Руководство по GPS съемке - Книги по спутниковой навигации и системам позиционирования - Электронные книги - Электронная библиотека

Электронный учебник: «Руководство по GPS съемке»

О Настоящем Руководстве

В настоящем руководстве приводится следующая информация:
• краткий обзор Глобальной Системы Позиционирования (GPS) и связанной с нею терминологии
• общее представление о подготовке к GPS съемке и порядке проведения полевых работ
• краткое обсуждение использования модулей программного обеспечения фирмы Trimble для получения точных результатов по базисным линиям
• словарь геодезических терминов и список справочной документации и литературы
Руководство подразделяется на следующие разделы:
• Глава 1, Введение
• Глава 2, GPS и Ее Использование в Геодезической Съемке
• Глава 3, Порядок Накопления Данных
• Глава 4, Этапы Проекта
• Словарь, Справочные Данные и Алфавитный Указатель
Подробная информация по последовательному выполнению действий при использовании утилит и программных приложений фирмы Trimble приводится в соответствующем руководстве пользователя. Детальный порядок действий с использованием геодезических приемников фирмы Trimble приводится в соответствующем Руководстве Пользователя по Приемникам Серии 4000.
Более широко обсуждение по вопросам, затронутым в настоящем руководстве, представлено в списке литературы, который прилагается в конце настоящего руководства.

Что Следует Знать Пользователю

Пользователь должен быть знаком с основополагающими принципами и порядком проведения геодезической съемки и, хотя он может не полностью разбираться в том, как же функционирует собственно GPS, им должны быть по достоинству оценены преимущества GPS и типы наблюдений, которые включены в съемочную сеть — особенно, концепция GPS вектора. Предполагается также, что пользователь понимает разницу между эллипсоидом и ортометрическими высотами.
Предполагается, что пользователь имеет основное представление о командах DOS, умеет оперировать мышью и клавиатурой в среде Microsoft® Windows™, работать с диалоговыми окнами и выполнять стандартные операции Windows. В случае если необходимо получить справку по действиям в программной оболочке Windows, следует обратиться к документации по Windows.

Что такое GPS-съемка

Хорошие, качественные снимки – это настоящее блаженство для геодезиста. особенно, если это его непосредственная работа. Широкое применение в такой сфере как кадастровое картографирование получило GPS-съемку.

Основным преимуществом такого метода заключается в том, что не требуется необходимая видимость между пунктами измерений, а также возможность работы при любых условиях погоды. При любых обстоятельствах снимки, полученные при помощи GPS-съемки отличаются точностью, особенно, если это касается координат точек на местности. Такая система очень актуальна при том случае, когда необходимо получить очень точные данные, снимки.

Однако помимо достоинств, у фотографирования при помощи GPS имеется недостаток, заключенный в чувствительности к имеющимся препятствиям, таким как антенны приемника, либо имеющиеся стеновые преграды в виде стены, углов или фундаментов. В связи с этим, GPS-съемка применятся совместно с другими методами, которые позволяют обходить препятствия стороной.

Таким образом, GPS-съемка является популярным и точным способом фотографирования и применяются в следующих случаях. При необходимости сгущения геодезической сети на картографируемой территории, при привязке локальной координатной системы к глобальным системам координат, при съемке границ земельных участков на местности. При этом так называемые точки опоры – съемочные станции, определяются заранее. Такая съемка очень популярна при геодезической съемке, проведении военных операций.

GPS-приемники, наряду с электронными тахеометрами, получили широкое применение в такой области как кадастровое картографирование. Это дает возможность производить наблюдения сразу на нескольких пунктах с уже известными координатами – так называемыми опорными пунктами. Такие пункты могут совпадать между собой, образуя замкнутый круг, либо не совпадать, тем самым минуя границы земельного участка. При совпадении точек между собой пункты связывают друг друга, обеспечивая привязку измерений координат границ земельного участка по отношению к выбранной системе координат.

Существует большое разнообразие технологий по GPS-фотографированию, преимущественным из которых является комбинированные технологии. Наряду с последним применяется полярный способ, линейно-угловые засечки либо их комбинации.

Федеральная служба геодезии и картографии россии

от 18 января 2002 г. N 3-пр

ОБ УТВЕРЖДЕНИИ И ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ ИНСТРУКЦИИ

ПО РАЗВИТИЮ СЪЕМОЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ

В соответствии с Программой разработки новых и переработки ранее утвержденных нормативно-технических документов по производству на 1999 - 2001 годы ЦНИИГАиК разработал Инструкцию по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. Данный нормативный документ принят заключением Роскартографии от 29 марта 2000 года.

В целях упорядочения планирования и организации геодезических и картографических работ по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа в подразделениях Роскартографии и других субъектах геодезической и картографической деятельности приказываю:

1. Утвердить Инструкцию по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

2. Ввести в действие Инструкцию по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS с 1 марта 2002 года.

3. ЦКГФ в соответствии с ГКИНП-119-94 провести в установленном порядке экспертизу и регистрацию указанной выше Инструкции. Картгеоцентру совместно с ЦНИИГАиК издать утвержденную настоящим Приказом Инструкцию в количестве 100 экземпляров и разослать до 30 июня 2002 года заинтересованным организациям согласно списку (не приводится) на рассылку.

4. Контроль за выполнением настоящего Приказа возложить на заместителя руководителя Роскартографии А.Н. Прусакова.

Руководитель Федеральной службы

геодезии и картографии России

геодезии и картографии России

от 18 января 2002 г. N 3-пр

ПО РАЗВИТИЮ СЪЕМОЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ И СЪЕМКЕ СИТУАЦИИ

И РЕЛЬЕФА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ

СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ГЛОНАСС И GPS

Обязательна для исполнения всеми субъектами геодезической и картографической деятельности.

Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

Федеральная служба геодезии и картографии России.

Разработчик - Центральный ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского.

В настоящем нормативно-техническом акте описан порядок производства работ по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с помощью аппаратуры глобальных навигационных спутниковых систем. Рассмотрены: порядок проведения проектирования, рекогносцировки, производства спутниковых определений различными методами и даны общие рекомендации по предварительной вычислительной обработке.

Инструкция разработана М.О. Ашурковым, А.Н. Минченко.

Под общей редакцией Л.В. Неверова.

1.1. Настоящий нормативно-технический акт (НТА) "Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS" (далее - Инструкция) разработан с соблюдением требований "Инструкции о порядке разработки и утверждения нормативно-технических и методических актов на производство топографо-геодезических и картографических работ на территории Российской Федерации" ([14]) и по классификации, цели, назначению, форме и содержанию соответствует виду НТА "инструкция".

1.1.1. Инструкция разработана в соответствии с действующими "Основными положениями по созданию топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500" ([1]), "Основными положениями по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000" ([2]) и "Основными положениями по выбору масштаба и высоты сечения рельефа топографических съемок населенных пунктов" ([3]) (далее эти НТА - Основные положения). Она дополняет нормативно-техническую базу, регламентирующую создание съемочного обоснования и производство топографических съемок крупных масштабов, в части применения аппаратуры глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS (далее - спутниковой аппаратуры) для производства названных видов работ.

1.1.2. При рассмотрении вопросов, не относящихся непосредственно к спутниковой технологии развития съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа, а являющихся общими для топосъемочных работ, в Инструкции использованы нормативные положения, содержащиеся в действующих НТА "Инструкция по топографическим съемкам в масштабах 1:10000 и 1:25000. Полевые работы" ([10]) и "Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500" ([11]).

Рассмотрение же спутниковой технологии развития съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа осуществлено с опорой на эксплуатационную документацию спутниковой аппаратуры различных типов и прилагаемого к ней программного обеспечения. При этом Инструкция не заменяет эксплуатационных документов и не содержит имеющихся в них указаний по порядку подготовки и ведения работ с аппаратурой конкретных типов и программными пакетами.

1.2. При обеспечении съемок масштаба 1:10000 спутниковая технология может быть применена для развития съемочного обоснования (планово-высотной привязки опознаков). При съемках масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 (далее - крупномасштабных съемках) эта технология может быть применена как для развития съемочного обоснования, так и для съемки ситуации и рельефа с высотами сечения рельефа 5,0; 2,5; 2,0; 1,0; 0,5 м.

1.3. В Инструкции для видов полевых работ по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с необходимой полнотой и детализацией рассмотрены все технологические процессы, обеспечивающие возможность производства этих работ с применением глобальных навигационных спутниковых систем. Эти материалы изложены в разделах "2. Общая часть", "3. Назначение и содержание топографических планов, создаваемых с применением глобальных навигационных спутниковых систем", "4. Общие требования к проектированию и сбору топографо-геодезических материалов для проведения съемочных работ с применением глобальных навигационных спутниковых систем", "5. Основные принципы и положения спутниковой технологии выполнения съемочных работ", "6. Съемочное обоснование", "7. Съемка ситуации и рельефа". Заключительная часть Инструкции включает приложения и список литературы.

1.4. В разделах 2, 3 и 4 рассмотрены исходная нормативно-техническая база и вопросы проведения работ, предшествующих производству собственно полевых геодезических измерений, общие по отношению к рассматриваемым видам топосъемочных работ - развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа.

1.5. В разделе 5 даны материалы, отражающие основные понятия и принципы спутниковой технологии и ее применения для решения задач крупномасштабных топографических съемок. Здесь изложены:

- используемые понятия и термины;

- краткие сведения о системах ГЛОНАСС и GPS, методах и режимах спутниковых определений;

- структура радиосигнала и факторы, влияющие на его прохождение;

- влияние конфигурации спутникового созвездия на точность спутниковых определений и фактор понижения точности (DOP);

- понятие о методах относительных спутниковых определений;

- основные технические требования, предъявляемые к приемникам, используемым для развития съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа;

- порядок проверки готовности аппаратуры и исполнителей к проведению работ на объекте;

- указания по прогнозированию спутникового созвездия;

- общие указания по выполнению спутниковых определений.

Эти материалы служат как для общего ознакомления с основными элементами спутниковой технологии ведения работ, так и, в ряде случаев, в качестве указаний по производству работ, общих для развития съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа.

1.6. В разделе 6 изложено проектирование и все этапы полевых работ по развитию съемочного обоснования с применением спутниковой технологии: рекогносцировка, предварительная подготовка к производству полевых работ и их проведение, даны общие рекомендации по вычислительной обработке. В подразделе "Указания по проектированию съемочного обоснования" изложен порядок выполнения проектирования и рассмотрены все основные этапы использования спутниковой технологии для решения рассматриваемой топографо-геодезической задачи. В подразделах, касающихся проведения рекогносцировки, предварительной подготовки к полевым работам и порядка их проведения, главное внимание уделено рассмотрению специфики ведения названных работ при применении спутниковой технологии. Рекомендации по вычислительной обработке охватывают этап вычислений, завершающий полевые работы. Целью этого этапа, как обычно, является получение каталога координат и высот пунктов съемочного обоснования. В заключении этого раздела изложен порядок оформления и представления отчетных материалов по результатам создания съемочного обоснования.

1.7. Раздел 7, касающийся применения спутниковой технологии для съемки ситуации и рельефа, подготовлен и включен в Инструкцию для тех случаев топографо-геодезической практики, когда проведение таких работ с использованием данной технологии технико-экономически оправдано. Техническая возможность ведения таких работ открывается там, где имеющиеся на местности естественные и искусственно созданные объекты допускают выполнение спутниковых наблюдений.

Основное преимущество проведения съемки ситуации и рельефа с применением спутниковой технологии заключается в том, что при ее осуществлении отпадает необходимость создания геодезических сетей сгущения, создания съемочного обоснования и его сгущения, поскольку методы спутниковых определений по дальности и точности принципиально обеспечивают возможность проведения съемочных работ непосредственно на основе государственной геодезической и нивелирной сети, имеющей плотность по п. 2.22 настоящей Инструкции.

В разделе изложены все необходимые аспекты производства работ по съемке ситуации и рельефа с применением спутниковой технологии, включая проектирование работ, рекогносцировку, производство работ, и даны рекомендации по полной камеральной обработке материалов съемки, включающей: проверку полевых журналов и составление подробной схемы привязки, вычисление координат и высот всех пикетов, накладку точек геодезической основы и пикетных точек, проведение горизонталей и нанесение ситуации, и контролю съемки.

1.8. В заключительной части Инструкция содержит 10 приложений, представляющих собой в основном справочные материалы, касающиеся ведения съемочных работ с применением спутниковой технологии и оформления документации, а также список литературы.

Спутниковые топографические съемки

Позитивные технико-экономические предпосылки, способствующие широкому применению спутниковых методов при проведения на местности различного вида съемок, связаны с открывшимися возможностями производить координатные определения оперативно, с высокой точностью, при любых условиях погоды и при отсутствии прямой видимости между пунктами. Основным ограничительным фактором является при этом требование обеспечения свободного обзора той части небосвода, где в момент измерений находится наблюдаемые спутники. На практике такое требование не всегда удается выполнить из-за наличия различных экранирующих объектов (кроны Деревьев, геодезические наружные знаки, стены зданий и др.), окружающих установленный на пункте спутниковый приемник. В этой связи при организации работ предпочтение отдают комбинированным методам, подразумевающим рациональное сочетание спутниковых наблюдений с измерениями такими геодезическими инструментами, как электронные тахометры.

Накопленный к настоящему времени опыт применения упомянутых комбинированных методов свидетельствует о том, что спутниковые технологии чаще всего используют для создания съемочного обоснования снимаемого участка местности, а детальная съемка осуществляется только на открытых территориях или с помощью наземных технических средств. Создаваемое при этом геодезическое обоснование чаще всего реализуется через построение локальных сетей, для которых характерны небольшие удаления между пунктами и сравнительно невысокие требования точности координатных определений.

С технико-экономической точки зрения при проведении спутниковых измерений в таких сетях целесообразно использовать сравнительно недорогие одночастотные приемники геодезического типа в сочетании с оперативными и экономичными методами наблюдений и последующей обработки.

Примерами могут служить такие приемники, как «Землемер Л1-М» (РИРВ, Россия), SR 510 ( Leica, Швейцария), 4600 LS Suveror (Tirmble, США), Geotracer 2100 (Geotronics, Швеция), Pro Mark II (Thales, Франция) и др. Перечисленные типы приемников приспособлены для работы как в быстродействующем статическом режиме («Быстрая статика»), так и в полукинематическом режиме, получившем название Stop/Go (Стою/Иду). Они достаточно просты в обращении, имеют сравнительно небольшой вес и потребляют небольшое количество электроэнергии. Точность измерений такими приемниками в сочетании с отмеченными режимами измерении характеризуется средними квадратическими ошибками на уровне около 2 см в плане и 5 см по высоте. Поскольку свойственные спутниковым технологиям методы позволяют получать ориентированные в пространстве векторы, которые характеризуются не только линейной величиной, но и направлением, то последнее свойство используется при съемках для определения азимутальных направлений с погрешностью в несколько угловых секунд. Эта точность зависит, прежде всего, от расстояния: между пунктами и возрастает по мере увеличения дальности.

Разработанные к настоящему времени спутниковые технологии широко используются при проведении на местности самых разнообразных съемок. Наряду с хорошо известными топографическими съемками следует отметить такие области применения, как:

— съемки, связанные с различи ого рода землеустроительными работами;
— съемки, приуроченные к прокладке трасс для шоссейных и железных дорог;
— геодезическое обеспечение геолого-геофизических работ;
— съемки, связанные с ведением лесного хозяйства. Этот перечень может быть существенно расширен.

Не останавливаясь на отдельных особенностях спутниковых координатных определений, характерных для различных видов съемок, выделим обобщенные особенности, связанные с применением спутниковых методов.

При проведении спутниковых измерений при благоприятных условиях наблюдения спутников могут быть использованы хорошо отработанные подходы, которые достаточно подробно описаны в предыдущих статьях опубликованных на нашем сайте. Вместе с тем съемки местности приходится во многих случаях проводить в условиях, когда поступающие от спутников радиосигналы экранируются различного рода препятствиями. Такая ситуация возникает чаще всего при проведении съемок в лесных районах, которые в нашей стране занимают обширные территории.

Для успешного использования спутниковых технологий в лесной местности предложены различные подходы. В некоторых случаях предлагается размещать приемники на полянах или даже делать необходимые вырубки деревьев. В Методических рекомендациях, разработанных Сибирским научно-исследовательским институтом геологии, геофизики и минерального сырья, приведена специальная таблица, регламентирующая удаление приемника от деревьев в зависимости от высоты последних. С целью обеспечения качественных измерений рекомендуется производить установку приемников на полянах с радиусом от 5 до 170 м (в зависимости от высоты деревьев, возвышающихся над уровнем антенны от 2,5 м до 30 м).
Другой подход к решению рассматриваемой проблемы состоит в разработке специальной облегченной мачты, позволяющей оперативно поднимать антенну приемника на высоту, исключающую экранировку сигналов кронами деревьев. Полученные результаты свидетельствуют о том, что точность спутниковых измерений в таких условиях эквивалентна точности, характерной для открытой местности.

При проведении различного рода съемок спутниковыми методами повышенное внимание уделяется минимизации ошибок измерений, обусловленных отражениями как от подстилающей поверхности, так и от окружающих объектов (многопутность). Для решения этой проблемы производится модернизация антенных систем спутниковых приемников, которые оснащаются дополнительными приспособлениями, позволяющими ослабить влияние отражений на прямые сигналы, поступающие от спутников. Наряду с этим совершенствуются методы обработки, ориентированные на минимизации влияния отражений. Одной из специфик выполняемых работ, связанных со съемкой местности, является целесообразность применения местных координатных систем, причем потребителей чаще всего интересуют высоты, получаемые из нивелирования. В то же время спутниковые методы позволяют получать геодезические высоты, относящиеся к поверхности выбранного эллипсоида, которые существенно отличаются от нивелирных высот. Как свидетельствуют экспериментальные данные, такие расхождения даже на участках сравнительно небольших размеров могут достигать 40 см и более.
Для решения отмеченной проблемы в создаваемые сети включают пункты с известными из нивелирования высотными отметками. Если же возникает необходимость получения информации для всех остальных пунктов сети без прокладки на местности многочисленных нивелирных ходов, то такая проблема может быть решена на основе совместного использования спутниковых и гравиметрических данных.

Технология выполнения работ по производству съемок подробно рассмотрена в «Инструкции по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS», ГКИНП (ОНТА)-02-262-02.