Контрольные вопросы
Перечислите системы координат используемых для навигационных задач.
Какой принцип навигации возможно применять при работах под землёй и под водой?
На каких положениях базируется инерциальная навигация?
Что определяет прибор акселерометр?
Что определяет прибор гироскоп?
Что входит в состав инерциального измерительного блока?
Какая задача навигационной системы при управлении полётом летательного аппарата?
В чём особенности навигации автомобильного транспорта?
Какие две глобальные навигационных системы Вы знаете?
Что означает термин «позиционирование»?
Почему система спутниковой навигации и позиционирования является глобальной?
Из каких трёх основных сегментов состоит спутниковая навигационная система?
В чём заключаются особенности построения функционирования современного космического сектора?
Сколько спутников входит в космический сегмент систем ГЛОНАСС и GPS и каково их распределение вокруг Земли?
Какие функции осуществляет сегмент управления и контроля систем ГЛОНАСС и GPS?
Что представляют собой эфемериды спутников.
На каких стадиях используются: прогноз эфемерид и их окончательные значения?
Перечислите конечные результаты, которые получает потребитель от систем ГЛОНАСС и GPS?
Что является технологической основой сектора потребителя?
Сколько спутников минимально необходимо наблюдать для определения пространственных координат потребителя?
Понятие о дифференциальной подсистеме (сети базовых станций).
Какая информация посылается потребителю для определения координат спутников на момент наблюдения?
Какому уровню точности соответствуют потенциальные возможности фазовых методов измерений несущей частоты?
Перечислите источники погрешностей, которые влияют на точность определения координат?
В чём заключается сущность дифференциальных методов, базирующихся на определении разности, а не на абсолютных значениях координат?
Принципы разрешения неоднозначности при фазовых измерениях?
Какие две основные стадии обработки измерений при геодезических спутниковых определениях?
Перечислите режимы работ спутниковых геодезических приёмников?
Чем отличаются лучевой и сетевой методы определений?
Как используется навигация при реализации проекта аэрофотосъёмки?
Какими методами и с какой точность определяются координаты центров фотографирования при аэрофотосъёмке?
Как осуществляется переход от координат фазового центра антенны спутникового приёмника к координатам центра проекции фотокамеры?
Глава 11. Метод аэрогеодезических работ
На основе
Воздушной лазерной локации
И цифровой аэрофотосъёмки
1. Принципиальные отличия и сфера применения метода
Развитие современной аэрогеодезии обусловлено не только переходом на принципиально новый, цифровой уровень работы с пространственными данными, но и появлением новых типов геодезического оборудования, инструментов и технологий получения данных о Земле. Ярким примером современных методов получения информации о земной поверхности является воздушное лазерное сканирование (ВЛС) и наземное мобильное лазерное сканирование (НМЛС).
С развитием технических возможностей оборудования, лазерное сканирование расширило сферу применения. В настоящее время ВЛС успешно используется для создания трехмерных метрических моделей местности, цифровых топографических планов и карт, таксации леса, в маркшейдерских работах и т. п. Одним из основных направлений использования ВЛС стало создание и обновление крупномасштабных топографических карт и планов – важнейшей части инженерно геодезических изысканий.
В
оздушное
лазерное сканирование (лазерная локация)
в настоящее время является одним из
самых эффективных методов выполнения
топографических работ. Использование
воздушного лазерного сканера (ЛИДАРа)
для съемки поверхности земли является
наиболее передовой и самой продуктивной
технологией получения высокоточных
пространственных данных и позволяет
выполнять значительно объемы работ
более производительно по сравнению с
традиционной топографической съемкой.
Этот метод позволяет создавать
крупномасштабные топографические карты
и планы масштаба 1:500 и мелче с сечением
рельефа 0,5 м даже в залесённой местности.
Принцип работы воздушного лазерного сканера следующий (Рис.11.1.) Во время полета воздушного судна с помощью бортового интегрального комплекса (спутниковый приемник плюс инерциальная навигационная система) на каждый момент времени достаточно точно получают элементы внешнего ориентирования сканера: пространственные координаты траектории полёта и углы наклона и разворота сканера. Лазерный сканер выступает в роли дальномера, фиксируя фазу угла сканирования и расстояние от воздушного судна до подстилающей поверхности. Для уточнения пространственного положения воздушного судна во время полета создается сеть наземных базовых станций, за счет которой определяются дифференциальные поправки. В итоге получается так называемое «облако точек лазерного отражения», в котором каждая точка имеет пространственные координаты XYZ в необходимой системе координат с сантиметровой точностью.
Кроме этого, в аэросъемочный комплекс входит цифровая аэрофотокамера, например RCD105 39 Mpix компании Leica Geosystems, снимки которой позволяют очень быстро создавать цветные ортофотопланы высокого разрешения на территорию съемки. Технология создания ортофотопланов максимально оптимизирована за счёт полученных в полёте элементов внешнего ориентирования снимков. Детальная матрица рельефа, необходимая для аналитического трансформирования снимков, получается в результате обработки данных воздушного лазерного сканирования. По трансформированным снимка и результатам дешифрирования создаются фотокарты.
Каким образом выполняется вся технологическая цепочка, - от организации и проведения воздушного лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъемки до выпуска и печати готовых топографических планов и карт рассмотрим более детально.
В основе технологии лежит выполнение синхронного маршрутного лазерно-локационного сканирования местности и цифровой аэрофотосъемки в составе, например, следующего комплекта оборудования:
Лазерного сканера ALTM-1210 с разверткой лазерного луча в одной плоскости и частой выполнения измерений 5 Кгц. Угол сканирования может быть задан в диапазоне 20, а частота сканирования может меняться от 0 до 28 Гц. На основании данных этой подсистемы можно вычислить расстояние между излучателем и объектом отражения, а также угол в плоскости сканирования, куда был направлен луч в момент излучения.
Инерциальная система, датчики которой установлены в одном блоке с лазерным сканером. На основании данных этой подсистемы можно вычислить параметры ориентации летательного аппарата (датчиков инерциальной системы, лазерного сканера и фотоапарата) относительно определенной системы координат.
GPS-приемник. На основе данных которого, осуществляется синхронизация времени работы всех подсистем, а также вводится единая система координат и рассчитывается траектория полета летательного аппарата.
Для выполнения съемки создаются базовые GPS-станции, данные которых используются для вычисления дифференциальных поправок при определении траектории летательного аппарата. Для определения траектории летательного аппарата и уточнения угловых данных инерциальной системы, применяется метод совместной обработки GPS-данных и данных инерциальной системы. Применение такого метода расчета повышает как точность определения угловых параметров, так и местоположения.
Кроме прибора, выполняющего лазерно-локационное сканирование местности, на борту летательного аппарата устанавливается цифровая фотокамера. Поскольку в составе прибора, выполняющего лазерно-локационную съемку (ALTM-1210), входит инерциальная подсистема, то геодезическая привязка фотографий осуществляется программным способом автоматически, учитывая траекторию полёта и угловую ориентацию фотоаппарата и летательного аппарата в момент экспозиции снимка. То есть вычисляются линейные - X, Y, Z и угловые - , , элементы внешнего ориентирования снимка.
Технические характеристики лазерного сканера ALTM-1210:
Рабочая высота полета носителя 250 - 1000 м
Точность по дальности 15 см
Разрешение по дальности 3 см
Угол сканирования от 0 до ±20°
Полоса захвата от 0 до 0.68 долей высоты
Угловая точность 0.05°
Частота сканирования от 0 до 24 Гц
Рабочая длина волны 1047 нм
Частота генерации лазерных импульсов 10 Кгц
Расходимость луча 0.25 мрад, полный угол
Длительность импульса 16 нс
Длительность фронта импульса 3 нс
Средняя энергия в импульсе 80 мк Дж
Класс лазера по безопасности IV
Напряжение питания 28 В
Номинальный потребляемый ток 15 А