CC BY
135
УДК 629.783:551.24
ВЫБОР ГНСС АППАРАТУРЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ
Ирина Геннадьевна Ганагина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. 8(383)361-01-59, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Николай Сергеевич Косарев
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, инженер НИС, аспирант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. 8-913-706-9195, e-mail: kosarevnsk@yandex.ru
Рамис Фаридович Темирбулатов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. 8-383-361-01-59, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
В работе рассмотрены возможности (спутниковой) ГНСС-аппаратуры для реализации точного позиционирования подвижных объектов.
Ключевые слова: ГНСС, навигационное оборудование, точное позиционирование подвижных объектов, OEM - модули.
SELECTION OF GNSS EQUIPMENT
FOR PRECISE POSITIONING OF MOVING OBJECTS
Irina G. Ganagina
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, PhD, Assoc Prof, head of physical geodesy and remote sensing department, tel. 8(383)361-01-59, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Nikolay S. Kosarev
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, engineer, postgraduate students of physical geodesy and remote sensing department, tel. 8(913)706-9195, e-mail: kosarevnsk@yandex.ru
Ramis F. Temirbulatov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, graduate students of physical geodesy and remote sensing department, tel. 8(383)361-01-59, e-mail: kaf.astronomy@ssga.ru
Capabilities of (satellite) GNSS-equipment for precise positioning of moving objects are considered.
Key words: GNSS, navigation equipment, precise positioning of moving objects, OEM-modules.
Обеспечение безопасности жизнедеятельности населения является самым важным приоритетным направлением в любом правовом государстве. В связи с этим и в рамках Федерального Закона (ФЗ) № 395 от 1 января 2014 года «О государственной информационной системе «ЭРА-ГЛОНАСС» сотрудниками Сибирской государственной геодезической академии планируется реализовать систему точного позиционирования подвижных
объектов на территории Новосибирской области [1]. В дальнейшем разработанные методологические и технологические принципы могут быть использованы в других субъектах Российской Федерации (РФ).
Задачи высокоточного позиционирования подвижных объектов возникают в таких областях производственной деятельности как автомобильные, речные и железнодорожные перевозки, добыча полезных ископаемых, сельское хозяйство, кинематические измерения линейных объектов, мобильная картография и ГИС, гидрография, геология и геофизика и многие другие [2, 3].
Назначение точного позиционирования подвижных объектов - это, в первую очередь, обеспечение безопасности населения при управлении транспортными средствами, которое подразумевает непрерывный мониторинг за перемещениями транспорта, отслеживание любых транспортных потоков. Благодаря точному позиционированию подвижных объектов возможно выявления нарушений правил дорожного движения (пересечение двойной сплошной линии, проезд автомобиля на красный свет и др.).
Применение точного позиционирования в сельском хозяйстве наиболее перспективно для обеспечения параллельного вождения агрегатов, для защиты растений и внесения удобрений с заданным смещением относительного предыдущего прохода. При использовании системы глобального позиционирования технологические операции выполняются с минимальными перекрытиями, экономится рабочее время, удобрения и средства защиты растений.
Точное позиционирование подвижных объектов в речном судоходстве позволит проводить суда по фарватеру при любом уровне реки.
Для решения поставленных задач необходимо иметь дециметровую точность определения координат в режиме реального времени [4]. Подобную точность координат с использованием спутниковых технологий можно получить, используя только дорогостоящую фазовую ГНСС аппаратуру, в дифференциальном режиме, при этом необходимо наличие как минимум двух приёмников: базового и мобильного. Недорогой комплект фазовых ГНСС приёмников стоит порядка 1 млн. руб.
Кроме спутниковой аппаратуры для реализации точного позиционирования в сельском хозяйстве необходимы системы параллельного вождения. Использование систем параллельного вождения облегчает работу оператора, позволяя работать в темное время суток и в условиях плохой видимости. Системы параллельного вождения подразделяются на [5]:
- курсоуказатели;
- системы подруливания;
- устройства автопилотирования.
Курсоуказатели являются наиболее простыми устройствами и показывают на светодиодной панели или жидкокристаллическом экране отклонение агрегата от требуемой траектории [5].
Системы подруливания подключаются к рулевому управлению машины и самостоятельно ведут агрегат по заданной траектории. Системы же автопилотирования обеспечивают автоматическое управление агрегатом, включая работу в загоне и развороты.
Стоимость курсоуказателей - 10000 - 25000 руб., систем подруливания -650000 руб., систем автопилотирования - порядка 2 млн. руб.
Благодаря созданной на территории Новосибирской области сети активных базовых станций (АБС), появилась возможность в режиме реального времени (Real Time) получать заявленные точностные характеристики с использованием одночастотных фазовых ГНСС приёмников. Сеть генерирует поправки на основе сетевого решения, тем самым позволяя получать дециметровую точность определения координат одночастотным приёмником в режиме реального времени [6, 7]. Стоимость одночастотных приёмников на порядок ниже двухчастотных. Бюджетный одночастотный приемник стоит порядка 100000 рублей. Подобная стоимость не устраивает широкий круг пользователей, и не позволяет внедрять системы точного позиционирования для массового использования.
За последние 5 - 6 лет рынок геодезического оборудования претерпел существенные изменения. Эти изменения обусловлены, прежде всего, бурным развитием таких смежных отраслей наук, как приборостроение, электротехника и электроника. Благодаря подобным разработкам, на рынке навигационного оборудования появились недорогие миниатюрные OEM -модули, которые позволяют получать фазовые одночастотные данные систем ГЛОНАСС и GPS. Выпуском подобных недорогих OEM - модулей занимаются отечественные и зарубежные фирмы: Ublox (Швейцария), КБ Навис (Россия), Гео-Стар Навигация (Россия) и др. [8]. В табл. 1 приведены технические характеристики недорогих OEM - модулей.
Таблица 1
Технические характеристики некоторых недорогих OEM - модулей
NV08C-CSM КБ Навис (Россия) NEO-M8 Ublox (Швейцария)
Внешний вид
Габариты 20х26 мм 16x12,2x2,4 мм
Технические характеристики 32 канала 72 канала
Частота выдачи данных 10 Гц 10 Гц
Экспериментальные исследования одиночного точечного позиционирования подвижного объекта с применением 50-канального приёмника иЬ1ох Antaris LEA-6T (Швейцария) с учётом данных
инерциального датчика IMU Sparkfun 9DOF (рис. 1 и 2) представлены в работах [9, 10].
Рис. 1. Приёмник спутниковой навигации Ublox AntarisLEA-6T и инерциальный датчик Sparkfun 9DOF
Рис. 2. Комплекс GPS+IMU, размещённый на крыше автомобиля
Для оценки точности метода на крыше автомобиля была установлена спутниковая ГНСС антенна Zephyr Geodetic двухчастотного приёмника Trimble 5700. В качестве базовой станции использовался приёмник Trimble 5700.
Исследования проводились на эталонной трассе протяжённостью 48 километров. Среднеквадратичное отклонение решения, полученного с помощью метода одиночного точечного позиционирования, от решения, полученного при помощи двухчастотного приёмника, составило 72.2 сантиметра. При этом среднеквадратичное отклонение решения без использования инерциальных данных от решения, полученного при помощи двухчастотного приёмника, составило 96.4 сантиметра [11].
Таким образом, задача точного позиционирования подвижных объектов может быть решена за счёт использования недорогим OEM - модулей
отечественного или зарубежного производства. С учётом дифференциальных поправок от сети АБС возможно получить точность определения координат на уровне первых дециметров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Федеральный закон Российской Федерации от 28 декабря 2013 г. N 395-Ф3 «О Государственной автоматизированной информационной системе «ЭРА-ГЛОНАСС» [Элект. ресурс]: Режим доступа: http://www.rg.ru/2013/12/30/glonass-dok.html .
2. Навигационно-геодезическое обеспечение аэрогеофизических исследований / Тригубович Г. М., Шевчук С. О., А. А. Белая, А. В. Чернышёв, С. В. Барсуков, Н. С. Косарев // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. - 2013. - № 2 (14). - С. 6170.
3. 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, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 239-244.
4. Антонович К. М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: монография. В 2 т. - М.: Картоцентр, 2005. - 334 с.; 2006. - 360 с.
5. Пугачёв П. М. Обзор систем параллельного вождения [Текст] / П. М. Пугачёв, А. В. Сорокин, Д. П. Сабуров // Журнал АГРОСНАБФОРУМ - 2010, Вып. 5, г. Москва, 2010. - С. 66-67.
6. Проект сети активных станций для Новосибирской области / А. П. Карпик, К. М. Антонович, С. А. Ванин и др. // // ГЕО-Сибирь-2007. Ш Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 1, ч. 1. - С. 68-74.
7. Реализация проекта наземной ифраструктуры глобальной навигационной спутниковой системы «ГЛОНАСС» на территории Новосибирской области / А. П. Карпик, Г. А. Сапожников, А. В. Дюбанов // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Пленарное заседание. - С. 54-56.
8. Иванов В. Обзор российского рынка ГЛОНАСС/ GPS модулей // Журнал беспроводные технологии - 2008, Вып. 3, г. Москва, 2008. - С. 41-43.
9. Абсолютное кинематическое позиционирование одночастотным фазовым ГНСС -приемником, интегрированным с инерциальными датчиками / К. М. Антонович, Н. С. Косарев, Д. Ю. Першин, А. С. Щербаков // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. - 2013.
№ 4/с. - С. 3-8.
10. Першин Д. Ю., Щербаков А. С. Определение местоположения высокой точности для одночастотных приёмников спутниковой навигации с использованием инерциальных датчиков [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.iis.nsk.su/files/Rep_IIS_2011.pdf.
11. Першин Д. Ю., Щербаков А. С. Улучшение точности местоположения одночастотных ГНСС приёмников при помощи инерциальных датчиков // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15— 26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 3. - С. 3-7.
© И. Г. Ганагина, Н.С. Косарев, Р. Ф. Темирбулатов, 2014
