CC BY
102
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДА ТОЧНОГО ТОЧЕЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ (PPP) И ПЕРСПЕКТИВЫ
ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В КАДАСТРОВЫХ РАБОТАХ 1 2 Алеев Д.А. , Коломиец А.Г. Email: Aleev643@scientifictext.ru
1Алеев Дмитрий Александрович - магистрант;
2Коломиец Андрей Геннадьевич - кандидат технических наук, доцент; кафедра геодезии, землеустройства и кадастра, Инженерная школа Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток
Аннотация: при создании геодезического съемочного обоснования для проведения кадастровых работ объект исследования может быть достаточно удален от населенных пунктов, объектов инфраструктуры и мест, подходящих для размещения базовой станции. В таких случаях возможным способом получения координат путем спутниковых измерений может служить метод точного точечного позиционирования (PPP). В данной статье проведен сравнительный анализ относительного метода получения координат путем спутниковых наблюдений и метода точного точечного позиционирования, с использованием специализированных свободных сервисов GAPS и CSRS-PPP, а также программы RTKLib. Установлена минимально допустимая продолжительность спутниковых наблюдений при использовании данного метода, позволяющая получить наиболее точные координаты определяемой точки.
Ключевые слова: метод точного точечного позиционирования, относительный метод, спутниковые наблюдения.
COMPARATIVE ANALYSIS OF PRECISE POINT POSITIONING
(PPP) METHOD AND IT PROSPECTS IN CADASTRE
12 Aleev DA. , Kolomiets A.G.
Aleev Dmitriy Aleksandrivich - Master's Degree Student;
Kolomiets Andrei Gennadievich - PhD in Engineering sciences, Docent, DEPARTMENT OF GEODESY AND LAND MANAGEMENT, SCHOOL OF ENGINEERING, FAR EASTERN FEDERAL UNIVERSITY, VLADIVOSTOK
Abstract: working area may place far away from populated areas, infrastructure and suitable places for base stations when you creating geodetic survey control points. In this cases precise point positioning (PPP) may be the possible method of obtaining coordinates by satellite measurements. The article compares the relative method of satellite observation and precise point positioning method, using GAPS and CSRS-PPP free services and RTKLib program. The lowest duration of satellite observation to obtain exact coordinates in PPP is established.
Keywords: precise point positioning, relative method, satellite observation.
УДК 528.063.1
Введение
Одной из первых отечественных работ, посвященных методу PPP, была статья [2], где файлы спутниковых наблюдений базовых станций IGS были рассчитаны данным методом в ПК Waypoint GPS. Так же авторы статей [3, 4, 5] описывают использование
метода точного точечного позиционирования при геолого-геофизических и аэроэлектроразведочных работах.
Целью данной работы является сравнение относительного метода вычисления координат и метода PPP, реализуемого как с помощью свободных сервисов, так и программного комплекса, для нахождения наилучшего пути получения координат данным методом, удовлетворяющего точности, необходимой проведения кадастровых работ.
Согласно [1], средняя квадратическая погрешность определения координат характерных точек границ земельных участков, отнесенных к землям населенных пунктов должна составлять не более 0,1 м, к землям, предоставленным для ведения личного подсобного, дачного хозяйства, огородничества, садоводства, индивидуального гаражного или индивидуального жилищного строительства, - 0,2 м, к землям промышленности - 0,5 м.
Сравнительный анализ относительного метода и метода PPP
В качестве объекта исследования были взяты спутниковые наблюдения, произведенные в Пограничном муниципальном районе Приморского края. Наблюдения осуществлялись комплектом спутникового геодезического оборудования HiPer, компании Topcon. При производстве работ в данном районе использовался «классический» и давно зарекомендовавший себя метод. На точку с известными координатами устанавливалась базовая станция. Далее, на объекте производства работ, в статическом режиме наблюдались точки съемочного обоснования, с которых производилась съемка электронным тахеометром. Продолжительность сеанса наблюдений точек съемочного обоснования велась в течение 15-20 минут, в зависимости от удаления базовой станции. Далее в камеральных условиях проводилась обработка результатов наблюдений в программном комплексе Magnet Tools. Вычислялись разности координат точек съемочного обоснования относительно базовой станции, установленной на пункте с известными координатами путем постобработки векторов.
Базовая станция была установлена над геодезическим пунктом с координатами X=501021,46, Y=1353095,987, H=177,383 в системе МСК25, который находится в пгт Пограничный. Объект производства работ находился на удалении 30 км от места размещения базовой станции в с. Нестеровка. Спутники наблюдались в течение 15 минут. СКО в плане составила 11 мм и 19 мм по высоте. В процессе обработки получили координаты наблюдаемой точки, равные X=508177,99, Y=1383516,575, H=100,556.
Вышеописанный способ имеет ряд недостатков:
1. Необходимо наличие как минимум двух комплектов спутникового оборудования для использования одного в качестве базовой станции, а другого в качестве ровера.
2. Необходим человек, который непосредственно должен находиться возле базовой станции на всем протяжении времени наблюдений.
3. Необходимо наличие точки с известными координатами, определенными с высокой точностью.
Альтернативным вариантом спутниковых наблюдений является метод PPP, который позволяет исключить недостатки относительного метода. Используя сырые данные спутниковых наблюдений был произведен расчет координат данным методом, с использованием специализированного свободного сервиса CSRS-PPP, реализующего обработку данных измерений спутников системы GPS и GLONASS, и сервиса GAPS, реализующего обработку только GPS данных. Для этого данные были конвертированы в формат RINEX. При обработке использовались окончательные файлы орбит и поправок к часам.
По результатам расчета получили координаты наблюдаемой точки в системе WGS84, равные: 44°27'11,6468" N с СКО 0,045 м; 131°46'01,4986" E с СКО 0,168 м,
высота над эллипсоидом 125,572 м ±0,475 м через сервис CSRS-PPP, и 44°27'11,6456" N с СКО 0,023 м; 131°46'01,5047" E с СКО 0,0392 м, высота над эллипсоидом 127,59 м ±0,0189 м через сервис GAPS.
Далее был произведен расчет координат наблюдаемой точки в программе RTKLib. Для расчета потребовались файлы точных поправок часов спутников и файлы точных эфемерид на момент наблюдения. Исходные данные были взяты с серверов IGS с помощью программы RTKGet (RTKLib). Получили координаты наблюдаемой точки в системе WGS84, равные: 44°27'11,6235" N с СКО 0,021 м; 131°46'01,5147" E с СКО 0,028 м, высота над эллипсоидом 126,399 м ±0,048 м. Все полученные координаты для наглядности были переведены в местную систему координат МСК25 и сведены в единую таблицу (табл. 1). Перевод осуществлялся в программе Magnet Tools по точным параметрам перехода.
Таблица 1. Координаты наблюдаемой точки в МСК25
Источник X Y Н
Static 508177,99 1383516,575 100,56
GAPS 508178,24 1383517,12 101,47
CSRS-PPP 508178,89 1383516,98 99,36
RTKLib 508178,18 1383517,34 100,19
Если принять координаты точки, полученные статическим методом, за истинные, определенные с высокой точностью, то получим расхождение в 20-90 см по оси абсцисс и 40-76 см по оси ординат. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что координаты, полученные методом PPP, не согласуются с координатами, полученными относительным методом. Проблемой этому может служить калибровка проекта в ПО Magnet Tools, в котором был произведен расчет относительного метода. Так как на пункты ГГС отсутствуют официальные каталоги координат в системе WGS84 и как следствие точные параметры перехода из одной системы в другую.
Для устранения этой проблемы необходимо привязать используемую базовую станцию к системе ITRF. Таким образом, файл спутниковых наблюдений базовой станции был рассчитан с помощью специализированного австралийского сервиса AUSPOS в системе ITRF2014. Данный сервис производит расчет координат наблюдаемой точки относительно станций IGS, расположенных поблизости. Наблюдения спутников производились в течение 1 часа 45 минут. В результате обработки получили координаты базовой станции в заданной системе, равные: 44°23'30,1217" N с СКО 0,012 м; 131°23'03,04797" E с СКО 0,009 м, высота над эллипсоидом 178,415 м ± 0.029 м.
Используя полученные координаты базовой станции, был произведен перерасчет координат определяемой точки статическим методом в ПО Magnet Tools. Получили координаты 44°27'11,62531" N; 131°46'01,50703" E, высота над эллипсоидом 125.337 м в системе WGS84. X=508178,23; Y=1383517,175; H=99,13 м в МСК25.
Проводя сравнение полученных результатов, видим, что проблема расхождения координат заключается в отсутствии точных параметрах перехода от МСК25 к WGS84. Наиболее близкие координаты к относительному методу были получены с использованием американского сервиса GAPS, разность координат составила 1 см по оси X и 5,5 см по оси Y.
Для определения минимальной продолжительности спутниковых наблюдений был взят файл сырых наблюдений, продолжительностью 1 час 39 минут. Исходный файл был разрезан на файлы, продолжительностью 10, 15, 30, 45 и 60 минут в программе
TEQQ Каждый полученный файл был обработан методом PPP с помощью сервисов GAPS, CSRS-PPP и программой RTKLib. Полученные результаты были сведены в единую таблицу (табл. 2).
Таблица 2. Координаты наблюдаемой точки, рассчитанные методом PPP, в системе WGS84
Продолжител ьность GAPS СКО,м CSRS-PPP СКО,м RTKLib СКО,м
1:39:00 42 47 18,5319 0,0053 43 47 18,5340 0,006 44 47 18,5315 0,007
131 58 37,1437 0,0033 132 58 37,1439 0,004 133 58 37,1492 0,0095
1:00:00 42 47 18,5320 0,0107 43 47 18,5330 0,015 44 47 18,5308 0,009
131 58 37,1420 0,008 132 58 37,1429 0,011 133 58 37,1545 0,0146
0:45:00 42 47 18,5329 0,0136 43 47 18,5334 0,0171 44 47 18,5318 0,0108
131 58 37,1429 0,0121 132 58 37,1421 0,014 133 58 37,1567 0,0179
0:30:00 42 47 18,532 0,0161 43 47 18,5323 0,0192 44 47 18,5311 0,0146
131 58 37,1421 0,0203 132 58 37,1412 0,0211 133 58 37,1578 0,0235
0:15:00 42 47 18,5337 0,0243 43 47 18,5319 0,0267 44 47 18,5303 0,0283
131 58 37,1410 0,0397 132 58 37,1400 0,0507 133 58 37,1647 0,0376
0:10:00 42 47 18,5349 0,0397 43 47 18,5326 0,0463 44 47 18,5286 0,0435
131 58 37,1433 0,0587 132 58 37,1388 0,061 133 58 37,1684 0,0494
Все полученные координаты для наглядности были переведены в местную систему координат МСК25 и занесены в единую таблицу (табл. 3). Перевод осуществлялся в программе Magnet Tools. При определении координат наблюдаемой точки относительным методом, файл спутниковых наблюдений базовой станции был обсчитан с использованием сервиса Trimble RTX, для получения точных координат базовой станции в системе ITRF. СКО полученных координат составила 0,004 м в плане и 0,007 м по высоте. Координаты наблюдаемой точки, рассчитанной относительным методом равняются 43°47'18.5341" N; 131°58'37.1436" E в системе ITRF и X=434557,12, Y=1401357,94 в МСК25. СКО в плане составила 0,001 м.
Таблица 3. Координаты наблюдаемой точки, рассчитанные методом PPP, в системе МСК25
Продолжительность GAPS CSRS-PPP RTKLib
1:39:00 434557,05 1404357,94 434557,12 1404357,94 434557,04 1404358,06
1:00:00 434557,06 1404357,90 434557,09 1404357,92 434557,02 1404358,18
0:45:00 434557,09 1404357,92 434557,10 1404357,90 434557,06 1404358,23
0:30:00 434557,06 1404357,90 434557,07 1404357,88 434557,03 1404358,26
0:15:00 434557,11 1404357,88 434557,07 1404357,86 434557,01 1404358,41
0:10:00 434557,15 1404357,93 434557,05 1404357,83 434556,96 1404358,49
Условия для наблюдения спутников были отличными, ясное небо, открытый небосвод, удаленность от зданий и сооружений. Анализируя полученные результаты можно сделать следующие выводы. Метод PPP, с использованием сервиса GAPS, поддерживающим обработку результатов GPS измерений, и сервиса CSRS-PPP, поддерживающий обработку результатов спутниковых наблюдений GPS и GLONASS, дает координаты, максимально приближенные к координатам, полученным относительным методом. Разность координат, полученных двумя методами не превышает 10 см даже при наименьшей продолжительности наблюдения спутников. Данные, полученные с использованием программы RTKLib, не достигли точности, достаточной для межевания земельных участков, отнесенных к землям населенных пунктов. Заключение
Метод PPP имеет широкие перспективы применения, в том числе при проведении кадастровых работ. Однако при работе с данным методом необходимо иметь точные параметры перехода от WGS84 к местной системе координат района производства работ. Рекомендованная продолжительность спутниковых наблюдений составляет не менее 30 минут, для получения достоверных координат наблюдаемой точки. Сервисы, реализующие обработку сырых данных спутниковых наблюдений, являются наилучшим способом получения координат данным методом. Точность координат, полученных с использованием сервисов, удовлетворяет точности, необходимой для проведения межевания земельных участков, отнесенных к землям населенных пунктов.
Список литературы /References
1. Приказ Минэкономразвития России от 01.03.2016 № 90 "Об утверждении требований к точности и методам определения координат характерных точек границ земельного участка, требований к точности и методам определения координат характерных точек контура здания, сооружения или объекта незавершенного строительства на земельном участке, а также требований к определению площади здания, сооружения и помещения"
2. Виноградов А.В., Войтенко А.В., Жигулин А.Ю. Оценка точности метода Precise Point Positioning и возможности его применения при кадастровых работах // Геопрофи, 2010. № 2. С. 27-30.
3. Шевчук С.О., Зюзин Ю.М. Применение измерений геодезической сети АБС НСО и метода PPP при геодезическом обеспечении геолого-геофизических работ // Интерэкс по Гео_Сибирь_2015. XI Междунар. науч. конгр.: Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия»: сб. материалов в 2 т. Новосибирск: СГУГиТ, 2015. Т. 2. С. 85-92.
4. Шевчук С.О., Косарев Н.С. Применение метода точного точечного позиционирования (PPP) для геодезического обеспечения аэроэлектроразведочных работ // Интерэкспо Гео_Сибирь_2012. VIII Междунар. науч. конгр.: Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия»: сб. материалов в 3 т. Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. С. 239-244.
5. Шевчук С.О., Косарев Н.С., Мелеск А.Х. Исследования точности метода PPP для навигационно-геодезического обеспечения геофизических работ // Геопрофи, 2016. № 3. С. 10-15.
