Комплекс подготовительных работ при создании локальной геодезической сети на аэродроме шереметьево расчет требуемой точности геодезической сети

Вид материала

Реферат

Содержание 3.1. Выгрузка результатов измерений из GPS приемников 3.2. Определение координат пунктов в системе WGS-84 112 в эпоху 05/25/2006 11:57:54 3.3. Преобразование координат в действующую наземную систему координат 3.3.1. Способ перехода из координатной системы WGS-84 в наземные системы координат 3.3.2. Переход из координатной системы WGS-84 к местной локальной системе координат 4. Организационно-экономическое обоснование дипломной работы 4.2. Обоснование косвенной экономической эффективности

Подобный материал:

• Литература: Неумывакин Ю. К. Перский М. И. Колосс 2006, 127.01kb.
• Инструкция по настройки подключения по локальной сети в Windows 7 при автоматическом, 9.33kb.
• Урок информатики. Тема урока: Локальные и глобальные компьютерные сети. Обмен данными, 10.5kb.
• Положение о работе с локальной сетью и сетью Интернет в образовательном учреждении, 180.3kb.
• Настройка школьной локальной сети при подключении к Интернет, 64.8kb.
• Лекция 10. Структуризация локальной сети Физическая структуризация локальной сети., 126.08kb.
• Реферат по предмету : сети ЭВМ на тему : Построение сети предприятия, 569.95kb.
• Уроку информатики и икт в 10 классе (базовый уровень) Тема урока: Локальные компьютерные, 139.48kb.
• Положение о локальной вычислительной сети Государственной жилищной инспекции Республики, 111.04kb.
• Конспект урока 9 классе на тему: Компьютерные сети. Виды компьютерных сетей, 115.15kb.

3.1. Выгрузка результатов измерений из GPS приемников

По окончании выполнения процедуры GPS-измерений необходимо переслать накопленные на карте памяти приемника данные в персональный компьютер для дальнейшей обработки. В современных двухчастотных GPS приемниках GX1220 (Leica, Швейцария) используется универсальный для всех приборов SYSTEM 1200 формат записи данных raw, состоящий из совокупности файлов со следующей информацией:

• Навигационное сообщение (эфемериды спутников, по которым проводились наблюдения, ионосферные и тропосферные поправки и т.д.);
  
• Данные о точке расположения приемника, его типе, выбранном способе наблюдений и т.д.;
  
• Результаты наблюдений (кодовые и фазовые измерения, доплеровские данные и т.д.);
  
• Другие данные (метеорологические, информация о наблюдателе, метаданные).
  

После сохранения «сырых данных» с референцной и подвижной станции на компьютере, необходимо в главном меню программного комплекса Leica Geo Office создать новый проект работ и при помощи блока Import (рис.3.1) загрузить данные в этот проект.



Рис. 3.1. Меню блока Import программного комплекса LGO.

Далее производится предварительная оценка полевых измерений и отбраковка некачественных или лишних измерений. По завершении всех описанных процессов можно приступать к обработке GPS-данных и определению координат пунктов, построенной на аэродроме Шереметьево локальной геодезической сети.


3.2. Определение координат пунктов в системе WGS-84

Для обработки импортированных данных в проект работ программы LGO следует перейти к вкладке GPS-Proc и в режиме Manual Processing Mode выделить интервалы, относящиеся к базовой и к подвижной станции соответственно (рис.3.2). Следует отметить, что предварительно в проект необходимо внести использовавшуюся в качестве референцной твердую точку (OGP2) с известными координатами в системе WGS-84.



Рис. 3.2. Обработка GPS измерений с помощью программы LGO.

После этого в панели инструментов требуется выбрать Process и программа начнет процесс вычисления координат пунктов.

Для определения координат в системе WGS-84 используется дифференциальный режим обработки данных, получаемых от различных приёмников. Он позволяет минимизировать или исключить влияние целого ряда наиболее ощутимых источников систематических ошибок.

В процессе вычислений повышенное внимание уделяется характерной для фазовых измерений процедуре разрешения неоднозначностей, т.е. определению целого числа циклов, укладывающихся в измеряемом расстоянии. При реализации этой процедуры могут возникать затруднения, требующие вмешательства оператора в процесс обработки. Такое вмешательство сводится во многих случаях к просмотру регистрационных файлов, содержащих исходные данные от отдельных GPS приемников, и корректировке стратегии обработки. При выявлении большого количества пропусков отдельных эпох наблюдений или каких-либо других дефектов оператор принимает необходимые меры по устранению мешающих факторов.

Определение отдельных базисных линий в программе Leica Geo Office производится в автоматическом режиме с учетом влияния тропосферы и ионосферы. В базе данных программного комплекса LGO имеются различные тропосферные модели, включая модели Хопфилда и Саастамойнена. Ионосферная же модель вычисляется по результатам двухчастотных измерений.

На заключительном этапе базисные линии объединяются в локальные сети и выполняется их уравнивание традиционными методами, базирующимися на использовании способа наименьших квадратов. Как правило, если спутниковые наблюдения были выполнены в благоприятных условиях, различие между уравненными и не уравненными значениями координат оказывается незначительным.

Погрешности вычисляемых приращений координат в декартовой или геодезической системе WGS-84, а также значения базисных линий оцениваются в протоколе выполненных измерений ошибкой, характеризующей внутреннюю сходимость отдельных результатов.

По окончании обработки накопленных в течение одного дня результатов измерений в программе LGO был получен массив данных (рис. 3.3), включающий в себя идентификатор референцного пункта (Reference Id), номера точек (Point Id), статус разрешенности неоднозначностей (Ambiguity Status), приращения координат в декартовой системе WGS-84 (dX, dY, dZ) и погрешности их определения (Sd. X, Sd. Y, Sd. Z), а также ряд других данных.




Рис. 3.3. Массив окончательных результатов обработки GPS измерений.


Проанализировав данный массив, заметим, что максимальная ошибка опрделения приращений по осям X и Y составляет 0,2 мм, по оси Z – 0,5 мм.

Следует отметить, что измерения точки с идентификатором 112 в эпоху 05/25/2006 11:57:54 не разрешились. Для поиска причины неразрешенности, рассмотрим график значений геометрического фактора понижения точности в данную эпоху наблюдений (рис.3.4).



Рис. 3.4. График значений геометрического фактора расположения ИСЗ.

Из графика видно, что в больший период наблюдений значения GDOP были за пределами допусков (более 8 единиц), вследствие чего разрешить неоднозначности не представляется возможным. В этом случае для дальнейших вычислений будем использовать результаты наблюдения одного приема. Для остальных точек вычислим средние координаты из двойных измерений и представим их вместе с оценкой точности на рисунке 3.5.



Рис. 3.5. Окончательные координаты пунктов сети в системе WGS-84.

Исходя из полученных значений ошибок, максимальная из которых составляет 7 мм по оси Х, можно сделать вывод, что выполненные в данный день определения координат точек локальной геодезической сети являются высокоточными. Следовательно, можно приступать к преобразованию координат этих точек из системы WGS-84 в местную локальную систему координат.


3.3. Преобразование координат в действующую наземную систему координат

Поскольку окончательные значения координат пунктов геодезической сети должны быть известны в местной локальной системе, необходимо выполнить преобразование полученных в системе WGS-84 координат.

Для преобразования координат в местную локальную систему необходимо иметь общие (идентичные) пункты. При этом требуется определить семь параметров преобразования: - координаты начала одной системы относительно другой, - малые углы разворота осей и масштабный фактор m » 1. Минимальное число базовых линий – 3, но чем их больше, тем лучше, так как повышается число избыточных уравнений, и они должны располагаться равномерно.

Основные требования при выполнении такой процедуры сводятся к тому, чтобы обеспечить получение необходимой информации в местной локальной системе координат на том же высоком уровне точности, который характерен для спутниковых измерений.

К настоящему времени разработаны различные подходы к решению такой задачи. Наиболее широкое распространение получили различные варианты интерполяционных методов, базирующихся на использовании нескольких общих точек, координаты которых независимо определены как в системе WGS-84, так и в местной координатной системе. Данные способы, базирующиеся на методе наименьших квадратов, позволяют при максимальном сохранении высокой точности спутниковой сети обеспечить ее приближение к реальной наземной сети в любой местной или государственной системе координат.

В общем виде, преобразование координат из одной пространственной системы в другую выполняется по следующей формуле: [8]

. (3.1)

Здесь:

m – масштабный коэффициент (m+1);

М – ортогональная матрица, ее элементы однозначно выражаются через три угла Кардана;

- сдвиг начала координат.

На основе приведенных зависимостей составляются параметрические уравнения для общих точек двух систем, которые решаются под условием:

[V_x²+V_y²+V_z²]=min, (3.2)

При этом предусмотрена возможность определения трех, четырех и семи параметров.

Подобный алгоритм заложен во многих программных продуктах, используемых при обработке спутниковых определений. При этом необходимо отметить что, сопоставление координат в системе WGS-84 и референцной не удается сделать полностью независимым. Причиной тому, - низкая точность определения высот квазигеоида.

Рассмотрим более подробно следующие вопросы по преобразованию координат пунктов на территории аэропорта Шереметьево:

• Способ перехода из координатной системы WGS – 84 в наземные системы координат;
  
• Переход из координатной системы WGS-84 к местной локальной системе координат.
  

3.3.1. Способ перехода из координатной системы WGS-84 в наземные системы координат

К настоящему времени разработаны различные подходы к решению такой задачи. В частности, наряду с классическим методом преобразования координат, основанном на применении формул Гельмерта, широкое распространение получили различные варианты интерполяционных методов, базирующихся на использовании нескольких общих точек с независимо определенными координатами как в системе WGS-84, так и в местной координатной системе. Во многих случаях находят применение комбинированные методы, рационально сочетающие в себе позитивные стороны этих двух методов. Оптимальным вариантом комплексного решения этой задачи может стать подход, реализуемый в следующей блок-схеме [9]:

1. Свободное пространственное уравнивание GPS-измерений:

X_ij, Y_ij, Z_ij, X₁, Y₁, Z₁  X_i, Y_i, Z_i

Уравнивание GPS – измеренных векторов с заданными исходными координатами одного пункта сети приводит к получению уравненных координат всех пунктов сети в системе XYZ.

2. Преобразование прямоугольных координат в геодезические:

X_i, Y_i, Z_i, a_e,   B_i, L_i, H_i

Преобразование может быть выполнено относительно любого заданного отсчетного эллипсоида. Погрешности преобразования отсутствуют.

3. Преобразование в плоские прямоугольные координаты

для заданной проекции: B_i, L_i  x_i, y_i

Перевычисления могут быть выполнены для любой заданной проекции с заданной точностью.

4. Преобразование геодезических высот в нормальные:

H_i  H^_i = H_i - 

Здесь используются заданные гравиметрические высоты квазигеоида . Точность преобразования зависит от точности относительных высот квазигеоида, а также от величины вероятного систематического смещения высотной основы.

Первые четыре этапа касаются обработки результатов уравнивания GPS-измерений. На следующих двух этапах эти результаты сравниваются с известными исходными плановыми координатами x_oi, y_oi и исходными высотными отметками H^_oi.

5. Сравнение плоских прямоугольных координат в заданной проекции,

определение систематических и случайных расхождений:

x_i - x_oi , y_i - y_oi  x_o, y_o, m, A, _xy


6. Сравнение нормальных высот,

определение систематических и случайных расхождений:

H^_i - H^_oi  H^, _H^

На следующих трех этапах выполняется подготовка исходных плановых координат и нормальных высот к совместному уравниванию с GPS-измерениями.

7. Подготовка исходных плановых координат

к совместному уравниванию с GPS-измеpениями:

x_oi, y_oi, x_o, y_o, m, A  x'_oi, y'_oi

x'_oi, y'_oi  B'_oi, L'_oi

8. Подготовка исходных нормальных высот

к совместному уравниванию с GPS-измеpениями:

H^_oi, H^  H'^_oi

H'^_oi  H'_oi = H'^_oi + 

9. Заключительная подготовка координат исходных пунктов

к пространственному уравниванию совместно с GPS-измеpениями:

B'_oi, L'_oi, H'_oi, a_e,   X'_oi, Y'_oi, Z'_oi

На заключительных четырех этапах осуществляется собственно совместное уравнивание GPS-измеpений и заданных исходных координат пунктов геодезической сети, а также оценка точности результатов уравнивания.


10. Совместное пространственное уравнивание GPS-измеpений

и заданных исходных координат пунктов:

X_ij, Y_ij, Z_ij, X'_oi, Y'_oi, Z'_oi  X"_i, Y"_i, Z"_i

11. Преобразование уравненных координат

в систему исходных пунктов:

X"_i, Y"_i, Z"_i, a_e,   B"_i, L"_i, H"_i

B"_i, L"_i, H"_i  x"_i, y"_i, H"^_i

x"_i, y"_i, H"^_i, x_o, y_o, m, A, H^  x"_i, y"_i, H"^_i


12. Оценка точности GPS-измеpений:

X_ij, Y_ij, Z_ij  X"_j-X"_i, Y"_j-Y"_i, Z"_j-Z"_i

13. Оценка изменений исходных координат пунктов:

x"_i, y"_i, H"^_i  x_oi, y_oi, H^_oi

X"_i,Y"_i,Z"_i  X_i, Y_i, Z_i.

Используя данную блок-схему можно перейти от системы координат WGS–84 в наземные системы координат.


3.3.2. Переход из координатной системы WGS-84 к местной локальной системе координат

Преобразование координат из WGS – 84 в местную локальную систему координат выполнено методом One Step с помощью блока Datum/Map программного пакета Leica Geo Office версии 3.0.

Основные требования при выполнении этой процедуры сводились к тому, чтобы обеспечить получение необходимой информации в местной координатной системе на том же высоком уровне точности, который характерен для спутниковых измерений.

В обработку было включено 15 пунктов равномерно расположенных по всей территории работ на аэродроме Шереметьево. В результате обработки были получены параметры трансформации (рис. 3.6) с помощью которых преобразованы координаты пунктов из системы WGS – 84 в местную локальную систему координат.



Рис. 3.6. Фрагмент протокола получения параметров трансформации.


Сравнивая координаты одноименных пунктов новой местной локальной системы координат со старой, были получены данные (рис. 3.7), включающие разности координат Y (dE) и X (dN), а также высот (dHgt) для каждой точки.



Рис. 3.7. Разности координат и высот пунктов старой и новой местной локальной системы координат.


Для выполнения анализа полученных данных построим диаграмму (рис. 3.8) количества точек, разности координат (Y - Easting, X - Northing) и высот (Height) которых попали в фиксированные интервалы (Residual intervals).



Рис. 3.8. Диаграмма разностей координат и высот одноименных точек в старой и новой системе.


На диаграмме видно, что значения разностей координат и высот малы и не превышают 2,5 см.

В программе Leica Geo Office, используя данные, представленные на рисунке 3.7, построим вектора смещений пунктов в плане и прямоугольники смещений высот пунктов (рис. 3.9).



Рис. 3.9. Схема смещений пунктов в местной локальной системе координат


На рисунке 3.9 видно, что вектора направлены в разные стороны. Это может быть связано с ошибками измерений. Наиболее существенные смещения в плане (2,1 см) имеют пункты 102 и 137, а по высоте (1,9 см) – пункт с идентификатором 141.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что на территории аэродрома Шереметьево, для выполнения комплекса геодезических работ по созданию высокоточной основы можно применять спутниковые методы и использовать полученные параметры трансформации для перехода из WGS-84 в местную локальную систему координат.


4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ


4.1. Организация работ по теме дипломного проекта

Дипломная работа «Использование спутниковых методов создания высокоточной геодезической основы на аэродромах при реконструкции визуальных аэронавигационных средств» выполнена в НИЦ «Геодинамика» под руководством Лобазова В. Я.

Целью данной работы является разработка комплексной методики создания высокоточной локальной геодезической сети на аэродроме Шереметьево.

Исходными данными для работы послужили материалы GPS-измерений на геодезических пунктах, которые были созданы в рамках выполнения комплекса инженерно-геодезических работ по реконструкции визуальных аэронавигационных средств на ВПП-2, РД и МРД-2 международного аэропорта Шереметьево в июне - августе 2006 года.

Измерения были выполнены двухчастотными приемниками GX1220 GPS SYSTEM 1200 (Leica, Швейцария). Пункты располагались на пескоцементном покрытии (тощем бетоне) и были совмещены как с определяемыми пунктами, так и с пунктами ФГУП ГПИиНИИ ГА «Аэропроект», равномерно покрывающими всю территорию. Также была создана сеть опорных пунктов на основном бетоне.

Полученные полевые данные были обработаны с помощью программного пакета Leica Geo Office версии 3.0 («Leica», Швейцария). При этом обработка производилась в два этапа. На первом этапе выполнялось уравнивание спутниковых измерений в системе координат WGS-84 и оценка точности, затем полученные координаты преобразовывались в местную локальную систему координат (МСК).


4.2. Обоснование косвенной экономической эффективности

Рассчитать прямой экономический эффект не представляется возможным, поскольку отсутствуют стоимостные данные по отдельным видам работ. Однако сама работа не носит исключительно теоретический характер, она имеет и важное прикладное значение.

Необходимо отметить, что сопровождение реконструкции визуальных аэронавигационных средств на аэродромах является достаточно новым видом геодезических работ. В России такими работами занимаются всего несколько лет и считанное количество специалистов, а, следовательно, на данный момент не существует четкой устоявшейся методики их выполнения. В дипломной работе была разработана методика использования спутниковых технологий для создания высокоточной геодезической основы на аэродроме.

Аэродром является специфическим протяженным объектом. При разработке программы создания геодезической сети вдоль такого объекта особого внимания заслуживает принцип ее построения. Очевидно, что по сравнению со всеми известными методами, преимуществом в данном случае обладает спутниковый метод создания сети по лучевой схеме с использованием одной референцной (опорной) станции, позволяющий осуществить непосредственную передачу координат от исходного пункта на определяемые. Учитывая, что протяженность объекта незначительна (не более 4 км от базовой точки), полевые работы могут быть выполнены двумя инженерами-геодезистами с использованием двух-трех GPS-приемников. Следовательно при использовании такой методики затраты по времени и финансам будут минимальными.

В связи с необходимостью получения определяемых координат пунктов сети не только в системе WGS-84, а и в принятой для данного региона системе координат и высот (МСК), обязательным условием является привязка к пунктам плановой и высотной основы, которые характеризуются наиболее высокими точностными показателями. При камеральной обработке измерений были получены необходимые параметры перехода из системы координат WGS-84 в систему МСК.

Обобщив вышесказанное, следует выделить, что в дипломной работе разработана и с успехом применена эффективная с экономической и геодезической точек зрения методика проведения работ. В будущем она может быть усовершенствована с внедрением прогрессивных технологий. А полученные параметры перехода из системы координат WGS-84 в систему МСК могут быть использованы при других видах геодезических работ на аэродроме Шереметьево. Все эти положения, несомненно, определяют косвенную экономическую эффективность дипломной работы.