CC BY
19
УДК 528.34
СПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИЯ И ЕЕ ЗАДАЧИ НА ПРИМЕРЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ
Валерий Борисович Жарников
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, профессор кафедры кадастра и территориального планирования, тел. (383)361-05-66, e-mail: v.b.jarnikov@ssga.ru
Александр Алексеевич Армянов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (913)718-41-34
Рассмотрены основные характеристики GPS и ГЛОНАСС, определены основные условия их использования и решаемые задачи, а также особенности региональной спутниковой системы, функционирующей в Новосибирской области.
Ключевые слова: система спутниковых определений координат, GPS, ГЛОНАСС, конструктивные особенности, программное обеспечение.
SATELLITE NAVIGATION AND ITS TASKS ON THE EXAMPLE OF THE NOVOSIBIRSK REGION
Valeriy B. Zharnikov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Professor, Department of Cadastre and Territorial Planning, phone: (383)361-05-66, e-mail: v.b.jarnikov@ssga.ru
Alexandr A. Armyanov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (913)718-41-34
The article considers the main characteristics of GPS and GNSS, determines basic conditions of their use and problems to solve, as well as peculiar features of regional satellites system used in the Novosibirsk region.
Key words: satellite coordinate system, GPS, GNSS, constructional features, software.
На сегодняшний день в мире в различных отраслях экономики, науки и техники широко применяются спутниковые технологии [1-3]. Одним из ярких примеров использования спутниковых технологий является глобальная система определения координат [4]. Система позволяет с высокой степенью точности (до нескольких сантиметров) определять местоположение объекта (широту, долготу и высоту над уровненной поверхностью фигуры Земли), направление и скорость его движения. Достаточно интересным является использование системы многими учеными и исследователями в качестве источника точного времени. Система GPS (Global Positioning System) [5], разработанная в США, состоит из 24 искусственных спутников и работает непрерывно. Для
пользования системой GPS достаточно приобрести GPS-приемник. В зависимости от назначения, можно выбрать носимые, автомобильные, морские, авиационные модели приемников. GPS позволяет существенно сократить затраты, связанные с поисковыми работами и значительно сократить время проведения спасательных операций.
ГЛОНАСС - российская система определения координат [6], полностью аналогична [7] американской системе GPS. Орбитальная группировка также состоит из 24 спутников, размещенных в трех орбитальных плоскостях, развернутых друг относительно друга на 120 градусов.
Данные технологии применяются во многих отраслях, в том числе и геодезии [8-11]. Для использования спутниковых сигналов с целью измерения координат с точностью выше 1м применяются геодезические спутниковые приборы и наземные постоянно действующие базовые станции для постоянного приема и накопления спутниковой информации.
Сеть дифференциальных геодезических станций (СДГС) на территории Новосибирской области [13, 14] создана в период с 2008 по 2012 г. в два этапа (первая очередь и вторая очередь), в рамках долгосрочной целевой программы Новосибирской области «Развитие геоинформационного обеспечения и навигационной инфраструктуры с использованием системы ГЛОНАСС и других результатов космической деятельности в интересах социально-экономического и инновационного развития Новосибирской области в 2012-2016 годах».
На первом этапе (первая очередь), в период с 2008 по 2010 г. создан фрагмент сети, включающий 19 станций. На втором этапе (вторая очередь), в 2012 г. создан фрагмент сети в развитие сети СДГС, созданной на первом этапе.
На первом этапе была создана сеть активных базовых станций (АБС) из 19 базовых станций, размещенных в населенных пунктах: гор. Новосибирск, пгт. Колывань, пгт. Мошково, гор. Искитим, р. п. Краснозерское, р. п. Кочене-во, р. п. Ордынское, гор. Черепаново, гор. Болотное, с. Кочки, гор. Тогучин, гор. Чулым, гор. Каргат, с. Довольное, пгт. Маслянино, р. п. Сузун, с. Здвинск, с. Убинское, гор. Барабинск.
На втором этапе, были установлены базовые станции населенных пунктах: с. Венгерово, с. Усть-Тарка, гор. Татарск, пгт. Чаны, р. п. Чистоозерное, гор. Купино, с. Баган, гор. Карасук, с. Шипицино, с. Северное, с. Кыштовка, с. Те-бисское.
Сеть представляет собой программно-аппаратный комплекс, включающий отдельно расположенные базовые станции, вычислительный центр (ВЦ) и линии связи, объединяющие отдельные базовые станции, ВЦ и пользователей услугами сети.
Активные базовые станции работают в автоматическом режиме и непрерывно передают в вычислительный центр по линиям связи навигационную информацию со спутников ГЛОНАСС/GPS. Все базовые станции, входящие в спутниковую дифференциальную сеть реального времени, имеют возможность дистанционного управления из вычислительного центра.
Специализированное программное обеспечение вычислительного центра имеет возможность архивации данных для постобработки и обеспечивает передачу данных для создания непрерывного потока RTCM/RTK (Real Time Kinematic) поправок для пользователей на всю территорию работы сети (рис. 1). Программное обеспечение поддерживает работу ГЛОНАСС/GPS оборудования всех основных производителей спутниковой аппаратуры в реальном режиме времени.
Рис. 1. Передача поправок пользователям в реальном времени
Специализированное программное обеспечение - программный пакет фирмы Leica Geosystems позволяет:
1. Импортировать и декодировать данные базовых станций с приемников в хранилище и осуществляет контроль целостности.
2. Формировать файлы для статистического анализа качества собираемой информации с базовых станций;
3. Обеспечивать устойчивость системы хранения данных для постобработки к отказам в линиях передачи данных (в случае временных проблем с коммуникационными каналами данные базовых станций после восстановления связи должны автоматически передаваться в вычислительный центр);
4. Генерировать «сетевой» принцип коррекций с использованием данных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS;
5. Поддерживать форматы передачи дифференциальных поправок RTCM, CMR, CMR+, FKP (рис. 2);
6. Обеспечивать режим автоматического создания файлов VRS RINEX или файлов отдельных базовых станций согласно указанному пользователями времени выполнения полевых работ.
Соединение между АБС и ВЦ осуществляется через сети Internet, Ethernet, основанные на кабельных оптоволоконных сетях, которые объединяют в единое информационное пространство все пункты АБС.
Передача дифференциальных поправок для конечных пользователей осуществляется с использованием каналов GSM/GPRS связи высокоскоростных соединений операторов сотовой связи Новосибирской области.
\ File View Management Processing RT Products loots '¿rtxtow Help ЦвШ« -J Л
|>»'ll> в® -ч +
Jil
\ iRi > S »
Management I RT Product паи I RT Product type 1 Cek/Sites/Rover Us« r | Message Type Send to | Connection Settings | Ntrip Mount pant | Та get Co... | Check max. ckst. for correct! 1.
Local Network Server * NSO.VRS Automatic eels Virtual RS RTCM 3.x (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nso.vrs On
* NSO_MAX_101S-1016 Automatic eels MAX RTCM 3.x (Extended, 1015,1016) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nso_maxlS-16 On
* NSO.MAXJ017 Automatic eels MAX RTCM 3.x (Extended, 1017) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nso_maxl017 On
t NSO_MAX_4G_Leica Automatic eels MAX Lee 4G NTRIP-Clent NAVGEO:4884 nso_max_4g_leica On
•t NSO_MAX_NO_DISTANCE Automatic eels MAX RTCM 3.x (Extended,1015,1016) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nso_max_no_iistance Off
* NSO_i-MAX_RTCM2_l -2-18-19 Autcmatic eels ¡-MAX RTCM 2.x (Type 1,2,18,19) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nso _imax_rtcm2_l -2-18-19 • On
* NSO_VRS_RTCM2.3_l-2-18-19 Automatic eels Virtual RS RTCM 2.x (Type 1,2,18,19) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nso_vrs_rtcm2.3_l-2-18-19 - On
DGPS_AC_RTCM2.3_l-2 Automatic eels i-MAX RTCM 2,x (Type 1,2) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 dgps_ac_rtcm2.3J-2 Off
* DGPS_AC_RTCM2.3_9-2 Automatic eels i-MAX RTCM 2.x (Type 9,2) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 dgps_ae_rton2.3_9-2 Off
Y D"3PS_VRS_RTCM2.3_l-2 Automatic eels Virtual RS RTCM 2.x (Type 1,2) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 dgps_vrs_rtcm2,3_l-2 Off
* DGPS_VRS_RTCM2.3_9-2 Automatic eels Virtual RS RTCM 2.x (Type 9,2) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 dgps_vTS_rtem2.3_9-2 Off
NAVISVRS Automatic eels Virtual RS RTCM 3.x (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 navlsvrs Off
V NSO.NEAR Nearest ate CMR+ NTRIP-Clent NAVGEO:4884 nso_near On
NSO_CMR_GPS Nearest sie CMR NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nso_crrw_gps On
* rateos Nearest sie RTCM 2, (Type 1,2) NTRIP-Clent NAVGEO:4884 rateos On
Эчг» * nskavd Nearest site RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 nskavd On
•* near_4g Nearest sie Leaca4G NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 near_4g On
t NAVIS Single sie NSKW ■ NskW RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 navis Off
« i r Oft DM Single site ORDN-ORDN RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 ORDN Off
t BOLO Single sie BOLO-Bolo RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 Bolo Off
X TOGU Single site TOGU - Togu RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 Togu Off
V MHKV Single sie MHKV - Mhkv RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckeri NAVGEO:4884 Mikv Off
MA 51 Single site MASL - Masl RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 Masl Off
¥ KOLV Single site KOLV - КоЫ RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 Kolv Off
NSKW Single site NSKW - NskW RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 NskW Off
* KARA Single site Karasyk - Kara RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 Kva Off
t BARN Single sie BARN - BARN RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4B84 barn Off
* TALM Single sie TALM - TALM RTCM 3. (Extended) NTRIP<kent NAVGEO:4884 tain Off
t NAVIS 1 Single sie NSKW - NskW RTCM 3. (Extended) NTRIP-Clent NAVGEO:4884 navis 1 Off
DOVO Single sie DOVO-DOVO RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckeri NAVGEO:4884 DOVO Off
V KRAS Single sie KRAS - Kras RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 Kras Off
Y SUZU Single sie SUZU - Suzu RTCM 3. (Extended) NTRIP-Ckent NAVGEO:4884 Suzu Off
NSO.SDKM Single sie SDKM - SDKM RTCM 3. (Extended) NTRIP-Clent NAVGEO:4884 SDKM Off
j MaoVew Rovb Statut SatSWut
-ill
Рис. 2. Форматы поправок
В настоящее время сеть ПДБС Новосибирской области насчитывает более 250 активных пользователей, у многих на одного пользователя приходится несколько подключения (в зависимости от количества приемников использующих пользователем). Более 90 % всех пользователей приходиться на организации занимающиеся кадастровой деятельностью [15-16].
Использование сети ПДБС Новосибирской области в кадастре дает существенный экономический эффект в данной отрасли. Существенно сокращаются материальные и временные затраты на полевые работы с применением GNSS технологий, что приводит к удешевлению данных работ для конечного потребителя. Это обусловлено тем, что для измерения земельного участка или объекта капитального строительства, достаточно располагать одним GNSS приемником с поддержкой RTK, при этом отпадает необходимость делать привязку от пунктов ГГС, что в свою очередь, сокращает временные затраты.
Применение спутниковых технологий стало широко применяться в навигационной, геодезической, научной и других областях. Сети ПДБС существенно облегчают использование GNSS технологии. Сеть спутниковых базовых
станций может быть использована для закрепления единой координатно-временной основы на территории государства и ее регионов.
Развитие сетей постоянно действующих спутниковых базовых станций на отдельных объектах, таких как месторождения, карьеры, территориях городов и целых регионов дает возможность эффективней выполнять геодезические и маркшейдерские измерения, топографические съемки, инженерные изыскания и межевание земель [17-21]. Эффективность достигается за счет сокращения времени при определении точного положения объектов в пространстве, уменьшения транспортных расходов и человеческих ресурсов. Создание региональных сетей для обеспечения кадастровых работ позволяет существенно сократить расходы на создание опорного обоснования (опорной межевой сети) и поддержание ее в рабочем состоянии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Александров И. Космическая радионавигационная система НАВСТАР (рус.) // Зарубежное военное обозрение. - М., 1995. - № 5. - С. 52-63.
2. Козловский Е. Искусство позиционирования // Вокруг света - 2006. - № 12 (2795). -С. 204-280.
3. Шебшаевич В. С., Дмитриев П. П., Иванцев Н. В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / под ред. В. С. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 1993. - 408 с.
4. Серапинас Б. Б. Глобальные системы позиционирования. - М. : ИКФ «Каталог», 2002. - 106 с.
5. Одуан К., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS : пер. с англ. - М. : Техносфера, 2002. - 400 с.
6. ГЛОНАСС: принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В. Н. Харисова. - 3-е изд., перераб. - М. : Радиотехника, 2005. - 688 с.
7. Косарев Н. С., Щербаков А. С. Статистический анализ точности определения положений спутников систем ГЛОНАСС и GPS // Вестник СГГА. - 2014. - Вып. 1 (17). - С. 29-40.
8. ГОСТ Р 55024-2012. Сети геодезические. Классификация. Общие технические требования [Электронный ресурс]. - Доступ из справ.-прав. системы «КонсультантПлюс».
9. ГОСТ Р 51794-2008. Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек [Электронный ресурс]. -Доступ из справ. -прав. системы «КонсультантПлюс».
10. Антонович К. М. Пути развития ГНСС-технологий в геодезии // Вестник СГГА. -2006. - Вып. 11. - С. 52-57.
11. Поклад Г. Г., Гриднев С. П. Геодезия : учеб. издание для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Академический проект, 2013. - 538 с.
12. Васильев И. В., Коробов А. В., Побединский Г. Г. Стратегические направления развития топографо-геодезического и картографического обеспечения Российской Федерации // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 2 (30). - С. 5-23.
13. Лагутина Е. К. Апробация методики включения сети постоянно действующих базовых станций НСО в государственную геодезическую сеть // Вестник СГУГиТ. - 2016. -Вып. 3 (35). - С. 35-42.
14. Шендрик Н. К. Формирование локальной цифровой модели высот геоида на территории НСО // Вестник СГУГиТ. - 2016. - Вып. 4 (36). - С. 66-73.
15. Атаманов, С. А., Григорьев, С. А. Кадастр недвижимости : учебно-справочное пособие. - М. : Букстрим, 2012 . - 324 с.
16. Гладкий В. И. Кадастровые работы в городах : монография. - Новосибирск : Наука, 1998. - 281 с.
17. Карпик А. П., Никитин А. В. Информационная система построения инфраструктуры пространственных данных для автомобильных и железных дорог // Вестник СГУГиТ. -2016. - Вып. 4 (36). - С. 7-15.
18. Кроненрок Д. В. Применение технологий ГНСС для деформационного мониторинга сооружений // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 1 (17). - С. 29-40.
19. Басманов А. В. Геодезический мониторинг Байкальского геодинамического полигона Росреестра // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 2 (30). - С. 48-54.
20. Тимофеев В. Ю., Ардюков Д. Г., Горнов П. Д. Современные движения континентальной окраины Дальнего Востока России по результатам GPS-наблюдений // Вестник СГУГиТ. - 2017. - Т. 22, № 2. - С. 88-102.
21. Анализ состояния государственной геодезической сети России с учетом существующих и перспективных требований / Е. М. Мазурова, К. М. Антонович, Е. К. Лагутина, А. А. Липатников // Вестник СГГА. - 2014. - Вып. 3 (27). - С. 84-89.
© В. Б. Жарников, А. А. Армянов, 2018
