CC BY
29
Исследование точности спутниковых определений по мере удаления от
базовой станции
В.В. Яковлев, Д.М. Арсенъев Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону
Аннотация: В статье выполнено исследование погрешностей определения координат и расстояний спутниковыми методами по мере удаления от базовой станции по материалам производственных работ в Ростовской области.
Ключевые слова: геодезические сети, спутниковые технологии, электронные приборы.
Бурное развитие науки и техники в последние десятилетия позволили создать принципиально новый спутниковый метод определения координат и их приращений. В этом методе для решения задач позиционирования используются подвижные спутники, координаты которых можно вычислить с необходимой точностью на любой момент времени. На смену динамической триангуляции пришла динамическая трилатерация, образующая пространственную систему линейных измерений с дальнейшим вычислением координат определяемых пунктов. На точность такого определения влияет большое количество неучтенных ошибок, осложняя в конечном итоге абсолютное трехмерное координирование. Базовой методикой выполнения геодезических работ на производстве является относительное координирование с использованием сохранившихся пунктов наземной триангуляции и полигонометрии. Методики проводимых определений носят хаотический характер без учета временных и геометрических факторов прохождения спутников и использования различных навигационных систем. Точность геодезических определений во многих случаях не обоснована удаленностью от базовых станций.
Для исследования точности измерения выбран полигон из 5 пунктов ГГС в Ростовской области (см. рис.1). В качестве базовой станции [1-4] выбран пункт Ленинаван. Объектом исследования является точность измерения расстояния при не благоприятном и благоприятном уровне PDOP [5,6] и
разных систем GPS и ГЛОНАСС в статическом режиме работы GPS приемника [7]. Расчеты координат и расстояний произведены в МСК-61, предустановленной в ГНСС приемнике Javad Triumph V.S. Для сравнения использованы значения координат и вычисленные по ним расстояния между пунктами, принятые за истинные [8]. Ниже приведены графики и сводные таблицы, полученные в результате исследования.
Проведя необходимые наблюдения, были получены координаты и расстояния от базовой станции (БС) (пирамида Ленинаван) до 4-х пунктов в благоприятный период PDOP <3 и не благоприятный период PDOP>3. Все данные с БС и передвижного приемника были скопированы в ПО Justin (программное обеспечение) для обработки. Значения, полученные при расчете координат и расстояний до пунктов при использовании двух систем GPS/ГЛОНАСС гораздо точнее, чем при расчете каждой из них. Для прогнозирования оптимальных условий наблюдения спутникового созвездия и выявления наименьших погрешностей PDOP были проведены наблюдения БС в период 24 часа. На рис.2 представлены результаты измерений расстояний по мере удаления от базовой станции. Точность расстояний ухудшается от 2 до 12 см по мере удаления от БС.
Б. Сыл ы пир
А
д Новый Мир пир.
Труд, пир -
А
Тырло, п ир
А
А
Кал1ено.ю\ти, пир
А
Рис.1. Схема расположения исследуемых пунктов ГГС
Таблица № 1
Исследование расстояния от БС до пункта ГГС в благоприятный
№ Наименова Расст Исследов Погре Исследо Погре Исследо Погреш
п/ ние ояние анная шность ванная шност ванная ность
п вектора по длина измере длина ь длина измерен
катал вектора, ний, вектора, измере вектора, ий
огу, GPS/ GPS/ GPS,м ний ГЛОНА ГЛОНА
м ГЛОНАС ГЛОНА GPS, м СС,м СС, м
С,м СС м
1 Б. Салы- 15703 15703.35 0.0464 15703.27 0.122 15703.30 0.0903
Ленинаван. .40 36 76 4 97
2 Труд- 4978. 4978.416 0.0334 4978.411 0.038 4978.428 0.0213
Ленинаван. 45 6 6 4 7
3 Новый 8339. 8339.876 0.0237 8339.836 0.063 8339.866 0.0332
Мир- 90 3 9 1 8
Ленинаван.
4 Каменолом 4131. 4130.987 0.0121 4130.967 0.032 4130.988 0.0113
ни- 00 9 7 3 7
Ленинаван.
период PDOP<3
Результаты полученных погрешностей определения расстояний по мере удаления от БС до пунктов ГГС приведены на рис.2,3 и представлены графически в табл.1,2.
Исходя из данных графиков и таблиц видно, что погрешности измерений расстояний увеличиваются по мере удаления от БС. Значения PDOP оказывают влияния на точность вычисления расстояний, как в благоприятный период, так и в не благоприятный период наблюдений.
Исследования, выполненные по данной теме, позволяют сформулировать следующие рекомендации, для повышения качества геодезических работ, проводящихся методом спутникового определения координат.
График изменения погрешности измерения расстояний в зависимости
от удаления от Б С
0.14 Е 0.12 1 0.1 Ш О. си Е 0.08 -й § 0.06 □ 0.0 4 о С= 0.02 0
Кагаеноло га ни 4130.9867 м труд 4978.4787 га Новый Мир 8339.8382 га Б. Салы 15703.2765 га
—СРЗДЛОНАСС 0.0121 0 .0 3 3 4 0.0237 0.046 4
■ СиР 5 0.0323 0.0334 0.0631 0.1224
0.0113 0.0213 0.0332 0.0903
Рис.2. - График изменения погрешности измерения расстояний в зависимости
от удаления от БС при PDOP<3.
Таблица № 2
Исследование расстояния от БС до пункта ГГС в неблагоприятный период
PDOP>3
№ Наименова Рассто Исследо Погре Исслед Погре Исследо Погре
п/ ние яние по ванная шность ованна шност ванная шность
п вектора каталог длина измере я ь длина измере
у, м вектора, ний, длина измере вектора, ний
GPS/ГЛ GPS/Г вектор ний ГЛОНА ГЛОН
ОНАСС ЛОНА а, GPS, м СС, м АСС, м
,м СС м GPS,м
1 Б. Салы- 15703. 15703.3 0.0535 15703. 0.1069 15703.2 0.1122
Ленинаван. 40 465 2931 878
2 Труд- 4978.4 4978.41 0.0398 4978.4 0.0445 4978.42 0.0219
Ленинаван. 5 02 055 81
3 Новый 8339.9 8339.85 0.0412 8339.8 0.0686 8339.85 0.0426
Мир- 0 88 314 74
Ленинаван.
4 Каменолом 4131.0 4130.98 0.0133 4130.9 0.0334 4130.87 0.0129
ни- 0 67 666 10
Ленинаван.
График изменения погрешности измерения расстояний в за ви си ил ост и от удаления от Б С
0.12 0.1 1. 0.08 0.06 0.04 0.02 0
-----
"-
К а мен оло мни 4130.9867 м Труд 49 78.478 7 пл Новый Мир 8339.8382 м Б. Салы 15703.2765 пл
• СРЭ/Г/ЮН АСС 0.0133 0.0398 0.0412 0.0535
■ С Р Е. 0.0334 0.0445 0.0686 0.1069
ГЛОНАСС 0.0129 0.0219 0.0426 0.1122
Рис .3. - График изменения погрешности измерения расстояний в зависимости от удаления от БС при PDOP>3.
Для получения более точных координат и расстояний необходимо:
- проводить наблюдения при благоприятных погодных условиях;
- проводить наблюдения более 20 минут (при неблагоприятных погодных условиях);
- проводить наблюдения при минимальных значениях PDOP;
- использовать угол маски отсечения спутников до 10° для повышения точности координат;
- проводить предварительный анализ полученных данных на месте проводимых наблюдений (при выявлении большого количества ошибок провести повторный сеанс наблюдений, либо перенести наблюдения на более благоприятный период);
- наблюдения проводить двухчастотным, двухсистемным ГНСС приемником;
- в наблюдениях и расчетах использовать 2 системы GPS/ГЛОНАСС;
- для привязки необходимого объекта в радиусе пятнадцати километров использовать три и более пунктов ГГС.
В данной статье представлены результаты исследований, опирающиеся на измерения GPS приемника одной фирмы. Для полной полноты картины желательно произвести исследование с использованием разных GPS приемников (разных фирм производителей) и последних их модификаций, т.к на сегодняшний день применяются новые технологии, позволяющие получать координаты с высшей точностью и в разных условиях наблюдения [9,10].
Литература
1. Антонович К.М. - Использование СРНС в геодезии. Том 1. Москва ФГУП «Картгеоцентр», 2005. - 340 с.
2. Антонович К.М. - Использование СРНС в геодезии. Том 2. Москва ФГУП «Картгеоцентр», 2006. - 311 с.
3. РТМ 68-14-01 - Спутниковая технология геодезических работ. Термины и определения - 2001. - 15 c.
4. Клюшин Е.Б., Куприянов А.О., Шлапак В.В. Спутниковые методы измерений в геодезии. Ч. 1: Учебное пособие. М.: МИИГАиК, 2006. - 60 с.
5. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. -М.: ЦНИИГАиК, 2003. - 66 с.
6. ОСТ 68-15-01 - Измерения геодезические. Термины и определения - 2001, 19 с.
7. Маркина, Ю.И. Антенна GPS круговой поляризации в диапозоне 1,2-1,6 ГГц // Инженерный вестник Дон», 2012, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/917.
8. Н.Ф. Добрынин, Т.М. Пимшина Использование космических средств позиционирования при обработке аэро- и космической информации//
Инженерный вестник Дона, 2013, №3. URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1835.
9. G. Seeber, Satellite Geodesy, 2nd completely revised and extended edition Berlin New York 2003. - p.612.
10. Anil K. Maini, Varsha Agrawal, Satellite Technology Priciples and applications, 2011. - p.696
References
1. Antonovich K.M. Ispol'zovanie SRNS v geodezii. [The use of SRNS in geodesy].Tom 1. Moskva FGUP «Kartgeocentr», 2005. 340 p.
2. Antonovich K.M. Ispol'zovanie SRNS v geodezii. [The use of SRNS in geodesy].Tom 2. Moskva FGUP «Kartgeocentr», 2006. 311 p.
3. RTM 68-14-01. Sputnikovaja tehnologija geodezicheskih rabot. Terminy i opredelenija. [Satellite technology of geodetic works. Terms and Definitions]. 2001. 15 p.
4. Kljushin E.B., Kuprijanov A.O., Shlapak V.V. Sputnikovye metody izmerenij v geodezii. [Satellite methods of measurements in geodesy. Part 1] Ch. 1: Uchebnoe posobie. M.: MIIGAiK, 2006.60p.
5. Rukovodstvo po sozdaniju i rekonstrukcii gorodskih geodezicheskih setej s ispol'zovaniem sputnikovyh sistem GLONASS/GPS. [A guide to the creation and reconstruction of urban geodetic networks using satellite systems GLONASS. GPS]. M.: CNIIGAiK, 2003, 66 p.
6. OST 68-15-01. Izmerenija geodezicheskie. Terminy i opredelenija. [OST 68-1501 - Geodetic measurements. Terms and Definitions]. 2001, 19 p.
7. Markina, Ju.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/917.
8. N.F. Dobrynin, T.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1835.
9. G. Seeber, Satellite Geodesy, 2nd completely revised and extended edition Berlin New York 2003.p.612.
10. Anil K. Maini, Varsha Agrawal, Satellite Technology Priciples and applications, 2011. p.696
