Применение приборов спутникового позиционирования в прикладных задачах и ГИС

Число областей применения GPS-средств велико. Их можно систематизировать по содержанию основных задач.

Землеустроительные задачи, картография и координирование строительных объектов относятся к такой группе приложений, как измерение Земли и ее поверхности. Здесь могут использоваться не только отдельные приемники, но и целые измерительно-вычислительные комплексы, точность измерений которыми доходит до долей сантиметра.

На основе сочетания возможностей GPS и других технических средств создаются информационно-измерительные системы, позволяющие получать новые качества в решении старых задач.

GPS-приемник становится миниатюрным и дешевым и, вероятно, в ближайшее время может стать новым "бытовым прибором", таким же привычным, как телефон.

GPS позволяет "присвоить" уникальный адрес буквально каждому квадратному метру поверхности Земли, а это означает, что человек престанет теряться и метаться в поисках нужного объекта.

Области применения GPS-средств в дорожном хозяйстве

В зависимости от точности необходимых данных, использование GPS в дорожном хозяйстве может вестись в следующих направлениях: навигация, топография, геодезические работы.

Использование GPS-оборудования для навигации

Традиционно первой является область навигации подвижных объектов. Ей соответствуют GPS-приемники навигационного класса, определяющие местоположение с погрешностью не хуже нескольких десятков метров. За исключением специальных задач, это - очень высокая точность навигации. Эти приемники используются на автомобилях, речных, морских и воздушных судах, на космических аппаратах и при перемещениях пешком. Общим для всех подвижных объектов является наличие скорости их движения по отношению к земной поверхности и традиционный набор штурманских задач. Прежде, чем начать движение по маршруту, т.е. подняться в воздух, отплыть из гавани или отправиться в путь на автомобиле, штурман экипажа осуществляет детальную проработку предстоящего маршрута. Он делает прокладку маршрута по карте, определяет все контрольные путевые точки, проводит расчет необходимой скорости движения и графика ее изменения по различным отрезкам пути, расчет продолжительности движения и времени прибытия, запаса горючего. А так же определяет многие другие элементы предстоящего маршрута, которые он будет контролировать и корректировать в процессе полета, плавания или поездки.

Помимо указанных выше основных задач современные GPS-приемники навигационного класса в полуавтоматическом режиме выполняют также всю штурманскую работу, как по "предполетной подготовке", так и в "полете". В зависимости от назначения приемника его встроенный компьютер решает значительное количество сервисных задач. Таких, как:

" хранение и выдача информации об условиях навигации самолетов и судов кораблей в окрестностях мировых морских портов и аэропортов (обновляемые магнитные карты);

" связь по стандартным интерфейсам с внешним оборудованием и вычислительными средствами и, в частности, работа в среде различных навигационных и информационных комплексов;

" накопление во внутренней памяти приемника массивов данных измерений для проведения различного рода статистических обработок;

" выполнение значительного количества вспомогательных операций, обеспечивающих оперативный контроль за работой систем приемника в меняющихся условиях приема спутниковых сигналов;

" дружественный интерфейс с оператором.

Наличие скорости движения накладывает ряд специфических требований, которые учитываются при схемном проектировании приемников. Например, навигационные приемники авиационного назначения должны быть достаточно быстродействующими, чтобы не отставать в определении текущих координат и скорости от самого объекта и не создавать дополнительных "динамических" погрешностей.

Естественно, что объекты различаются по диапазонам скоростей движения и интенсивности маневров. А их штурманам необходим несколько различный набор сервисных задач. Поэтому разрабатываются и находят широкое применение штурманские GPS-приемники для самолетов и вертолетов, кораблей и наземного транспорта. С их применением безопасность движения и достоверность и точность решения навигационных задач существенно возрастают.

Для региональных съемок мелких и средних масштабов (1:100 000, 1:50 000), движения по заданным маршрутам и поиска пунктов в режиме навигации подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, автомобили и т.д.) предназначен специальный класс портативных GPS приемников.

Точность пространственных координат, получаемых почти сразу после включения, составляет около 100 метров, а со специальной функцией осреднения результатов в неподвижном положении повышается до 30 метров.

Оператору достаточно нажать кнопку включения и последовательно выводить на экран или текущие координаты в выбранной системе, или навигационную информацию для выхода на любую из путевых точек в различных маршрутах, которые можно задать заранее с карты или из каталога. При этом можно выводить на экран азимуты и расстояния до них, а также курсовые отклонения и даже расчетное время прибытия.

Использование GPS-оборудования для топографии (приборы дециметрового-метрового уровня точности)

Для сбора точных ГИС данных и картографических работ среднего класса точности предназначено оборудование дециметрового-метрового уровня точности. Использование новейших GPS технологий в сочетании с мощными накопителями данных и программным обеспечением позволяет получать точные результаты съемки, которые эффективно используются при геофизических и гидрографических изысканиях, в дорожном строительстве, при прокладке и обследовании коммуникаций, в лесном и сельском хозяйстве, для создания и обновления ГИС.

С помощью топографических GPS-приборов обеспечивается точность определения координат объектов в диапазоне от 5 метров до 30 сантиметров каждую секунду измерений даже в движении, что позволяет существенно увеличить число точек съемки при создании карт в масштабе от 1:2000 и мельче. При ответственных работах используется специальный режим повышенной точности. Кроме трехмерных координат GPS-приемники позволяют сохранять и развернутые описания объектов съемки из заранее подготовленных словарей. Координаты объектов можно получать как в принятых Государственных Системах, так и в любых местных системах координат.

При оснащении комплекта GPS-приборов специальным радиоканалом для передачи поправок высокая точность съемки становится возможной и в реальном масштабе времени. Это позволяет решать задачи по выносу объектов в натуру, выполнить точную навигацию или поиск пунктов. С помощью ГИС или информационной программы эту работу можно выполнить наглядно сразу на экране компьютера по электронным картам-подложкам.

Использование GPS геодезического класса (миллиметровый-сантиметровый уровень точности)

Весьма обширной областью применения GPS-средств и методов является ЗЕМЛЕМЕРИЕ в самом широком понимании этого слова.

В настоящее время GPS приемники этого класса получили сертификаты Госстандарта и широко используются в геодезии, геофизике, для топографии и земельного кадастра, для выноса проектов в натуру, при геодинамических и гидрографических исследованиях.

Важнейшей особенностью подавляющего большинства этих проблем является требование исключительной точности определения координат, моментов времени и временных интервалов. Здесь счет погрешностям идет на доли метра и доли сантиметра при измеряемых расстояниях в десятки километров.

Наиболее мощные приемники геодезического класса представляют собой не отдельные приемники, а целые измерительно-вычислительные станции и комплексы. Они снабжены и линиями радиосвязи, и внешними компьютерами, и разветвленными программами постпроцессорной, так называемой камеральной обработки данных, накопленных во время полевых измерений.