32.3. Точность gps измерений
Точность GPS измерений различается от 1 сантиметра до более чем 15 метров, в зависимости от используемой аппаратуры, методики обработки данных и других факторов. Кроме того, на точность получаемых данных влияет ваш опыт и знание основ работы c GPS системами.
Помните, что точность определения плановых координат при использовании GPS обычно в 2-5 выше, чем высоты, независимо от местоположения на поверхности Земли. Если Вы используете оборудование и программное обеспечение (ПО), дающее точность плановых координат около 1 см, то точность по высоте составит 2-5 см. Это может стать решающим фактором, когда Вы используете оборудование с точностью плановых координат порядка 2-5 метров. В этом случае, точность определения высоты может быть хуже десятков метров.
Все GPS приёмники компании Trimble можно подразделить на две категории основываясь на том, как они обрабатывают GPS сигнал:
C/A (гражданского применения) кодовые приёмники, использующие информацию, которая содержится в спутниковом сигнале для вычисления местоположения объекта;
фазовые приёмники, которые используют сам радиосигнал для вычисления местоположения объекта.
Эти два метода обработки не являются взаимно исключающими. Некоторые C/A кодовые приёмники могут выполнять ограниченную обработку фазы, и все фазовые приёмники могут вычислять положения, основанные на кодовых измерениях. Без дифференциальной обработки, оба типа приёмников могут вычислять только положения, основанные на кодовых измерениях. Если Министерство Обороны США не запускает в действие программу избирательного доступа (Selective Availability или S/A), то точность определения местоположения составляет от 2-x до 5 метров. Более подробно о режиме избирательного доступа можно узнать здесь.
C/A кодовые приёмники. GPS приёмники компании Trimble применяемые для картографирования и ГИС приложений используют метод измерения сигнала основанного на C/A (Coarse/Acquisition) коде. Точность этих приёмников находиться в диапазоне от дециметровой до 5 метров (с дифференциальной коррекцией).
Кодовым приёмникам не нужно осуществлять непрерывный захват сигнала со спутников для вычисления местоположения. Это позволяет оборудованию работать на территориях с сильной застройкой и в местах с ограниченной видимостью, например, под деревьями.
Фазовые приёмники . Оборудование компании Trimble использующееся для съёмки территории и развития геодезических сетей работает с фазой несущей сигнала. Методы обработки фазы несущей сигнала требуют, чтобы несколько приёмников работало одновременно. Обычно, эти приёмники имеют точность до 1 см + 1 мм на 1 км расстояния между ними. Это расстояние обычно называют длиной базовой линии. Фазовые приёмники отличаются более строгими требованиями к постобработке и сбору данных. Если работа производиться в кинематическом режиме, то приёмники должны осуществлять непрерывный захват сигнала, по крайней мере от 4-х спутников для вычисления местоположения объекта. Фазовые приёмники требуют прямого прохождения сигнала со спутника.
Количество каналов. Для определения точных пространственных координат необходимо, по крайней мере четыре GPS спутника.
Поскольку основной целью выполнения кадастрового картографирования является определение координат поворотных точек границ земельных участков, GPS-метод находит широкое применение в кадастровых приложениях. Однако, наряду с рядом преимуществ (отсутствие необходимости прямой видимости между пунктами измерений, возможность работы в любых метеорологических условиях, высокая точность определения координат точек местности), GPS-методам присущи недостатки: чувствительность к наличию препятствий в непосредственной близости от антенны приемника, невозможность установки антенны в некоторые координируемые точки (угол здания на уровне цоколя или фундамента), чувствительность к внешним электромагнитным полям и т.д. Поэтому в практике кадастровых работ в чистом виде GPS-технология практически не используется. Можно выделить классы кадастровых задач, где применяются GPS- приемники:
-гущение геодезической сети на картографируемой территории (статика);
-привязка локальной координатной системы к глобальным системам координат (статика);
-съемка границ земельных участков и других объектов на местности (статика и кинематика);
-применение GPS- методов в фотограмметрических технологиях.
Совместное использование GPS-приемников и электронных тахеометров.
Наибольшее распространение при кадастровом картографировании получило комплексное использование GPS- приемников и электронных тахеометров. При этом производят синхронные GPS- наблюдения на нескольких пунктах с известными координатами (опорных пунктах) и на определяемых пунктах, причем эти пункты могут как совпадать, так и не совпадать с поворотными точками границ земельных участков. В последнем случае пункты играют роль связующих, т.е. они обеспечивают привязку измерений координат границ земельного участка, полученных с помощью электронных тахеометров, к выбранной системе координат. Тахеометрические измерения выполняются полярным методом со съемочных станций, координаты которых, в свою очередь, определяются методом свободной станции.
Рассмотрим примеры использования такой комбинированной технологии. Пусть необходимо определить координаты граничных точек земельного участка 1-9 (Рис.1).
Используя GPS- измерения, определяют координаты связующих точек СВ1, СВ2, и СВ3, а также съемочной станции СТ4. Как видно из рис.1, точки СВ1 и СВ3 совпадают с поворотными точками границ земельного участка.
Очевидно, в этих точках должны выполняться условия проведения GPS- измерений, упомянутые выше. Далее с помощью электронного тахеометра методом свободной станции определяют координаты съемочных станций СТ1, СТ2 и СТ3. И, наконец, применяя (продолжение32.3)полярный способ, линейно-угловые засечки и их комбинации, находятся координаты всех поворотных точек границ земельных участков (тахеометрические измерения). Для передачи координат между съемочными станциями используются связующие точки (СТ1 привязывается через СВ1 и СВ2, СТ2 - через СВ3, а СТ3 - через СТ4). Для контроля процедуры определения координат выполняются избыточные измерения.
Известен и другой метод выполнения комбинированных измерений при решении той же задачи (Рис.2).
В этом случае координаты каждой съемочной станции определяются GPS- методом, а в качестве связующих используются поворотные точки границ земельного участка. Положение поворотных точек определяется линейной засечкой.
GPS- измерения в приведенных примерах чаще всего производятся статическими методами, хотя иногда можно применять и кинематические. Это зависит от требуемой точности определения координат, ресурсов времени, типа приемника, наличия транспортных средств и путей их перемещения между определяемыми точками и т.д.
Чем более открыта местность, на которой производятся полевые измерения, тем больше возможностей применения GPS- технологий для определения координат точек границ земельных участков. Если местность достаточно свободна от препятствий и по ней возможно передвижение на автомобиле или вездеходе, то GPS-приемник может быть установлен на мобильном транспортном средстве и включен в один из кинематических режимов. Во время движения координаты точек по траектории могут измеряться с интервалом в одну секунду с сантиметровой точностью. Это в значительной степени повышает эффективность выполнения полевых кадастровых работ.
Ведущие производители GPS-приемников учитывают тенденцию на интеграцию различных технологий выполнения полевых геодезических работ при выпуске новых образцов оборудования. Например, в середине октября 1998 года фирма Trimble Navigation, известный в мире производитель GPS-приемников, представила на рынок свой первый электронный тахеометр TTS 500.
Деференциальные поправки. Одним из способов улучшения точности определения местоположения с использованием спутниковых навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС) являются дифференциальные поправки. Принцип совсем не новый, в навигации традиционно списывали накопленную ошибку в точках с известными координатами. Собственно дифференциальные поправки начали применять еще в навигационных системах наземного базирования. Идея довольно проста - в месте с точно известными координатами устанавливается антенна навигационного приемника и разность истинных и измеренных значений, являющаяся в бОльшей степени систематической погрешностью, передается потребителю. Казалось бы, все просто - передать разность координат.
Измеряемыми параметрами приемника являются псевдодальности от антенны приемника до спутников, определяемые по задержке радиосигнала. Координаты антенны приемника вычисляются по координатам четырех и более спутников в момент излучения сигнала и измеренных до них псевдодальностях. Точные координаты спутников вычисляются по эфемеридам, передаваемым спутниками.
Система WAAS (Wide Area Augmentation System) служит для повышении точности позиционирования навигационных GPS систем. Принцип действия системы несколько отличается от обычного DGPS режима в котором используются корректирующие поправки с наземных базовых станций, передаваемые по каналам GPRS, УКВ и т.п.
В случае с WAAS, сигнал с поправками ретранслируется с геостационарных спутников, и обрабатывается навигатором с помощью одного из GPS-каналов. Это возможно благодаря тому, то сигнал WAAS передается на той же частоте, что и сигнал C/A L1 системы GPS, и имеет схожую структуру кодирования.
В мире существует несколько аналогичных WAAS систем: в Европе – EGNOS, в Японии - MSAS. Общепринятое название таких систем - SBAS (Space Based Augmentation System), что можно дословно перевести, как «космические вспомогательные системы». В литературе можно также встретить название WADGPS (Wide Area Differential GPS) – глобальный дифференциальный GPS.