Статичный метод измерений

Относительный статичный метод измерений. Основные показатели качества положения спутников.

Точность определения положения пункта, как параметров вектора, который соединяет два пункта, зависит от конфигурации, в которых находятся спутники. При наблюдениях четырех спутников идеальной является конфигурация, при которой один спутник находится в зените, а три другие размещены возможно ближе к горизонту и составляют равносторонний треугольник. Однако такое размещение практически невозможно.

На основе принятой от спутников информации приемники оценивают конфигурацию спутников и выдают ее показатель, который коротко обозначают DOP. Конфигурация спутников неодинаково влияет на точность определения планового положения, высоты и времени. Приемник может выдавать 5 значений этого показателя:

GDOP – характеризует геометрию положения спутников;

PDOP – характеризует влияние конфигурации спутников на точность определения положения приемника в пространстве;

HDOP - характеризует влияние конфигурации спутников на точность определения положения приемника в пространстве;

VDOP - характеризует влияние конфигурации спутников на точность определения вертикального положения приемника;

TDOP - характеризует влияние конфигурации спутников на точность определения времени.

Если имеем стандартное отклонение определения псевдорасстояний, то, умножив его на соответствующий показатель DOP, получаем стандарт определения положения приемника в пространстве, или на плоскости, или стандарт превышения.

Вопрос 2. Технология наблюдений относительным статичным методом.

Измерения относительным статичным методом широко используются в жизни благодаря тому, что ими можно достигнуть большую точность.

В настоящее время разработаны различные технологии их выполнения, которые требуют внесения необходимых изменений в программу работы приемника и в его устройство. Технологии относительных измерений различаются между собой количеством параметров, которые измеряют приемники, методом их измерения и предварительной математической обработкой. Увеличение количества измеренных величин позволяет сократить время приема приемниками сигналов спутников, что увеличивает продуктивность работы. В некоторых приемниках вводятся фазовые измерения не только на колебаниях L1 и L2, но и на колебаниях комбинированных частот, что уменьшает необходимое количество измерений для исключения многозначности. Некоторые приемники при статичных наблюдениях выполняют измерения частот Доплера, что характерно для кинематичных наблюдений. Все фирмы, которые изготовляют приемники, ведут в этом направлении интенсивный поиск.

Статичные определения относительным методом, который применен был впервые и в котором используются кодовые и фазовые измерения, назвали классической технологией. Эта технология предполагает установку одного - двух приемников на пунктах с известными координатами, а других приемников – на пунктах, координаты которых необходимо определить. Все приемники одновременно и непрерывно ведут наблюдения не менее 4-х одинаковых спутников. От продолжительности наблюдений зависит точность определения положении пунктов. Время одновременной работы всех установленных на пунктах приемников называют Сессиями.

Классическую технологию относительных наблюдений используют при таких высокоточных геодезических измерениях, как наблюдения за движением земной коры, т. е. геодинамические наблюдения, и создание высокоточных геодезических сетей, в том числе государственных и инженерных.

Использование относительных статичных наблюдений дало возможность создать сети нулевого порядка точности, т. е. высшей точности, чем можно было достигнуть классическим геодезическими методами. При создании таких сетей необходимо выполнить непрерывные наблюдения, т. е сессии длиной 3 – 5 дней. В сетях первого класса продолжительность сессий – 45-150 минут, и меньшей точности – 30-60 мин.

Из наблюдений высокоточными двухчастотными приемниками можно получить параметры векторов длиной до 30 км при продолжительности сессии более 1 часа такой точности: длины векторов – 10мм +2*10-6 S км; превышение концов векторов – 20мм+2*10-6*S.

Создание классическими геодезическими методами (триангуляции, полигонометрии) государственных сетей требует в несколько раз больше затрат времени, чем при использовании классической технологии относительного статичного метода измерений приемниками спутниковой системы. При этом точность и надежность сети, созданной с помощью GPS-приемников являются выше.

Использование классических относительных статичных измерений для таких крупномасштабных работ, как создание государственной сети, создание съемочных и инженерных сетей, а также топографическое обоснование, являются менее эффективными. Поэтому ведется поиск более продуктивных технологий наблюдений. Результатом этих поисков явились несколько технологий относительных измерений.

К наиболее известным технологиям принадлежат:

- полукинематичная

- псевдостатичная

- быстростатичная.

Полукинематичная технология, как говорит само название, предполагает выполнение измерений некоторых из параметров, которые измеряют в кинематичном методе.

Измерения начинают с инициализации, т. е привязки всех приемников, которые будут принимать участие в измерениях. Для этого один приемник устанавливают на исходном пункте, т. е. пункте с известными координатами, а около него устанавливают все другие приемники. Их включают и они некоторое время вместе работают около этого пункта. После этого связь приемников со спутниками не должна прерываться, т. е. приемники нельзя выключать.

Начальную привязку можно выполнить, установив все приемники на разных пунктах с известными координатами. Есть еще способ начальной привязки, при котором после проведения начальных измерений в одном пункте приемником взаимозаменяют антенны и еще раз выполняют измерения.

После инициализации один приемник остается работать на исходном пункте, а другие приемники перемещают по запроектированным маршрутам, которые проходят через определенные пункты. Наблюдатель должен четко следить за преградами, которые могли бы при перемещениях с одного пункта в другой прервать связь приемника со спутником, т. к. прерывание связи сделает дальнейшие определения положения движимого приемника невозможным. Для продолжения измерений в таком случае необходимо выполнить заново начальную привязку приемника.

На определяемом пункте устанавливают приемник на 1,5-2 мин и фиксируют результаты измерений, потом в камеральных условиях после математической обработки полученных результатов находят координаты зафиксированных пунктов.

Полукинематичную технологию называют также «стой-иди», что характеризует организацию наблюдений по этой технологии.

Полукинематичная технология измерений высокопродуктивна в открытой местности при наличии автомобильного транспорта.

Недостатком этой технологии является необходимость начальной привязки преемников, а также требование непрерывной связи приемника со спутниками. Последнее требование важно соблюдать в залесеннных и застроенных территориях. Нельзя проходить с приемником по мостам и под другими переходами.

При расстояниях от исходного пункта до определяемых, которые не превышают 10 км, эта технология позволяет получить точность определения длин векторов 5 см + 2*10-6S, направлений – 5//+5// /Sкм и превышений – 5 см +2*10-6*S.

Псевдостатичная технология

Тоже частично сокращает время проведения полевых работ при создании сетей. Ее появление связано с детальным анализом результатов классических статичных наблюдений. Выяснилось, что наибольшие колебания результатов наблюдений имеют место в начале сессий. Последующие результаты наблюдений изменяются мало. Поэтому возникла мысль, что можно выполнить наблюдения только в начале и в конце сессии, а в середине сессии не производить, т. к. они мало влияют на точность полученных результатов. Пауза в наблюдениях необходима продолжительностью 1-2 часа, т. е. такое время, за которое произойдет смена в размещении спутников, что даст возможность более качественного исключения многозначности. За время паузы в измерениях на первом пункте можно перенести приемник на другие пункты и там тоже выполнить начало сессий. Псевдостатичная технология требует приема сигналов не менее чем от пяти спутников.

Организация псевдостатичных измерений следующая. В период подготовки к измерениям проектируют маршрут перемещения каждого приемника между определяемыми пунктами и реально определяют время, необходимое для переезда с пункта на пункт. Весь маршрут каждый перемещаемый приемник должен пройти за 1-2 часа. Перед началом измерений один приемник (недвижимый)устанавливают на исходном пункте, а все другие приемники (движимые) – на первый определяемый пункт своего маршрута. В условленное время все приемники одновременно включаются на время продолжительности первой части сессии. После этого все движимые приемники переносятся на следующие пункты своего маршрута. Когда все движимые приемники установлены на последующих пунктах своего маршрута, их снова включают и одновременно выполняют наблюдения. Во время перехода с пункта на пункт приемники выключены и регистрация сигналов на производится. Сессии наблюдений продолжаются около 10 минут. После проведения измерений на всех запланированных пунктах каждый приемник возвращается на первый пункт своего маршрута. После чего оператор повторно проходит маршрут, устанавливая приемник на всех пунктах.

Точность определения параметров вектора длиной до 10 км псевдостатичной технологией при использовании высокоточных двухчастотных приемников такая: длина вектора - 3 см + 2*10-6S, направления – 2//+5// /Sкм и превышения концов вектора – 4 см +2*10-6*S.

Эта технология имеет значительные преимущества над полукинематичной в закрытой местности, т. к. не требует непрерывной связи приемника со спутниками и поэтому перенесение приемников с пункта на пункт может происходить в условиях, когда связь со спутниками невозможна. Однако для продуктивной работы необходимо тщательно планировать маршрут измерений на каждый день.

Полукинематичная и псевдостатичная технологии используются для создания сетей сгущения и в различных инженерно-геодезических работах.

Быстрая статичная технология (FastStatic) – Одна из новейших. Ее разработала в середине 1992 г. Фирма TRIMBLE. Фирма подготовила для этого приемники и соответствующие программы. В них использован новый алгоритм для исключения многозначности при фазовых измерениях. Измерения разности фаз выполняют на обеих колебаниях, а кодов – только на коде Р, который получают на колебании L2. Поэтому для этой технологии требуются двухчастотные приемники, которые имеют соответствующее программное обеспечение.

С точки зрения пользователя быстрая статичная технология отличается от классической тем, что процесс измерения продолжается только 10-20 минут, в зависимости от числа спутников, с которыми все приемники имеют связь (чем больше спутников, тем короче сессия), и от геометрии расположения спутников. Так, при связи с четырьмя спутниками время сессии устанавливают более 20 минут, с пятью – 5-10 минут. При этом приемник, получив достаточное количество информации для определения своего положения, автоматически завершает сессию наблюдений.

При расстояниях от исходного пункта до определяемых не более, чем 15-20 км в открытой местности точность этой технологии близка к точности классической технологии. Исследования показали, что превышения векторов определяются быстрой статичной технологией в 2-3 раза менее точно, чем классической.

На результаты быстрых статичных наблюдений преграды для сигналов спутников имеют значительно большее влияние, чем на результаты статичных наблюдений. Поэтому ее можно рекомендовать для проведения измерений в открытой местности. На залесенных территориях быстрые статичные измерения можно выполнять поздней осенью и ранней весной, когда отсутствует на деревьях лиственный покров.

Эта технология очень удобна, поэтому нашла признание у геодезистов. Другие фирмы также изготовляют приемники, которыми можно выполнять быстрые статичные наблюдения. Фирма LEIKA назвала эту технологию rapid static.

Быстрые статичные измерения можно использовать для определения координат пунктов государственных сетей 3 и 4 классов, сетей сгущения и в инженерно-геодезических работах.

Дифференцированная технология (DifferentialGPS) предполагает наличие базовой станции, которая стационарно установлена на пункте с высокоточно определенными координатами. На этой станции приемник работает круглосуточно. По результатам наблюдений непрерывно определяют положение базовой станции и в результате сравнения полученных координат с известными получают данные о действии некоторых источников ошибок. Это позволяет в реальном времени вводить поправки в результаты измерений. Значения поправок станция передает по радиоволнам на другие приемники.

Другие приемники, которые определяют положение неизвестных пунктов, должны иметь радиосвязь с базовой станцией. Эта связь обеспечивает получение непрерывной информации об ошибках, которые сразу учитываются при предварительной математической обработке наблюдений в движимом приемнике. Заметим, что при этом методе исполнитель может иметь только один приемник, т. к. роль другого выполняет базовая станция.

Для дифференциальной технологии измерений необходимы приемники, которые должны с помощью модема обеспечивать непрерывную радиосвязь с базовой станцией. Некоторые из этих приемников, что обеспечивают метровую точность определения положения, имеют массу около 1 кг, а размеры их такие, что помещаются на ладони.

Во многих странах мира геодезические службы создали сети постоянно действующих, т. е. перманентных станций GPS. Они могут обслуживать не только приемники, которые выполняют геодезические измерения по технологии DGPS, но и также приемники разных служб, таких, как коммуникация, транспорт, медицинская служба, милиция, и т. д.