Примењена геодезија. Основе космичких димензија

Садржај препоруке

• ГПС
• ГНСС
• ГПС за геодетске радове
• Статика
• Кинематика
• РТК ГПС
• ГПС вс ГЛОНАСС

Процес посматрања првих вештачких сателита Земље открио је један занимљив образац – просторни положај сателита се у било ком тренутку може израчунати с великом тачношћу. Ова научна чињеница гурнула је научнике до заиста револуционарног открића – да користе сателите који се налазе стотинама километара од Земље за одређивање просторног положаја земаљских објеката.

Из претходних чланака нашег циклуса „Примењена геодезија“ сазнали смо да су за одређивање координата непознате тачке потребне две тачке са познатим координатама, које су чврсто учвршћене на тло (тачке Државне геодетске мреже). Понекад су били далеко од теме, што је извођаче натерало да положе теодолитске пролазе, често неколико километара. Сада су сателити који се непрестано крећу у свемиру постали тако „тешке“ тачке у односу на које се одређују координате објеката на тлу..

ГПС

ГПС (Глобал Поситионинг Систем – Глобал Поситионинг Систем) је скуп радио-електронских средстава која израчунавају локацију и брзину објекта на Земљиној површини или у атмосфери. Ови параметри се одређују захваљујући ГПС-пријемнику, који прима и обрађује сигнале са сателита. Да би се побољшала тачност мерења, систем за позиционирање такође укључује центре за контролу тла и обраду података.

Када је ријеч о ГПС-у, најчешће мислимо на систем НАВСТАР, развијен по налогу Министарства одбране САД. Генерално, много иновативних ствари је прво „тестирала“ војска, а затим су „пуштена у масу“. Дуги низ година израз „ГПС“ постаје синоним за сателитску навигацију, баш као што неологизам „Ксерок“ у принципу значи било који копир уређај, а не само производњу КСЕРОКС-а. Тренутно се уз НАВСТАР ГПС развијају или лансирају кинески Беидоу, европски Галилео, индијски ИРНСС, јапански КЗСС и наш родни ГЛОНАСС..

Методе мерења простора се користе за:

• геодезија и картографија
• конструкција
• навигација
• надзор возила
• мобилне комуникације
• спасилачке операције
• праћење тектонског кретања плоча земљине коре

иу многим другим сферама људске активности. Размотримо неке од главних области примене система за мерење простора детаљније..

ГНСС

На уређаје овог навигационог система наилазимо на нивоу домаћинства, под скраћеницом ГНСС крије се израз „Глобал Навигатион Сателлитес Систем“. Принцип рада сателитског навигационог система је мерење удаљености од пријемне антене до сателита, чији су положаји познати са довољно великом тачношћу. Табела положаја сателита назива се алманах и преноси се у тренутку почетка мерења са сателита на пријемник. Тако, знајући растојања између сателита и водећи се алманахом, можете помоћу најједноставнијих геодетских конструкција које смо разматрали у претходним чланцима нашег циклуса израчунати просторни положај објекта.

Метода мерења удаљености од сателита до пријемника заснива се на утврђивању брзине преноса радио таласа. Да би се омогућила мерења, сателити преносе прецизне временске сигнале, синхронизоване заузврат са атомским сатом високе прецизности. На почетку рада системско време пријемника се синхронизује са сателитским, а даља мерења се заснивају на разлици између времена емисије сигнала и времена његовог пријема. На основу тих података навигацијски уређај израчунава просторни положај земаљске антене, а брзина, курс објекта и други параметри објекта су деривати почетног положаја пријемника. Као што се вероватно сећате из свог средњошколског курса физике, брзина радио таласа је једнака брзини светлости, тако да можете замислити која је укупна тачност система који одређује удаљеност у милисекундама.

ГНСС / ГПС антена

Зашто у неким случајевима добијамо довољно тачну локацију локације, а у неким случајевима вредност није сасвим тачна? Није сваки пријемник уграђен атомски сат, па је за синхронизацију и одређивање положаја с прихватљивом тачношћу потребно истовремено примати сигнал са најмање три сателита. На јачину примљеног сигнала утичу гравитационо поље земље, препреке у облику дрвећа, кућа, рефлектирани (фантомски) сигнали, атмосферске сметње и низ других разлога. Пошто је немогуће поставити предајнике велике снаге на сателит, добићете најтачнију локацију на отвореним просторима са јасним хоризонтом.

Сада, драги читатељу, који има паметни телефон са уграђеним ГПС пријемником, журимо да вас разочарамо – не можете конкурисати за отварање геодетске компаније. То је зато што џепни пријемник користи методу звану апсолутни за израчунавање положаја. Уз истовремено посматрање 4 сателита, тачност позиционирања може достићи 8 метара, што је довољно за навигациона мерења. За геодезију се користи релативна метода мерења у којој се користе најмање два пријемника. Једна од њих постављена је на тачку с познатим координатама (тзв. „База“), а друга се користи за одређивање координата непознатих тачака. Када два пријемника раде заједно, тачност мерења расте 100 пута и већ можемо да добијемо координате са центиметрском тачношћу, што је довољно за геодетске потребе.

ГПС за геодетске радове

Да би се користили системи за осматрање простора за топографски рад користи се неколико метода које се разликују у тачности добијених вредности и времену утрошеном на њихово добијање..

Статика

Да би се одредиле координате непознате тачке, један пријемник се поставља на тачку триангулације или полигонометрије (позната тачка), а други пријемник се поставља на тачку чије координате треба одредити. Надаље, уређаји се синхроно иницијализирају, јер мјерења почињу тек када се два пријемника укључе истовремено. Ако је један од уређаја радио пола сата, а други 15 минута, користиће се само 15 минута сарадње за добијање података. Након што пријемници пронађу сателите, започиње прикупљање података који се након тога обрађују на рачунару..

Обично је потребно 15-30 минута од укључивања инструмента до почетка рада (добијање тачних вредности), у зависности од сателита који се истовремено посматрају. У првих 20-30 минута „база“ пружа покривеност довољном тачношћу мерења зоне од 5 километара, а затим се сваких 10 минута тај радијус шири за 5 км, респективно, знајући приближну удаљеност од станице до основне тачке, отприлике можете израчунати време стајања инструмента за прецизно позиционирање.

Као што можемо видети на снимку заслона једног од програма прилагођавања података, зелена трака је основно време рада, а кратке обојене траке време које су пријемници на станици провели са непознатим координатама. Помоћу специјализованог софтвера можете одбити погрешне вредности мерења и повећати укупну тачност добијених вредности.

Предност ове методе је велика тачност мерења, минус је време потребно за иницијализацију сваке тачке.

Кинематика

„База“ се налази на исти начин у тачки са познатим координатама, а други пријемник, након иницијализације, може регистровати тачке у покрету без додатне иницијализације пре сваког мерења. Ако у првој методи добијемо, претпоставимо, двије основне точке из којих ће се провести тахеометријско истраживање, тј. за рад још увек морамо да имамо укупну станицу, тада су у случају кинематичких мерења довољна два пријемника, од којих један обавља функцију укупне станице, време регистрације тачке је 1-2 минуте.

Ова метода је погодна за истраживање линеарно проширених објеката као што су далеководи, канали, путеви, нафтоводи итд. Предност ове методе је уштеда времена, а недостатак је што је препоручљиво мерење извршити на малој удаљености од базе, око 5-15 км. Ако сигнал са сателита изненада нестане, мораће се поновити поступак иницијализације, тако да се ова метода није увек могуће применити у великим градовима где високе зграде и дрвеће прекривају хоризонт.

РТК ГПС

Ако нам прве две методе дају положај тачке у међународном координатном систему, који се потом мора претворити у регионални, тада РТК метода (од енглеског кинематика у реалном времену – кинематика у реалном времену) омогућава нам да добијемо вредности просторног положаја тачака у координатном систему усвојеног за наше подручје. користећи само један пријемник. Не, основна тачка несумњиво постоји, али у овом случају су базне тачке фиксиране на високим зградама и заједно творе мрежу, сличну мобилној. И пријемник и базна станица размењују информације путем Интернета, што им омогућава да синхронизују не само са сателитима, већ и међусобно, заобилазећи ланац прерачуна и подешавања координата у специјализованом софтверу.

Као што разумете, базне станице нису далеко од ентузијаста, приступ њима је плаћен, али то се више него отплаћује бројем проведених сати. Заиста, ако се у случају статичких мерења тим састоји од најмање три особе од којих једна чува „базу“, а друга два врше истраживања користећи укупну станицу, онда је за мерење РТК довољан само један специјалиста. Иницијализација таквих уређаја догађа се готово тренутно, након неколико минута алат је спреман за прикупљање података или извршавање супротних радњи – да на рачунару изврши удела анкетних тачака унапред израчунатих, што је неопходно, на пример, приликом постављања парцеле за изградњу. Ово је технологија будућности. Генерално, ма колико то парадоксално звучало, следећу генерацију геодета представљаће ИТ стручњаци, старост програмабилних калкулатора и Брадисових таблица неповратно је нестало.

ГПС вс ГЛОНАСС

За одређивање координата НАВСТАР ГПС-а и ГЛОНАСС-а користе се 21 активна сателита и три резервна сателита који се окрећу на кружним орбиталним равнинама, а ти планови у ГПС систему су три пута више него у ГЛОНАСС-у. Сателити су опремљени соларним плочама и лете више од 20 км изнад Земљине површине. Таква удаљеност од планете и број сателита омогућавају истовремено посматрање најмање 4 сателита практично било где у свету. Време потпуне револуције око Земље – 12 свемирских сати.

У ГПС систему сви сателити емитују сигнал на две идентичне фреквенције, а сваки уређај шаље свој појединачни код који омогућава идентификацију сателита. ГЛОНАСС има исти код за све сателите, емитовање се такође врши у два опсега. Као што видите, параметри система су приближно исти, па ко је бољи?

Ако ГПС пружа довољну тачност у одређивању координата широм света, тада је ГЛОНАСС „наоштрен“ за руске реалности, што му теоретски омогућава да тачније одреди просторни положај тачака на земљи у нашој земљи. Руски систем позиционирања не зависи од расположења „ујака Сама“, који је током војних сукоба намерно спуштао мерну тачност, делимично кодирајући сигнал. У сваком случају, ГПС и ГЛОНАСС нису конкуренти, већ су на неки начин савезници, тако да има смисла куповати пријемнике који истовремено подржавају два система, тачност ће имати користи од тога..