базовых GNSS-станций. При работе с БС можно выделить следующие особенности: непрерывность функционирования, обеспечение автономности работ, управление автоматически и с персонального компьютера; систематизация и архивирование данных; появление дополнительных возможностей на основе определения и внесения поправок.

БС объединены в различные сети, которые принято делить на глобальные,

например, International GNSS Service (IGS), и региональные, например, Canadian Spatial Reference System (CSRS). В работе будут использованы данные, полученные в глобальной сети IGS, так как они находятся в открытом доступе на одноименном сервере и широко применяются для решения дополнительных приклад-

367

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

ных задач. Следует отметить, что GNSS-приемник выдает координаты в геоцентрической системе координат WGS-84, так как именно в этой системе заданы орбиты спутников, по которым БС определяет свое положение.

На сегодняшний день в IGS входят более 400 неравномерно расположенных по всему земному шару БС. Для того чтобы состояние сети можно было считать эталонным, IGS предъявляет высокие требования к организациям, которые хотят состоять в списке или уже осуществляют работу в рамках IGS-сети. Например, БС не должна располагаться на стыке тектонических плит, БС должна быть установлена как можно ближе к поверхности Земли. При монтаже надо стараться исключить внешнее неблагоприятное воздействие на БС, т.е. оградить от листвы, диких животных, насекомых, птиц и т.д. [3].

БС располагают не только на крышах зданий бетонного и железобетонного типа, но и непосредственно на пилонах, закрепленных в грунте. Так же, как и обычные материалы, грунт испытывает влияние колебаний температуры. Опираясь на природу теплового расширения тел, можно выдвинуть следующее условие воздействия температуры на высотную отметку сопряженных GNSS-антенн со своими конструкциями (далее – просто условие): положительным ∆t соответствуют положительные ∆Н и отрицательным ∆t соответствуют отрицательные ∆Н.

В связи с тем, что БС находятся в различных погодных условиях и устанавливаются на различных высотах над поверхностью Земли, стоит учитывать температурный фактор с целью повышения точности измерений.

Одним из рекомендаций IGS-сети по установке и расположению является оснащение БС метеооборудованием. Возможны два варианта: в первом датчики температур могут быть прикреплены к БС, а во втором – метеостанция может быть расположена в нескольких километрах от БС. Второй вариант отличается доступностью данных и относительной легкостью при обработке. В табл. 1 представлен оптимальный выбор метеостанции для каждой БС.

Для обработки были выбраны 1–361 календарные дни (01.01.2013–27.12.2013). Температурные данные были взяты с сервера метеорологических данных rp5.ru и приведены в систему UTC (Universe coordinated time – Всемирное координированное время), так как на метеорологическом сервере температурные данные пре-

368

Секция 4. Геодезия и геомеханика

доставляются в местном времени. GNSS-данные были скачены с онлайн-сервера

SOPAC (Scripps Orbit and Permanent Array Center), который предоставляет заархи-

вированные измерения, сделанные для IGS-сети, и обработаны с помощью онлайн сервиса CSRS-PPP (Natural Resources Canada), который подходит для абсолютного метода сбора GNSS-данных.

В табл. 2 представлены результаты обработки колебаний температуры и высотной отметки для каждой БС. В среднем диапазон температур составляет 54 град. Согласно данной обработке самой неустойчивой БС является NVSK, так как диапазон колебания высотной отметки наибольший – 62 мм, что, в свою очередь, почти в два раза больше, чем у БС IRKJ, – 33 мм. Следует отметить, что величина ошибки для БС в Иркутской области меньше, чем в Новосибирской, за исключением 2 % случаев для БС IRKM, что позволяет считать диапазон величины ошибки для данной БС равным 0,012–0,018 м.

Примечание: n – общее количество дней, tср сут – среднесуточная температура для n дней, Н – высотная отметка БС, * – по результатам обработки всех измерений.

Для выявления характера влияния первой величины на вторую была произведена дополнительная работа, а именно были рассмотрены данные за каждый 10-йдень, начиная с 1 января 2013 года, и выявлен интервал с наибольшим перепадом температур для каждой БС. Кроме этого данный интервал был разбит на 12-часовые измерения и изучен более подробно. Результаты обработки приведены в табл. 3.

Таблица 3 Результаты обработки дней с наибольшим перепадом температур

Примечание: m – количество 12-часовых интервалов для 11 рассмотренных дней с наибольшим перепадом температуры, nудвл – количество точек, удовлетворяющих условию влияния температуры на высотную отметку БС, k – процентное соотношение nудвл и (m – 1), R2 – коэффициент детерминации.

369

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Метод РРР оптимально подходит для обработки длительных сеансов GNSSизмерений: чем дольше серия измерений, тем точнее вычисляются высотные отметки. Например, для NOVM с 1-го по 361-й день для 24-часовых измерений ошибка составляет 0,010–0,018, а для интервала с наибольшим перепадом температур для 12-часовых измерений– 0,014–0,024, для IRKJ – 0,010–0,015 и 0,014–0,018 соот-

ветственно. Следовательно, ошибка 12-часовых сеансов на 20–30 % больше, чем ошибка 24-часовых.

По результатам данных обработок можно сделать следующие выводы. Положение БС IRKM и IRKJ можно считать стабильным, так как данные БС испытывают наименьшие амплитудные колебания как для годовых, так и для 11-днев- ных измерений: 45 и 33, 16 и 18 мм соответственно. Положение БС NOVM можно считать частично стабильным, так как амплитуда годовых колебаний составляет 47 мм, а вот для 11-дневных измерений – в два раза больше, чем для БС IRKM – 32 мм. Корреляция для годовых измерений значительно меньше, чем для 11-днев- ных, что свидетельствует о зависимости данной БС от температуры в определенные дни. БС NVSK испытывает наибольшие годичные амплитудные колебания из четырех рассмотренных БС – 62 мм. Для 11-часовых измерений положение данной БС от температуры не зависит. Можно считать, что на ее положение влияют другие факторы, которые не были рассмотрены в данной работе.

Список литературы

1. ICENTRE. Инжиниринговый центр ГФК. Спутниковые постоянно дей-

ствующие референцные станции. – URL: http://www.icentre-gfk.ru/naprd/nard_ stp_spdrs.htm

2.Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем

вгеодезии: монография: в 2 т. Т. 1 / Сибирская гос. геодез. академия. – М.: Карто-

геоцентр, 2005. – 334 с.

3.IGS Site Guidelines/ Infrastructure Committee. Central Bureau. April 2013. – URL: http://igs.org/network/guidelines/IGS_Site_Guidelines.pdf

370