НІ.2. Супутникові методи визначення координат

111.2.1. Технології GPS-вимірювання

Як уже зазначалося, існують абсолютні та відносні методи спостережень за допомогою GPS-приймачів. У геодезії використовують тільки відносні методи, які є в десятки разів точнішими, ніж абсолютні. Тому надалі будемо розглядати тільки відносні (relative) методи.

Спочатку було створено тільки дві відносні технології GPS- вимірювання: статичну та кінематичну. Здавалось, ці дві технології задовольняють як цивіль­ні, так і військові організації.

Проте користувачі вимагали підвищення точності результатів вимірю­вання з одночасним скороченням часу на виконання вимірювання. Це вимагало поліпшення системи GPS, конструювання компактніших, легших, переносних приймачів з удосконаленим програмним забезпеченням. Останнє, своєю чер-

Просторові супутникові мережі (основи супутникової геодезїіі)

гою, привело до того, що на основі вищеназваних технологій вимірювання було створено ще декілька, а саме:

1. Статичні відносні технології вимірювання (Static relative positioning).

2. Кінематичні відносні технології вимірювання (Cinematic relative positioning).

3. Напівкінематична відносна технологія (semi-cinematic relative posi­tioning) (технологія "стій/йди" - technology: "stop and go").

4. Технологія псевдостатична, псевдокінематична, відносна реокупа-ційна (pseudo-static, pseudo-cinematic relative positioning, intermittent static positioning, reoccupation).

5. Технологія швидка статична відносна (fast/rapid static relative positioning).

6. Диференційні GPS-технології (differential GPS-DGPS).

Одним із найважливіших параметрів, які визначають режим роботи прий­мача, є файл конфігурації місії. Він може бути різним залежно від особливостей шести вищеназваних технологій вимірювання. Для побудови супутникових геодезичних мереж (далі СГМ) та топографічного знімання існують відповідно два основні режими роботи: статичний режим - для СГМ та режим знімання "стій/йди" - для знімання. Назва "статичний" походить від статичного збирання інформації на пункті упродовж певного проміжку часу. Мінімально два приймачі виконують спостереження тих самих супутників упродовж однієї або декількох сесій спостережень (по декілька годин щодня) і залишаються стаціонарно на тих самих пунктах.

Для відносних кінематичних технологій один приймач установлюють стаціонарно, на точці з відомими координатами, а другий - на рухомому об'єкті. Це типова навігаційна технологія. У ній застосовується так зване положення об'єкта в "реальному часі". Суть цієї технології в тому, що базова (нерухома) станція передає до рухомого приймача поправки, які викорис­товуються ним для уточнення координат рухомої станції. Детальніше техно­логію "реального часу" буде описано далі.

Технологія дає змогу визначити дискретно (із перервами 1-5 с) коор­динати рухомого об'єкта щодо приймача, встановленого стаціонарно. Такий режим застосовується, наприклад, під час аерознімання. Технологію "стій/йди" називають ще напів-кінематичною. Головна відмінність цієї технології від кінематичної у тому, що під час визначення положення рухомий приймач (роверний) не рухається, як у кінематичній технології, а зупиняється (стоїть) деякий короткий проміжок часу на точці, координати якої визначаються.

Далі розглянемо всі вищезгадані технології супутникових методів визначення координат детальніше.

Розділ III

III.2.2. Статичний метод визначення координат пунктів

Статичний метод є основним під час побудови СГМ і застосовується найчастіше. Для статичної технології всі приймачі за весь час спостережень розміщені на одних і тих самих пунктах. Час виконання спостережень залежить переважно від заданої точності та від віддалі між пунктами (довжин векторів) [22].

З багаторічного досвіду різних організацій відомо, що достатньо:

1. 30-90 хвилин для локальних сесій.

2. 1-2 дні для пунктів, зарахованих до державної, геодинамічної сесії.

3. 4-6 днів для сесій континентальних й основних геодинамічних. Наприклад: для вимірювання геодезичної локальної сесії для довжин

сторін до 15-20 км достатньо виконати спостереження впродовж 1 години, для сесії типу EUREF (European Reference Frame), коли якась країна виконує вимірювання до найвищого закладу Західної Європи - сесія проходить 5 днів. Стільки само часу потрібно, коли виконується компанія геодинамічного вимірювання CERGOP (Central Europe Regional Geodynamics Project).

На практиці точність такої технології становить 5 мм ± 1 мм на 1 км довжини вектора, що визначається. Під час вимірювання статичними методами важливим є підбір відповідних приймачів. Для відстаней між пунктами, більших за 100 км, потрібно використовувати приймачі із частотами Ц таї^. На коротких лініях, коли є достатня кількість супутників, за умови доброї гео­метрії розташування супутників можна отримати високу точність за порівняно невеликої тривалості спостережень. Швидкість вимірювання та підвищена продуктивність підтримуються достатньо досконалими алгоритмами оброб­лення у програмному забезпеченні SKI.

Важливим для супутникових спостережень є так званий геометричний фактор. Точність лінійної просторової засічки залежить не тільки від точності лінійного вимірювання, але й від геометрії розташування супутників: від кутів, під якими перетинаються у шуканій точці напрямки із супутників. Величину геометричного фактора часто пов'язують з об'ємом багатогранної фігури, вер­шини якої збігаються із розташуванням супутників та точками спостережень. Установлено: чим більший об'єм багатогранної фігури, тим менше прояв­ляється вплив геометрії розташування супутників на результативну точність визначення координат пункту. Під час взаємного зближення супутників об'єм цієї фігури зменшується, а вплив геометричного фактора зростає [23].

Параметр, який оцінює зростання похибок вимірювання через геометрію розташування супутників, отримав назву геометричного фактора, який у су­часних публікаціях прийнято позначати абревіатурою DOP (Dilution of

Просторові супутникові мережі (основи супутникової геодезш)

Precision - зниження точності). Цей параметр використовується як коефіцієнт між точністю визначення координат т та точністю вимірювання віддалі до

супутників т₀.

(Іїї.2.1)

Найуніверсальнішим показником є параметр GDOP - геометричний фактор зниження точності, який характеризує одночасно як точність тривимірного позиціювання, так і часу. Він виражається формулою

(ІП.2.2)

де т_х, т, m_h - середні квадратичні похибки визначення по осях координат; m_t - середня квадратична похибка визначення часу; с - швидкість ЕМХ. Отже, GDOP дає змогу оцінити геометрію супутникового "сузір'я". Маленьке значення GDOP (< 8) свідчить про добру геометрію. Високе значення GDOP означає, що супутникове "сузір'я" погане. Чим менше GDOP, тим більша ймовірність отримати добрі результати. Значення GDOP, менше за шість, вважається допустимим, а більше за шість - завеликим. Коефіцієнти GDOP відображають лише миттєву геометрію для окремої точки. Ці коефіцієнти обчислюють самі приймачі. Вони ж автоматично вибирають оптимальну кон­фігурацію супутників. Одночасно з GDOP використовують також PDOP -фактор, що враховує тільки фактор тривимірного позиціювання, без похибок визначення часу, і HDOP - аналогічний фактор, але тільки для зниження точності розташування у горизонтальній площині; VDOP- у вертикальній.

Для переважної більшості пунктів умови щодо GDOP виконуються, якщо в полі зору доступні п'ять або більше супутників. Найкраще "вікно" спосте­режень для "статики" повинно містити чотири і більше супутників з GDOP < 8 під час кута відсікання, що дорівнює 15° (вертикальний кут між горизонтом і напрямком на супутник).

Другим чинником, що може викликати значне зниження точності, є іоносферне збурення. Іоносферне збурення змінюється в часі і залежить від положення пункту на земній поверхні. У нічний період доби іоносферні збурення значно менші, ніж у світлий період доби. Тому в нічний період можна зменшити час спостережень наполовину або вдвічі збільшити довжину вектора.

Під час вимірювання, яке вимагає найвищої точності, використовують двочастотні приймачі SR-9500 (фірми Leica); SNR-8000 або SNR-8100 (фірми Alen Osborne); Z-XII (фірми Ashtech); 4000 SSI (фірми Trimble).

Розділ 111

111.2.3. Параметри місії, тривалість та довжини векторів під час роботи у статичному режимі

Місія описує спосіб, за яким контролер формує виконання знімання. Кожна місія має відповідний файл конфігурації місії, який містить набір пара­метрів, а саме: координати початкової точки, параметри захоплення супутника, режим роботи, характеристики даних захоплення й умовні позначення ідентифікації точки. Кожний файл конфігурації індивідуально ідентифікується у контролері за шестисимвольним кодом місії. Для вимірювання у режимі "статика" використовується місія Static Survey. Для успішного виконання високоточного GPS-вимірювання потрібно вести спостереження під час "хороших вікон". Під "хорошими вікнами" розуміють велику кількість су­путників (5-8) та мале значення коефіцієнта GDOP (1-4).

У разі використання статичного режиму роботи застосовують такі, рекомендовані виробником приймачів GPS, параметри статичної місії.

Тип місії: Static (Статичний).

Режим збирання даних: Compacted (Ущільнений).

Дискретність запису: 15, ЗО, 60 секунд.

Роботоспроможність / частота Ь_г: AUTO (Автоматичний)

Тривалість спостережень залежить від:

• довжини базисної лінії;

• кількості супутників;

• геометричного фактора (GDOP);

• стану атмосфери.

Табл. Іїї.2.1. є орієнтовним вказівником щодо вибору довжин базисних ліній і тривалості спостережень для середніх широт під час поточного рівня іоносферної активності та під час використання двочастотного приймача (сенсора).

Таблиця III. 2.1