CC BY
4УДК 528
Т.А. Гура, К.В. Разумец
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВЫХ РЕФЕРЕНЦНЫХ СТАНЦИЙ СЕТИ ГОРКАДАСТР В КРАСНОДАРСКОМ КРАЕ
Спутниковая технология определения местоположения имеет преимущества перед традиционными методами наземного ориентирования и засечек, позволяет получать пространственные координаты автоматически, без использования внешних видимых ориентиров на местности в любом месте, где принимается спутниковый сигнал, в любое время при любых погодных условиях, сокращает время и упрощает сам процесс.
Ключевые слова: геодезия, референцная станция, навигационная система, канал связи, сигнал, спутник.
Работа с государственным кадастром недвижимости, предполагает необходимость учета всех земельных ресурсов государства, и является важной функцией органов государственной власти. При межевании земельных участков обязательно выполнение высокоточных геодезических работ по съемке границ земельных участков [1, с. 34-35]. При этом должны использоваться современные и рациональные методики исполнения геодезических работ. Сегодня вместе с традиционными технологиями ориентирования на местности и определения местоположения объектов во всю используется спутниковые навигационные технологии (ГЛОНАСС, GPS и др.), которые позволяют определять географические координаты объектов и электронных гаджетов в любом месте земного шара в любое время суток при любых погодных условиях и с постоянной точностью.
Глобальные спутниковые и навигационные системы практически изменили мир. Они применяются практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Нас уже невозможно представить без автомобильных навигаторов и приложений для смартфонов. Геопространственная информация, основанная на спутниковых методах координатных определений, стала важной частью инфраструктуры, также необходимой как дорожная сеть или система распределения электроэнергии. Сегодня созданы и постоянно усовершенствуются такие глобальные навигационные спутниковые системы, как российская ГЛОНАСС (19 действующих КА), американская GPS (24 основных спутника), развиваются китайская COMPASS, европейская Galileo, индийская IRNSS, японская QZSS [3, с. 113-116].
Архитектура любой глобальной навигационной системы состоит из трех сегментов:
- космический сегмент, включает в себя набор искусственных спутников Земли (ИСЗ), передающих радиосигналы наземным пользователям для определения ими положения в пространстве с помощью приемной аппаратуры, а также станции слежения, центра вычисления параметров орбит, параметры системы координат и времени, в которых определяются положения спутников и пользователей;
- сегмент контроля и управления орбитальной группировкой;
- сегмент пользователей, состоящий из наземной аппаратуры пользователей.
В зависимости от применяемой технологии, требуемой точности, определение координат со спутников делятся на абсолютные и относительные. В основе абсолютного метода заложен метод засечки положения мобильного приемника пользователя от известных положений навигационного космического аппарата в любой момент времени. Данная технология реализуется в мобильных телефонах, планшетах, автомобильных навигаторах и других недорогих устройствах и обеспечивает точность позиционирования от пяти до десяти метров. Для выполнения профессиональных задач в области геодезии, картографии, земельного кадастра, строительстве, точном земледелии, управлении машинами и механизмами, а также в других отраслях, где необходим сантиметровый уровень точности определения пространственного положения объекта, используется относительный или дифференциальный метод позиционирования. [12, с. 14-18] Данный метод реализуется с помощью контрольного спутникового приемника называемого опорной станцией или с помощью сети опорных станций. В этом методе по результатам наблюдений на опорной станции с известными координатами формируются дифференциальные поправки соответствующим координатам для определяемой станции. Точность определения относительных координат по фазовым измерениям может достигать 5-10 миллиметров [9, с. 60-64].
В настоящее время наиболее прогрессивным способом определения координат является режим РТК, что означает кинематика в реальном времени. Несомненным преимуществом данного метода явля-
© Гура Т.А., Разумец К.В., 2017.
ется возможность получения координат точек в режиме реального времени с точностью 1-2 сантиметра относительно пункта с известными координатами. Принципиальным отличием режима РТК является наличие постоянной связи между базовой станцией и приемником пользователя посредством радио, JSM или GPS каналов. Наиболее простым и в целом хорошо известным является способ, при котором приемник пользователя, работающий в реальном времени, традиционно получает поправки от одиночной базовой станции, которая устанавливается в районе работ на точке с известными координатами [2, с. 214215]. Одним из основных недостатков одиночной базовой станции является то, что по мере увеличения расстояния между базовой станцией и приемником происходит падение точности и надежности данных. Это связано с тем, что атмосферные условия на базовой станции и приемнике начинают значительно отличаться, что затрудняет или делает невозможным решение сантиметровой точности. Для устранения таких недостатков необходимо использовать несколько базовых станций, объединенных в единую сеть. Сетевая технология преодолевает ряд ограничений свойственных технологиям с одной базовой станции и позволяет значительно уменьшить систематические погрешности измерений, увеличить расстояние между подвижным приемником и базовой станцией [8, с. 204-205].
Городу Краснодару с общей площадью около 200 кв.км и населением около одного миллиона человек 4 референцные станций, практически полностью, обеспечивают выполнение стоящих задач. Сеть построена на станциях, оснащенных приемниками Trimble NetR5. Она принадлежит муниципальному унитарному предприятию «Институт ГОРКАДАСТРПРОЕКТ» рис. 1. [13, с. 30-32].
Рис. 1. Расположение стационарных референцных станций в г. Краснодар
Дальнейшее продвижение этой сети за пределы городской черты видятся в увеличении числа станций, и, соответственно, охватываемой площади. На данный момент сеть работает под управлением программы Trimble VRSNet Advanced. Это новейшее программное обеспечение позволяет предоставлять потребителю современный сервис виртуальной базовой станции круглосуточно, 7 дней в неделю, круглый год. Кроме того, в систему входит программа точного учета подключений пользователей и полученных ими данных, включая доступ в реальном времени. Учет ведется с использованием контрактов, позволяющих осуществлять гибкую настройку определения стоимости данных для пользователя, и учитывающих только предоставленные по факту данные, а не время работы [10, с. 37-40].
Имеется небольшая сеть в г. Сочи, которая также обеспечивает реализацию определенных ведомственных задач, но так же есть еще остальная территория Краснодарского края, которую не перекроешь единообразными координатами от этих двух «центров цивилизации». Используя возможности ПО Trimble VRSNet Pus Advanced возможно достать до пользователя и за 150 км. Конечно такое решение не может устроить всех. На рисунке 2 показан полевой приемник в районе г. Сочи, получающий поправки от сети в г. Краснодаре, находящейся на удалении более 150 км. В результате инициализации было получено плавающее решение (20-30 см), что конечно во многих случаях соответствует предъявляемым требованиям точности работ [11, с. 118-120].
Для предварительного расчета необходимого количества спутниковых базовых станций по охвату территории с определенной площадью можно воспользоваться формулой.
N=D*V\(2r-K)2
где N - количество станций (шт.);
D - длина области (км);
V- ширина области (км);
r - радиус охвата одной станцией (макс.80-100 км);
K - область перекрытия между станциями.
Подставив значения ширины и длины необходимой области охвата на местности, можно вычислить площадь сети и количество необходимых станций. Так, например, если взять радиус рабочей зоны каждой станции равный 50 км и область перекрытия зон 5 км, то для охвата территории Краснодарского края (76 000 км2), приблизительное количество базовых станций для края в целом, должно составлять 13 станций. Данная формула может быть применена только для предварительного расчета необходимого количества станций сети, поскольку она учитывает равномерное расположение станций по всей территории. Окончательное решение о количестве станций должно быть принято в условиях требуемой плотности в отдельных субъектах края и, конечно, из баланса необходимости и бюджета проекта по созданию сети базовых станций. Вполне понятно, что чем больше станций в сети, тем она надежнее [6, с. 180-194].
Как это работает? Вся наземная система точного позиционирования представляет собой сеть опорных и референцных станций, принимающих сигналы глобальных навигационных спутниковых систем, и передающих их в качестве измерительной информации в вычислительный центр, который формирует корректирующую информацию и по каналам связи транслирует ее пользователям на обслуживаемой территории. Пользователей с применением полевых приемников геодезического класса точности, объединяя спутниковую и корректирующую информацию посредством JSM или GPS каналов получают координаты объекта в реальном режиме времени, в заданной системе координат. Объединенные в единую сеть станции обеспечивают работу большого количества пользователей на больших территориях непрерывно 24 часа в сутки, 365 дней в году. Работая в автоматическом режиме и предоставляя пользователям измерительную и корректирующую информацию, обеспечивающую точное и надежное определение координат в любой точке на сантиметровом уровне точности [7, с. 103].
При невозможности подключения к серверу для работы в режиме реального времени координаты точек определяются камерально, в режиме так называемой пост обработки. Для этого используется накопленная информация с приемника потребителя, а также накопленная и сохраненная на сервере информация с базовых станций в тот же промежуток времени, когда выполнялись работы [14, с. 18-22].
Спутниковая система точного позиционирования может применяться в различных сферах деятельности для обеспечения точными координатами геодезических измерений, топографических и исполнительных съемок, в землеустройстве, при определении объемов выработок горных пород, при выносе в натуру и разбивке при строительстве объектов и сооружений особенно дорог, трубопроводов, линий электропередач и других протяженных объектов. Для контроля пространственного положения возводимых конструкций. При наблюдениях за деформациями и смещениями искусственных сооружений, таких как дамбы, мосты, здания и другие, воздушной, речной и сухопутной навигации для управления строительной техникой в точном земледелии [15, с. 75-84].
Спутниковая система точного позиционирования является основой наземного сегмента пользователей. Позволяет значительно повысить эффективность использования глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPC. Создать единые высокоточные координатные пространства. Автоматизировать процесс обеспечения непрерывными и надежными GPC ГЛОНАСС данными заинтересованных потребителей с возможностью удаленного доступа к этим данным. Повысить уровень картографа геодезического обеспечения самых различных отраслей хозяйственной деятельности, сократить расходы на все виды работ, при которых необходимо высокоточное позиционирование [4, с. 19].
Учитывая все вышеизложенное можно сделать вывод, что использование постоянно действующих референцных станций имеет следующие преимущества:
• Надежная стационарная структура, обеспечивающая стабильные данные для относительного метода спутниковых измерений и определения точного местоположения окружающих объектов;
• Возможность непрерывной работы 24 часа в сутки, обеспечивая постоянный сбор спутниковых данных для постобработки (РР) и корректирующей информацией для работы в режиме реального времени (RTK);
• Эффективна на территории, где периодически или постоянно выполняются измерения большого числа объектов, определяется пространственное положение множества точек;
• Не требует постоянного присутствия оператора, все процессы автоматизированы;
• Невысокие затраты на функционирование и обслуживание.
Библиографический список
1. Логинов В. Ф., Манухов В. Ф. GPS в геодезическом обеспечении кадастра // Геодезия и картография. 2005. №3. С. 34-35.
2.Манухов В. Ф., Ивлиева Н. Г., Логинов В. Ф. Методика использования инновационных технологий в учебном процессе // Инновационные процессы в высшей школе: материалы XIV Всеросс. науч.-практич. конф. Краснодар, 24-28 сентября 2008. Краснодар, 2008. С. 214-215.
3.Родькин И. А., Юртаев А. И. Создание опорной межевой сети GPS // Естественно-технические исследования. Теория, методы, практика. Саранск, 2004. С. 113-116.
4.Моряков В.А., Лохов В.С. Развитие сетей референцных станций на территории Российской Федерации.
2012.
5.https: // text.ru/rd/aHR0cDovL2RhdmFpa25hbS5ydS90ZXh0L3NlbWluYXItc296ZGFuaWUtcmVnaW9uYWxlbm9qLXNldGktcG9 zdG95YW5uby1 kZWpzdHZ1 eXVzaGloLXNw
6.Гура Д.А., Шевченко Г.Г., Гура Т.А., Муриев Т.А. О прохождении учебной геодезической практики в КубГТУ студентами направлений «Строительство» // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 12. С. 180-194.
7.Желтко Ч.Н., Лабутин В.О., Осенняя А.В., Пастухов М.А., Гура Д.А. Поисковый способ уравнивания и оценка точности неизвестных в методе наименьших квадратов: монография. Краснодар, 2016. 103 с.
8.Гура Д.А., Доценко А.Е. О необходимости выполнения геодезической съемки // Актуальные вопросы науки: материалы IX Международной научно-практической конференции. 2013. С. 204-205.
9.Желтко Ч.Н., Шевченко Г.Г., Гура Д.А., Кузнецова А.А. Алгоритм определения координат при мониторинге сооружений с использованием поискового метода уравнивания // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). 2013. № 3. С. 60-64.
10.Шевченко Г.Г., Желтко Ч.Н., Гура Д.А., Пастухов М.А. Определение смещений и осадок сооружений с использованием поискового метода уравнивания // Новый университет. Серия: Технические науки. 2013. № 7 (17). С. 37-40.
11.Рудик Е.А., Гура Д.А. Проведение топографической съемки с применением спутниковых систем и электронных тахеометров // Науки о земле на современном этапе: материалы IV Международной научно-практической конференции. 2012. С. 118-120.
12.Корелов С.Н., Гура Д.А., Шевченко Г.Г., Желтко Ч.Н., Желтко С.Ч., Бердзенишвили С.Г., Нелюбов Ю.С. Геодезические работы при ведении кадастра: методические указания к практическим занятиям для студентов всех форм обучения специальности 120303 Городской кадастр и направления 120700.62 Землеустройство и кадастры. Краснодар, 2011.
13.Гура Т.А., Слинькова Ю.Н. Инженерно-геодезические изыскания для подготовки проекта планировки территории // Вестник магистратуры. 2016. №11-2. C. 30-32
14.Гура Т.А., Каранова В.В., Тхазеплова Д.А. Геодезическое обеспечение строительства подземных коммуникаций в условиях г. Краснодара и Краснодарского края // Вестник магистратуры. 2016. №11-3. C. 18-22
15.Пинчук А.П., Шевченко А.А., Голотина Ю.И., Астахова И.А. Основные геодезические работы при строительстве зданий и сооружений // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 8. С. 75-84.
ГУРА ТАТЬЯНА АНДРЕЕВНА - инженер-исследователь, кафедра кадастра и геоинженерии, Кубанский государственный технологический университет, Россия.
РАЗУМЕЦ КРИСТИНА ВИТАЛЬЕВНА - бакалавр, Кубанский государственный технологический университет, Россия.
