CC BY
75
УДК 528.089
И.В. Лесных, А.В. Скрипников СГГ А, Новосибирск
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГОРОДСКИХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПУТНИКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В настоящее время одной из актуальных задач топографо-геодезического обеспечения хозяйственной деятельности на территории городов является создание, либо коренная реконструкция городских геодезических сетей.
Создание геоинформационных систем (ГИС) различного назначения требует топографических планов, точность которых во многом определяется точностью планового обоснования.
В ближайшее время наиболее перспективным методом для создания опорных плановых сетей на застроенных территориях является метод, основанный на спутниковых технологиях. Этот метод требует выполнения одного важного условия - обеспечения беспрепятственного приёма радиосигналов со спутниковых навигационных систем. В условиях застроенных территорий создание геодезических сетей сгущения по плотности пунктов соответствующих полигонометрическим сетям 1 и 2 разряда может вызвать большие затруднения. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать опорные геодезические плановые сети, по своим параметрам соответствующие полигонометрии 4 класса.
Проектирование городских геодезических сетей необходимо выполнять в несколько ступеней [1]. Первая ступень сети создаётся в виде каркаса не менее чем из 4-х пунктов. Эти пункты должны быть определены от 4-х ближайших пунктов Фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС). Не рассматривая методику измерений и их обработку, следует отметить, что при уравнивании каркасной сети необходимо рассматривать все варианты схем привязки определяемых пунктов к пунктам ФАГС. Это необходимо для более ясного представления о взаимной точности пунктов и точности выполненных измерений.
Вторая ступень городской геодезической сети создаётся, в зависимости от формы территории города, либо в виде сети элементарных фигур, либо в виде вытянутых ходовых линий, замыкающихся, например, через две линии хода. Конечные пункты точек фигур, либо ходовых линий должны опираться на пункты первой ступени.
Для наглядности проектирования сетей предлагается использовать электронные карты, созданные на территории городов. При отсутствии электронной карты крупного масштаба при проектировании каркасной сети может применяться и мелкомасштабные электронные карты.
Алгоритм первого программного приложения к MapInfo предлагает ввести координаты пунктов ФАГС и координаты пунктов каркасной сети. Разработанный алгоритм рисует схему сети, подсчитывает количество измеряемых базисных линий. На втором этапе проектирования необходимо определить примерное количество пунктов или проектные расстояния. Задав площадь проектирования, выбираем метод проектирования (цепочки
треугольников или вытянутые траверсы). Алгоритм программы строит сеть в виде регулярной сети пунктов, равномерно покрывающей всю территорию. Созданная на выбранном слое электронной карты регулярная сеть пунктов может использовать либо как основа при уточнении местоположения пунктов, либо в качестве подложки. Проект сети не должен содержать базисных линий, затрудняющих чтение проекта, он должен быть нагляден для проектирования сеансов наблюдений.
Существует много видов программного обеспечения, которое позволяет планировать наилучшее время для GPS-наблюдений с учётом препятствий. Но в тоже время при проектировании остаётся нерешённым вопрос об автоматизации выбора наилучшего места установки спутниковой аппаратуры в некоторой области с учётом ситуации на местности.
Для решения поставленной задачи была разработана методика, позволяющая автоматически получать наилучшие точки стояния спутниковой аппаратуры в некоторых областях. При разработке данной методики были использованы программные продукты Trimble Geomatics Office, версия 1.5, MapInfo 7.0, MapBasic 7.0, средства Windows («Блокнот»).
При проектировании использовалась цифровая карта созданная в ГИС MapInfo (рис. 1). Цифровая карта создавалась с учётом современных требований и действующих инструкций [2-5] и представляется собой векторную карту с семантической информацией, присоединённой к объектам.
За объект принимался элемент местности природного или искусственного происхождения, имеющий кроме геометрических характеристик, т. е. пространственного расположения на местности, и смысловые характеристики, представляющие собой информацию о функциональных, технических или природных качествах объекта. Для структурирования информации об объектах местности была выполнена генерализация классификатора топографической информации.
В программе Trimble Geomatics Office генерировался файл прогноза числа спутников и величины PDOP на конкретную дату наблюдений и определённое место наблюдений «*. REP» с заданной маской по углу возвышения. Средствами Windows («Блокнот») этом файл конвертируется в «*. txt» для удобства при дальнейшем использовании программным приложением, написанном на языке программирования MapBasic 7.0.
Ри с. 1. Фрагмент цифровой карты
В файле «*. Ш» с дискретностью 10 минут указываются видимые спутники, азимут, угол возвышения каждого спутника и PDOP для созвездия спутников (рис. 2).
Дата: 29 Март 2005 Маска по углу возвышения: 15 (град.) Часовой пояс: РР1 6:00 28 видимых спутников: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 17 18 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Дискретность: 10 мин.
Время El Az El Az El Az El Az El Az El PDOP
**** ** Изменение созвездия на 7 спутн. ** ***
Спутники 6 10 22 23 25
0:00 26 84 29 311 36 201 23 203 37 86 28 3.1
0:10 27 80 30 306 40 201 19 202 33 88 32 2.8
**** ** Изменение созвездия на 6 спутн. ** ***
Спутники 6 10 22 25 28
0:20 28 75 32 302 45 201 29 90 37 199 65 3.5
**** ** Изменение созвездия на 7 спутн. ** ***
Спутники 3 6 10 22 25
0:30 17 143 29 70 33 297 50 200 25 92 42 2.7
**** ** Изменение созвездия на 8 спутн. ** ***
Спутники 3 6 10 22 25
0:40 21 141 29 66 33 291 55 200 21 94 47 2.5
0:50 25 138 29 61 32 286 60 198 17 95 51 2.4
Рис. 2. Фрагмент текстового файла из Trimble Geomatics Office
Далее в ГИС МарІпАз указывается (создаётся) предполагаемая область для установки спутниковой аппаратуры и запускается разработанное программное приложение «Планирование.тЬх» на языке MapBasic.
Область разбивается на элементарные участки параллельными прямыми (рис. 3). В каждом элементарном участке вычисляется его центральная точка.
А / \ |\
/ \ у
/ \
■ ,
\ /
\ /
N / [/
Рис. 3. Разбивка области на элементарные участки
Для сооружений и других объёмных объектов искусственного происхождения задаются уравнения граней их плоскостей [6] х1 оо8а1 + х2 оо8а2 + х3 оо8а3 = р (р > 0), (1)
где у = {оо8а1,оо8а2,оо8а3 } - единичный вектор, задающий направление радиус-вектора а, р = |а| - длина вектора а, X(х1,х2,х3) - произвольная точка
принадлежащая плоскости.
Для одиночных объектов растительного происхождения задаются уравнения цилиндрической поверхности [10]:
^ ~ у - ^ ~2 (2)
I т п
где х,у,2 - координаты точки направляющей, 1,т,п - координаты направляющего вектора образующей; Х,У^ - текущие координаты точки образующей.
Траектория прохождения сигнала от спутника к приёмнику считается идеальной и принимается за прямую. Уравнение прямой задаётся ввиде [10]: г = г0 + а ■ ^ (3),
где г{х,у,2} - радиус-вектор любой точки прямой; г0{х0,у0,г0} - радиус-вектор центральной точки элементарного участка; а - направляющий вектор прямой, вычисляемый по азимуту и углу возвышения, считываемых из текстового файла; t - параметр, принимающий всевозможные значения.
Все необходимые данные считываются с цифровой карты и из семантических таблиц, на их основе вычисляются необходимые параметры для построения плоскостей и прямых.
Далее решаются совместно уравнения плоскостей и прямых. Если при решении уравнений находится хотя бы одна точка пересечения плоскостей объекта и прямой, то данный спутник, по углу возвышения которого была смоделирована прямая, исключается на данную эпоху. После выполнения анализа по всем спутникам на все эпохи, делается вывод о наилучшем месте наблюдения в некоторой области.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. ГКИНП (ОНТА)-01-271-03. [текст] - М.:, ЦНИИГАиК, 2003.
2. 2 ОСТ 68-3.5-99 Карты цифровые топографические. Обменный формат. Общие положения. - М.: ЦНИИГАиК, 1999.
3. ГОСТ Р 51605 - 2000 Карты цифровые топографические. Общие требования. -М.: ИПК Издательство стандартов, 2000.
4. ГОСТ Р 51606 - 2000 Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000.
5. ГОСТ Р 51607 - 2000 Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000.
6. А.А. Гусак. Аналитическая геометрия и линейная алгебра. Справочное пособие к решению задач, Минск, ТетраСистеме, 1998.
© И.В. Лесных, А.В. Скрипников, 2005
