Значение и области применения.
Схема действия
Система позиционирования состоит из сети спутников, которые в непрерывном режиме посылают электромагнитные сигналы на Землю. Используя специальный приемник такого излучения, измеряющий расстояние до спутников, можно с установленной точностью (от нескольких десятков километров до нескольких миллиметров) определить месторасположение объекта на земной поверхности.
GPS была создана по заказу Министерства Обороны США в 1969 году и изначально состояла из 24 спутников, вращающихся по 6 круговым орбитам на высоте около 20.2 км над уровнем моря с наклонением 55° (рисунок 1), и сети специальных наземных станций слежения, обеспечивающих регулярное определение параметров движения спутников и коррекцию бортовой информации об их орбитах. Спутники передают на Землю сигналы малой мощности, но её вполне достаточно для местонахождения любого объекта.
Рисунок 1. Схематическое расположение GPS спутников на орбитах.
Каждый современный спутник на своем борту несёт ряд высокотехнологического оборудования, основу которого составляют:
• четверо атомных часов;
• три кадмий – никелевые батареи;
• две солнечные батареи мощностью 1136 Вт;
• антенна коротковолнового диапазона для управления спутником;
• 12-ти элементная антенна длинноволнового диапазона для связи с пользователем.
В настоящее время используются GPS-приемники, размер которых сравним с размером сотового телефона, а вес составляет несколько сотен граммов. При этом GPS-приемник сообщает пользователю не только координаты нахождения (широта и долгота), но и отображает местоположение на электронной карте наряду с городами, транспортными магистралями и многими другими объектами.
Кроме определения трех текущих координат (долгота, широта и высота над уровнем моря) GPS обеспечивает:
• определение трех составляющих скорости объекта;
• определение точного времени с точностью не менее 0.1 с.;
• вычисление истинного путевого угла объекта;
• прием и обработку вспомогательной информации.
На рисунке 2 пояснен принцип связи GPS приемника со спутниками и определения координат объекта.
Рисунок 2. Связь GPS приемника со спутниковой системой.
В настоящее время на Земле установлено пять крупных контрольных станций, осуществляющих мониторинг и обратную связь с GPS спутниками. Управляющая станция находится в США (штатКолорадо), остальные станции распределены по всему миру: Гавайи (Тихий океан), о. Вознесения (Атлантический океан), о. Диего Гарсия (Индийский океан), о. Кважален (Тихий океан) (рисунок 3).
Рисунок 3. Размещение станций слежения GPS.
Области применения
GPS используется не только на земле, но также на море и в воздухе. GPS призывают на помощь везде, за исключением тех мест, где невозможно принимать сигнал (пещеры, шахты, полости).Области применения GPS чрезвычайно широки:
навигация любых подвижных объектов – частных автомобилей, инкассаторских машин, кораблей и самолетов (рис. 4);
землеустроительные задачи;
разработка природных ресурсов, в том числе проектно-изыскательские работы, разработка карьеров, управление техникой (бульдозеры и пр.) координирование скважин и других ресурсодобывающих объектов, исполнительные съёмки, природоохранные мероприятия;
Рисунок 4. Применение GPS в навигации.
экологические исследования: координатная привязка разливов нефти вследствие аварий, оценка площадей нефтяных пятен и определение направлений их движений;
исследования сейсмической активности и вулканизма, движений полюсов, земной поверхности, горных пород и ледников, геоморфологические, биогеографические, океанологические и метеорологические исследования, мониторинг ионосферы и др. Обеспечение добычи полезных ископаемых, например, при открытой разработке угля, бурильных работ, геофизического профилирования;
геодинамика и мониторинг геологической среды, деформации и смещения инженерных сооружений и грунтов.[5]
Использование ГИС для картирования зон микросейсмической активности.
Основной технологический процесс, в котором реализуются преимущества визуализации, геофизический анализ сейсмических данных. Важным является интеграция в единой сцене двумерных и/или трехмерных разнородных данных: геофизических наблюдений, геологических факторов, топографических карт, космоснимков, моделей рельефа. Картирование рассматривается в более широком смысле, затрагивая вопросы создания картографического продукта, динамической 2D- и 3D-визуализации.
Результатом разработки является программный продукт «ГИС для геолого-геофизических исследований» (ГИС ГГИ). Данная система разрабатывалась с использованием технологии Microsoft .NET Framework и среды разработки ArcGIS Engine. ГИС ГГИ реализована в виде дополнительных функций для стандартного интерфейса ArcMap ArcGIS (рисунок 5), а также в виде самостоятельного облегченного модуля со специализированным интерфейсом.
Рис.5. Главное окно облегченной (мобильной) подсистемы ГИС ГГИ
Рассмотрим технологические цепочки использования встроенных средств ArcGIS и вновь разработанных функций для реализации задач визуализации зон микросейсмической активности.
Разработка системы картирования и визуализации на основе средств ArcGIS осуществлялась в следующих направлениях:
• решение вопросов интеграции сложившихся методов построения систем координат для данных геофизических наблюдений со стандартными географическими системами координат (СК) и картографическими проекциями;
• импорт трехмерных массивов геолого-геофизических данных (кубов) в набор трехмерных точек (шейп-файл) и решение возникающих при этом проблем со скоростью отрисовки больших объемов геоданных;
• импорт двумерных массивов геолого-геофизических данных (поверхностей) в растровые геопривязанные данные;
• внедрение разработанных программных модулей в приложения ArcGIS;
• разработка облегченной версии ГИС на основе библиотеки ArcObjects среды ArcGIS Engine.
Формат хранения данных инклинометрии скважины представлен в таблице 1.
Таблица 1