Geodeziya_1_chastina_26-09-2011

551

вість до наявності перешкод у безпосередньої близькості від антени приймача, неможливість встановлення антени в деяких точках, що координуються (кут будинку на рівні цоколя або фундаменту), чутливість до зовнішніх електромагнітних хвиль та ін. Тому в практиці кадастрових робіт у чистому вигляді GPS-технологія практично не використовується. Можна виділити класи кадастрових задач, де використовуються GPS-приймачі:

-згущення геодезичної мережі на території, що картографується (статика);

-прив’язка локальної координатної системи до глобальних систем координат (статика);

-зйомка меж земельних ділянок та інших об’єктів на місцевості (статика і кінематика);

-використання GPS-методів у фотограмметричних технологіях.

Найбільш широке розповсюдження при кадастровому картографуванні отримало комплексне використання GPSприймачів і електронних тахеометрів. При цьому здійснюють синхронні GPS-спостереження на декількох пунктах із відомими координатами (опорних пунктах) і на шуканих пунктах, причому ці пункти можуть як збігатися, так і не збігатися з поворотними точками меж земельних ділянок. У останньому випадку пункти відіграють роль зв’язкових, тобто вони забезпечують прив’язку виміряних координат меж земельної ділянки, отриманих за допомогою електронних тахеометрів, до обраної системи координат. Тахеометричні вимірювання виконуються полярним методом зі зйомочних станцій, координати яких, в свою чергу, визначаються методом вільної станції.

Чим більш відкрита місцевість, на який виконуються польові вимірювання, тим більше можливостей застосування GPS-технологій для визначення координат точок меж земельних ділянок. Якщо місцевість достатньо вільна

552

від перешкод і по ній можливий рух автомобіля, то GPSприймач може бути встановлений на мобільному транспортному засобі і включений в один з кінематичних режимів. Під час руху координати точок по траєкторії можуть вимірюватися з інтервалом в одну секунду з сантиметровою точністю. Це значною мірою підвищує ефективність виконання польових кадастрових робіт.

2.6. Використання GPS у геодезії

Сучасні GPS-технології знайшли широке використання на глобальному, регіональному і локальному рівнях.

Використання GPS у глобальних масштабах є потужним засобом у геодезії. До цього належать: моніторинг таких глобальних геодинамічних явищ, як обертання Землі або тектоніка плит.

Геодезисти давно мріяли виміряти рух земної кори для різних наукових цілей. Одним із застосувань GPS є передбачення землетрусів шляхом вимірювання рухів земної кори. GPS є ідеальним засобом для таких досліджень, оскільки обладнання недороге, мобільне, володіє високою точністю. Наприклад, Національна геодезична служба (НГС) США постійно виконує спостереження на пунктах у східній частині США з використанням двочастотних приймачів. Це дає можливість судити про рух земної кори. Цю ж інформацію можна використовувати при виборі місця для великих інженерних споруд (атомних електростанцій, водосховищ тощо), а також для побудові високоточної геодезичної мережі. Мережа НГС прив’язана до мережі GPSприймачів, розміщених у пунктах РСДБ. Аналогічні мережі можна використовувати для визначення руху земної кори як на континентах, так і на островах. Наприклад, в Японії існує постійна мережа GPS-станцій, яка забезпечує моніторинг руху земної кори в майже реальному часі. Аналогічна мережа існує в Австралії.

553

GPS – основний засіб точного вимірювання різниці висот у реальному часі. Дослідження НГС показали, що повторювальні вимірювання між стабільними і пунктами, що опускаються, дають точні величини опускання. В промисловості GPS застосовується для вимірювання опускання прибережних нафтових платформ за допомогою повторювальних зйомок. Наприклад, подібні щомісячні вимірювання в Північному морі показали, що окремі платформи значно змінювали свою висоту по відношенню до решти платформ. Це свідчило про нестабільність деяких ділянок кори. Для Нідерландів вимірювання висот пунктів життєво важливе, оскільки біля 70% її території знаходиться нижче від рівня моря.

GPS можна застосовувати для створення географічних інформаційних систем (ГІС) – комп’ютерних баз даних, що відображують географію регіону. ГІС дозволяє швидко приймати рішення по плануванню, розвитку, моніторингу інфраструктури регіону. Звичайно створення ГИС починають зі створення файлів даних з картографічною інформацією. Дані містять інформацію про дороги, будівлі, типу рослинності, ґрунту і т. ін. Цю інформацію можна вивести на екран у вигляді карт. За допомогою GPS визначаються координати об’єктів, які легко ототожнити на фотознімках. Ці об’єкти використовуються для контролю масштабу й орієнтуванні карти. Можна додавати в ГІС нові об’єкти, положення яких визначені за допомогою GPS.

Типовим застосуванням GPS в локальних цілях є зйомка місцевості, кадастрова зйомка. Деякі геодезисти використовують GPS для приведення всіх проектів зйомки однієї системи відносності. Економічним шляхом здійснення цього є розміщення антени у фіксованому центральному пункті (наприклад, на будинку офісу) і визначення точних координат цього пункту шляхом вимірювання векторів до найближчих фіксованих контрольних пунктів. Після ви-

554

значення координат центрального пункту один приймач залишається на місці і вмикається лише тоді, коли бригади ведуть польові зйомки. Кожна бригада має один–два приймачі, які розміщують у пунктах локальної спостережуваної мережі.

2.7. Методи GPS у фотограмметрії

Останнім часом широке розповсюдження при розв’язанні фотограмметричних задач отримала GPSтехнологія. Це трапилося після того, як значно підвищилась точність літакових навігаційних GPS-приймачів (до дециметрового рівня), а також стало можливим визначення кутового положення літального апарата в просторі GPSметодами з високою точністю. Сучасні аерофотокамери комплектуються з навігаційними GPS-приймачами для виконання повітряного фотографування. Якщо на етапі планування польоту і визначення маршруту польоту визначаються координати центрів проекції аерофотознімків (моменти спрацювання затвору аерофотокамери), ці дані закладаються в літаковий навігаційний комп’ютер.

При русі літака по маршруту в момент виходу в точку із заданими координатами з навігаційного комплексу літака в аерофотокамеру надходить сигнал, який приводить до спрацювання затвор. Координати центра проекції знімка записуються в пам’ять бортового комп’ютера. Процедура постобробки даних GPS не відрізняється від технології обробки кінематичних зйомок. Для зменшення похибок антена бортового GPS-приймача розташовується так, щоби її фазовий центр знаходився на оптичній осі аерофотокамери. Можна визначити елементи зовнішнього орієнтування знімків шляхом встановлення додаткових антен GPSприймача по консолях крила і хвостовому оперенню. Всі ці антени з’єднуються з одним приймачем, і в результаті сумісної обробки сигналу може бути обчислене кутове по-

555

ложення літака відносно земної системи координат під час спрацювання затвора аерофотокамери.

Сучасні аерофотознімальні комплекси оснащені GPSобладнанням для реалізації вищезазначеної технології.

3. Система геодезичної зйомки ProMark 2

3.1. Будова системи ProMark 2

ProMark 2 – це повна GPS-система, яка використовується для навігаційної і точної геодезичної зйомки. Система ProMark 2 включає: два або більше GPS-приймачів, GPS-антени і всі компоненти необхідні для початку і проведення якісної геодезичної зйомки.

Система ProMark 2 використовує стандартні штативи або GPS-штативи з фіксованою висотою для встановлення системи над заданою точкою зйомки. ProMark 2 збирає сигнали з усіх доступних GPS-супутників і зберігає цю інформацію у внутрішньої пам’яті. Зібрані дані передаються із приймача ProMark 2 через послідовний порт до офісного комп’ютера для подальшої обробки.

Система ProMark 2 працює разом з Ashtech Solutions,

яка являє собою високопродуктивний апарат обробки GPSданих. Ashtech Solutions – достатньо простий у споживанні пакет програмного забезпечення, за допомогою якого опрацьовуються GPS-дані з визначенням точного положення і подання даних у легкодоступному форматі.

GPS-приймач ProMark 2 збирає і запам’ятовує дані, отримані від GPS-супутників на кожній точці зйомки. Дані з кожного приймача ProMark 2 у подальшому обробляються для обчислення точного положення кожної точки зйомки.

Зовнішня антена необхідна для геодезичної зйомки. Внутрішня антена приймача ProMark 2 використовується тільки для навігації. Зовнішня GPS-антена являє собою фа-

556

ктично фізичну точку збирання даних із GPS-супутників. Відповідно до цього вона повинна бути правильно встановлена над точкою зйомки з використанням стандартного штатива або GPS-штатива з фіксованою висотою.

Кабель зовнішньої антени використовується для підключення приймача ProMark 2 до зовнішньої антени. З’єднувач кабелю меншого діаметра підключається до приймача ProMark 2 через спеціальний отвір у польовому кронштейні приймача. З’єднувач більшого діаметра приєднується безпосередньо до зовнішньої антени.

Вертикальний подовжувач антени дозволяє підключати кабель антени, коли вона розташована на штативі. Його довжина становить 3 дюйма (0.762 м).

Польовий кронштейн приймача виконує декілька функцій. По-перше, за його допомогою приймач ProMark 2 кріпиться до штатива; по-друге, він дозволяє підключити кабель антени до розьєму приймача, який знаходиться на задній станції. Крім того, він надає можливість підключити до приймача зовнішнє джерело живлення.

До комплекту ProMark 2 входить також рулетка, яка використовується для вимірювання висоти GPS-антени. Польова сумка використовується для транспортування кожного GPS-приймача.

Офісний кронштейн приймача з кабелем для завантаження даних – це пристрій, який забезпечує підключення приймача ProMark 2 до офісного комп’ютера для завантаження і збереження даних GPS-супутників. При встановленні приймача ProMark 2 в офісний кронштейн, він автоматично підключається до офісного комп’ютера за допомогою контактів, розташованих на задній стінці приймача.

Map Send Streets CD (компакт-диск із детальною картою місцевості) включає детальні карти місцевості, які можуть бути завантажені до внутрішньої пам’яті приймача ProMark 2. Ці детальні карти можуть бути використані в

557

навігаційному режимі роботи приймача для того, щоби допомогти оператору потрапити до місця роботи. Слід враховувати, що карти і дані GPS-супутників займають 8 мегабайтів внутрішньої пам’яті приймача, тобто чим більше об’єм пам’яті, який займають карти, тим менше об’єм пам’яті, який використовується для збору даних.

Програмне забезпечення для постобробки Ashtech Solutions – це прилад, необхідний для завантаження і наступної обробки даних GPS-супутників із кожного приймача ProMark 2 для обчислення точного місцеположення всіх точок зйомки. Ashtech Solutions поставляється на ком- пакт-диску і комплектується настановою споживача.

Додаткове обладнання, необхідне для зйомки, яке не входить до комплекту постачання, включає: штатив, підставка і адаптер підставки для встановлення антени над точкою зйомки. Підставка дозволяє відцентрувати і віднівелювати положення антени над точкою зйомки. Адаптер встановлюється безпосередньо на підставку, що дозволяє встановити GPS-антену. Для встановлення GPS-антени можна використовувати також віху.

3.2. Проведення зйомки за допомогою ProMark 2

Система ProMark 2 була розроблена для проведення GPS-зйомки з використанням статичного і кінематичного режимів збору даних. Режими працюють незалежно один від одного.

При збиранні даних у статичному режимі система GPSприймачів одночасно збирає дані з усіх доступних супутників, при цьому залишаючись стаціонарними на своїх точках зйомки. Збір даних здійснюється на цих точках для визначення відстані між приймачами і залежить від цієї відстані, взаємного місце розташування супутників і перешкод збору даних (тобто дерева або споруди, які закривають частину неба). Коли збір даних на цих точках завер-

558

шений, систему GPS-приймачів переміщують на нове місце для того, щоби провести збір даних на нових точках. У більшості випадків один із GPS-приймачів системи буде залишатися на базовій точці для того, щоби зробити прив’язку попередніх точок до нових точок. Після того як збір даних буде завершений, їх завантажують в офісний комп’ютер для наступної обробки з використанням програмного забезпечення Ashtech Solutions.

Врезультаті постобробки обчислюються вектори для визначення місцеположення всіх спостережуваних точок відносно однієї (або більше) фіксованої точки. Статичний метод збору даних надає більш точні і надійні результати з усіх режимів збору GPS-даних.

Врежимі збору даних Stop-and-go система GPSприймачів одночасно збирає дані з усіх доступних супутників при розташуванні на точках і при переміщенні між точками. У більшості випадків один GPS-приймач системи розташовують на відомій точці, як базової станції збору даних, протягом усієї зйомки. Додатковий GPS-приймач системи використовується для встановлення на об’єктах зйомки. Після того як збір даних закінчений, вони із GPSприймачів завантажуються в офісний комп’ютер для наступної обробки з використанням програмного забезпе-

чення Ashtech Solutions.

Вкінематичному режимі збору даних GPS-приймачі системи одночасно збирають дані з усіх доступних супутників у процесі руху. У більшості випадків один із GPSприймачів системи розміщують на точці з відомими координатами і залишають на ній упродовж всієї зйомки. Додатковий приймач використовується для визначення місцеположення лінійних об’єктів, таких як, наприклад, дороги. Інтервал запису даних повинен бути встановлений такий, щоб забезпечував можливість збору необхідної кількості даних, залежно від швидкості пересування. Після завер-

559

шення робіт обробка отриманих даних здійснюється з використанням програмного забезпечення Ashtech Solutions.

Контрольні запитання та завдання

1.Поясніть історію виникнення GPS.

2.Охарактеризуйте загальний принцип роботи GPS.

3.Охарактеризуйте космічний сегмент GPS.

4.Що належить до сегмента управління GPS?

5.Охарактеризуйте сегмент користувачів GPS.

6.Охарактеризуйте основні джерела помилок GPSспостережень.

7.Поясніть диференціальний режим GPS-спостережень.

8.Дайте характеристику статичного методу GPSспостережень.

9.Охарактеризуйте псевдостатичний метод GPSспостережень.

10.Дайте характеристику швидкостатичного методу GPSспостережень.

11.Охарактеризуйте кінематичний метод GPSспостережень.

12.У чому полягає зміст і поліпшення світової системи відліку WGS-84?

13.Охарактеризуйте європейську систему координат ЕUREF.

14.Як здійснити перетворення систем координат при GPSспостереженнях?

15.У чому полягає методика і технологія прив’язки мережі опорних пунктів до систем координат WGS-84, EUREF,

СК-42?

16.Як можна використати GPS для цілей кадастру?

17.Як можна використати GPS у геодезії?

18.Які існують методи GPS у фотограмметрії?

19.Поясніть будову системи ProMark 2.

560

20.Охарактеризуйте порядок проведення зйомки за допо-

могою ProMark 2.

21.Надайте класифікацію GPS.

22.Як уникнути помилок при GPS-спостереженнях?

23.Охарактеризуйте систему ГЛОНАСС.

24.Чи існує математичний зв'язок між різними системами координат?

25.Де знаходяться станції управління GPS?