В чем заключается сущность определения местоположения объекта спутниковыми приемниками

В чем заключается сущность определения местоположения объекта спутниковыми приемниками

Спутниковые определения местоположения это определения координат точек пространственных объектов или приращений (разностей) координат между точками, включающее процессы измерения (наблюдения) и обработки измерительной информации, поступающей со спутников ГНСС. Процесс спутниковых наблюдений (наблюдений навигационных спутников) включает в себя прием и первичную обработку измерительной информации от спутников ГНСС с помощью специальной спутниковой аппаратуры. Обработка данных спутниковых наблюдений (постобработка) заключается в математической обработке результатов спутниковых наблюдений по определенному алгоритму с целью вычисления координат или приращений (разностей) координат.

Существует несколько спутниковых методов определения местоположения с помощью ГНСС. Они делятся на методы определения абсолютных координат и методы определения относительных координат. Точность методов спутниковых определений местоположения приведена на диаграмме.

Методы определения абсолютных координат

Автономный метод определений — метод спутниковых определений с использованием бортовой эфемеридно-временной информации:

Абсолютные методы определений — методы спутниковых определений с использованием поправок к эфемеридно-временной информации:

Методы определения относительных координат

Дифференциальные методы — методы спутниковых определений с использованием корректирующей информации к навигационным параметрам, измеряемым потребителем) в режиме реального времени:

Относительные методы — методы определения разности координат при постобработке данных синхронных сеансов спутниковых наблюдений :

Режимы спутниковых определений

При спутниковых определениях также используют несколько режимов:

Static (статический режим) — режим спутниковых определений с использованием неподвижной спутниковой геодезической аппаратуры.

Kinematic mode (кинематический режим) — режим спутниковых определений с использованием подвижной спутниковой геодезической аппаратуры.

Navigation mode (навигационный режим) — автономный режим спутниковых определений.

Postprocessing mode (режим с постобработкой) — режим спутниковых определений с вычислением координат в процессе последующей обработки.

FastStatic (Быстрый статический режим) — режим спутниковых определений аналогичный статическому с использованием только двухчастотной спутниковой геодезической аппаратуры на ограниченном расстоянии между точками спутниковых наблюдений и с постобработкой.

Reoccupation (Реоккупация) — режим спутниковых определений с повторными статическими спутниковыми наблюдениями на точках в течении одного сеанса с помощью подвижной спутниковой геодезической аппаратуры и с постобработкой.

Stop&Go («Стой и иди») — режим спутниковых определений с статическими спутниковыми наблюдениями на точках в течении одного сеанса с помощью подвижной спутниковой геодезической аппаратуры и с постобработкой.

Continuous kinematic («Непрерывная кинематика») — режим спутниковых определений точек в течении одного сеанса с помощью подвижной спутниковой геодезической аппаратуры и с постобработкой.

Информационный ресурс по технологиям высокоточного позиционирования с использованием Глобальных Спутниковых Навигационных Систем (ГНСС)

Источник

Сущность определения местоположения при помощи спутниковых навигационных систем

В основе определения координат спутникового приемника лежит метод линейных засечек, или трилатерации.

Роль опорных пунктов выполняют КА, координаты которых должны быть известны в любой момент времени.

При помощи аппаратуры, расположенной на спутниках и на поверхности

Земли, измеряют расстояния и скорости изменения КА вследствие перемещений их относительно потребителя. В геодезических целях преимущественно пользуются расстояниями. Если от спутникового

приемника известны расстояния до трех КА, то в результате пересечения трех сфер, которым соответствуют расстояния, получатся две точки. Этого достаточно для однозначного определения координат, так как из двух возможных точек расположения приемника лишь одна находится на поверхности Земли (или в непосредственной близости от нее), а вторая, ложная, — либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью.

Однако возникает много погрешностей: из-за неточной синхронизации часов приемника и спутника, зависимости скорости света от состояния атмосферы, поворота Земли на небольшой угол и удаления от спутника за время прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника и др. Такие искаженные расстояния называют псевдодальностями, а для нахождения верных расстояния и определения трехмерных координат GPS-приемника используют, как минимум, четыре (или более) спутника. Получив сигнал от

спутников, GPS-приемник ищет точку пересечения соответствующих сфер. Если такой точки нет, процессор GPS-приемника начинает методом последовательных приближений корректировать свои часы до тех пор, пока не добьется пересечения всех сфер в одной точке.

В настоящее время применяют две системы второго поколения —американская GPS и российская ГЛОНАСС, намечается введение в эксплуатацию европейской системы под названием Galileo. Американский генерал Х.Стехлинг предложил термин, отражающий универсальное назначение системы — позиционирование. Ему соответствует название американской спутниковой системы: Global Positioning Sistem — GPS.

Позиционирование— реализация возможных способов использования системы для определения параметров пространственного состояния объектов наблюдения. Такими параметрами могут быть координаты приемника, вектора скорости его перемещения, пространственный вектор между двумя приемниками, точное время позиционирования.

Следовательно, определение местоположения объекта, скорости его перемещения, пространственного вектора между пунктами наблюдения, фиксация точного времени представляют собой частные случаи позиционирования. Спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС обеспечивают позиционирование в любой точке земной поверхности, в любое время суток, в любую погоду.

Российская система получила название ГЛОНАСС — Глобальная навигационная спутниковая система и в соответствии с российским стандартом ГОСТ Р 5 1794—2001 именуется ГСП — Глобальная система позиционирования.

Система GPS полностью развернута в 1995 г., система ГЛОНАСС — в 1996 г. Однако вскоре в системе ГЛОНАСС прекратилось планомерное восстановление ИСЗ, и она до сих пор остается недоукомплектованная ими.

Техническими предпосылками создания таких систем:

-высокая надежность спутников

— создание сверхстабильных атомных эталонов времени.

GPS действует в координатной системе WGS-84,а ГЛОНАСС работает в системе ПЗ-90.

Источник

Система спутниковой навигации GPS – принцип, схема, применение

Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.

Схема работы GPS
GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.

Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.
Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:

Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;

Определение сейсмической активности;

Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;

Геодезия – определение точных границ земельных участков;

Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.

Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.

Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:

Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;

Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;

Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.

Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.

Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.

Принцип работы GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).
Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.
Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.
Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.
Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.
Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

Погрешность в вычислении орбит;

Ошибки, связанные с приемником;

Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;

Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;

Геометрия расположения спутников.

В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.
Характеристики навигационных систем GPS:

Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;

Количество орбитальных плоскостей – 6;

Высота орбиты – 20000 км;

Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;

Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;

Надежность навигационного определения – 95%.

Навигационные приемники бывают нескольких типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:

Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;

Наличие картографической поддержки;

Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.

Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.
Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора

Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных. Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.
Чтобы начать свою работу, навигатор должен:
Найти спутник и установить с ним связь;

Получить альманах и сохранить его в памяти;

Получить эфемериды от спутника и сохранить их;

Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;

Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.

Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом.
Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.
Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.
Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS

Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.
Под запретом в Российской Федерации находятся специальные технические средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.
Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.

Источник

Лекция 9. Основы спутникового позиционирования

Под позиционированием понимается определение с помощью спутниковых систем местонахождения наблюдателя или объекта в трехмерном земном пространстве.

Достоинства спутниковых систем позиционирования: глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность и эффективность. Для измерений не нужна видимость между определяемыми пунктами.

Сферы применения спутникового позиционирования:

История развития. Первое поколение спутниковых систем разрабатывалось еще до 70-х гг. 20 в. И использовалось более 20 лет. Это NNSS (США) и ЦИКАДА (СССР).

NNSS (Navy Navigation Satellite System) разрабатывалась для ВМФ США, позже получила название TRANSIT. Находилась в эксплуатации с 1964 г., в 1967 г. Открыта для гражданского использования. Уже в 70-х гг. появились малогабаритные приемники, позволяющие определять координаты с дециметровой точностью. К 1980 г. тысячи людей во всем мире пользовались услугами этой системы. В России за период с 1984 по 1993 гг. на ее основе создана ДГС. Разработки по ЦИКАДА начаты в 1967 г., но введена в эксплуатацию только в 1979 г.

Второе поколение систем спутникового позиционирование – GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия).

GPS (Global Positioning System), параллельное название NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing and Ranging): запуск первого блока спутников начат в 1978 г., эксплуатационная готовность объявлена в 1995 г.

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система): разработки начаты в середине 1970-х гг., первые спутники выведены на орбиту в 1982 г., в 1993 г. официально принята в эксплуатацию, в 1995 г. открыта для гражданского использования, в 1996 г. развернута полностью.

Существуют устройства, использующие обе системы.

В других странах также ведутся разработки: Gallileo (Европейское сообщество), COMPASS (Китай), IRNS (Indian Regional Navigation System) (Индия).

Подсистемы спутниковых систем. Выделяют три сегмента: наземного контроля и управления, созвездия спутников, аппаратуры пользователей.

Сегмент созвездий спутников и в GPS, и в ГЛОНАСС должен состоять из 24 спутников. GPS имеет 28 спутников на 4-х орбитах с наклонением 55° и высотой 20180 км. В ГЛОНАСС пока только 18 спутников на 3-х орбитах с наклонением 64,8° и высотой 19100 км. Каждый спутник имеет по 4 атомных эталона частоты и времени, аппаратуру для приема и передачи радиосигналов.

Спутники, разбитые по группам, вращаются в своих орбитальных плоскостях на неизменной средневысотной орбите, на постоянном расстоянии от поверхности Земли. Для получения сигнала в любое время, в любой точке земного шара требуется 24 спутника. Если разделить условно, то по 12 спутников на каждое полушарие. Орбиты этих спутников образуют “сетку” над поверхностью земли, благодаря чему над горизонтом всегда гарантированно находятся минимум четыре спутника, а созвездие построено так, что, как правило, одновременно доступно не менее шести. Полностью развёрнутая спутниковая система имеет также резервные спутники, по одному в каждой плоскости, для “горячей” замены (в случае выхода основного спутника из строя они могут быть оперативно введены взамен неисправного). Резервные спутники не бездействуют и также участвуют в работе системы, улучшая точность позиционирования и обеспечивая достаточную избыточность.

Сегмент наземного контроля и управления состоит из станций слежения за спутниками, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станций загрузки данных на борт спутников.

Спутники GPS проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Главная станция – база ВВС в Колорадо-Спрингс (Калифорния). Точное время – обсерватория в Вашингтоне. В ГЛОНАСС Центр управления системой под Москвой.

В задачи данной подсистемы входит контроль правильности функционирования спутников, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации. При пролёте спутника в зоне видимости станции измерения, управления и контроля, она осуществляет наблюдение за спутником, принимает навигационные сигналы, производит первичную обработку данных и производит обмен данными с центром управления системой. На главной станции происходит обработка и вычисление всех поступающих от сети управления данных их математическая обработка и вычисление координатных и корректирующих данных, подлежащих загрузке в бортовой компьютер спутника.

Сегмент аппаратуры пользователей различен в зависимости от назначения. В общем случае состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников и вычисления собственных координат, скорости и времени. В простейшем случае – миниатюрный приемник с источником питания. Комплект аппаратуры для геодезических определений включает антенну, приемник, контроллер (управляющее устройство), блок питания, кабели, штативы, вешку для установки антенны, приспособление для измерения высоты антенны и пр.

Принцип определения координат основан на вычислении расстояний от точки до нескольких спутников системы глобального позиционирования. Расстояния определяются по времени, прошедшем с посылки электромагнитного сигнала со спутника до поступления его в приемник. Вычислив расстояние от спутника № 1 до приёмника, представим сферу, где центром будет спутник № 1. Вычислив расстояние от приёмника до спутника № 2, представим себе вторую сферу, где центром будет спутник № 2 область. Где эти две сферы пересекутся, и будет областью нашего предполагаемого местонахождения. Для получения более точных данных нам понадобится информация о расстоянии до спутника № 3 и одна из двух точек. Место пересечения трёх предполагаемых сфер и будет местом нашего позиционирования. Для устранения неверного решения и одновременного уточнения места позиционирования потребуется чётвертый спутник.

Задача вычисления своего местоположения пользователем является достаточно сложной, так как для вычисления собственных координат на местности необходимо вычислить координаты нескольких спутников, т.е. знать их точное местоположение относительно приёмной аппаратуры. Спутники постоянно двигаются, соответственно координаты постоянно меняются. Для оперативного просчёта и уменьшения вычислительной мощности размеров и стоимости пользовательской аппаратуры, вычисление максимально возможного объема данных было возложено на наземный комплекс управления, в котором по результатам наблюдений за спутниками просчитывается прогноз параметров орбиты в фиксированные (опорные) моменты времени и во время сеансов связи передаются на спутник. Зная предполагаемые параметры орбиты и точные координаты спутника в опорной точке можно вычислить координаты спутника в любой произвольный момент времени.

Спрогнозированные параметры орбиты и их производные называются – эфемеридами. Набор сведений, применяемых для поиска видимых спутников и выбора оптимального созвездия и, содержащих сведения о текущем состоянии навигационной системы в целом, включая “загрублённые” эфемериды, называются альманахом. Передатчики, находящиеся на спутнике в беспрерывном режиме на высокой частоте передают навигационные сообщения, содержащие эфемериды с метками времени и альманахом. Пользовательская аппаратура, принимая такое навигационное сообщение и опираясь на заложенный в памяти предыдущий альманах, максимально быстро и точно определяет собственные координаты, при необходимости выводя их на средства отображения информации.

Существует 2 способа определения дальностей: кодовый и фазовый.

Точность кодового метода: 3-5 м

Точность фазового метода: менее 1 м

Источники погрешностей в определении дальностей связаны с влиянием ионосферы, нижних слоев атмосферы, эффектом многолучевости, несинхронностью генерации сигналов на спутнике и в приемнике, препятствиями на пути сигнала.

Влияние ионосферы. На высотах от 50 до 1000 км над Землей содержатся свободные электроны и ионы. Взаимодействие электромагнитной волны и частиц ионосферы при прохождении радиосигнала порождает вынужденное колебательное движение заряженных частиц. Это приводит к изменению скорости и направления распространения электромагнитной волны. Минимизируют влияние за счет использования волн разной длины.

Влияние нижних слоев атмосферы. Скорость света постоянна только в вакууме, в атмосфере она меняется в зависимости от коэффициента преломления среды, который, в свою очередь, зависит от метеопараметров и от направления, по которому проходит сигнал от спутника (от высоты спутника над горизонтом). Чем ниже спутник, тем сильнее влияние атмосферы, поэтому при углах 10-15°, погрешность достигает 10 м, такие наблюдения выбрасывают. При измерениях вводят поправку по модели стандартной атмосферы.

Несинхронность генерации сигналов на спутнике и в приемнике. Синхронизация часов приемника производится в процессе инициализации приемника. Различают три вида инициализации: «холодный старт», «теплый» и «горячий».

Когда приемник включается впервые или при длительном времени бездействия, данные о его местоположении, сохраненные во внутренней памяти, не совпадают с актуальными. Тогда для начала выполняется поиск спутником, получение данных о состоянии и эфемерид. Затем идет определение дальностей до нескольких спутников, рассчитывается ошибка местоопределения и идет синхронизация часов. Это «холодный старт», занимает несколько минут.

«Теплый» старт: время пребывания приемника в выключенном состоянии не превышает определенного срока и альманах эфемерид не успел устареть, сразу идет измерение дальностей и синхронизация часов.

«Горячий» старт: повторное включение в течение суток, часы уже синхронизированы, альманах свежий, сразу позиционирование. Несколько секунд.

Эффект многолучевости возникает за счет отражения сигнала от земной поверхности и окружающих предметов. Погрешность может достигать 10 м при кодовых измерениях. Для защиты от влияния отраженных сигналов в приемнике реализован алгоритм сравнения нескольких сигналов, приходящих от одного спутника, и отсева наиболее слабых (многоканальность).

Препятствия на пути сигнала – крупные предметы, здания и сооружения непреодолимы для спутникового сигнала. Пространство эффективного приема значительно уменьшается в городах, лесу, горах. Фазовый способ более чувствителен, чем кодовый. Работе могут помешать мощные радиолокационные и телевизионные станции, если они расположены в радиусе 500 м. Устранить нельзя, выбирают оптимальное место наблюдения.

Способы позиционирования. Точность определения координат с помощью глобальных систем позиционирования в геодезии: мм в плане и см по высоте…Точность зависит от способа позиционирования.

Существует два способа: автономный, дифференциальный.

Два метода обработки данных дифференциального способа: режим реального времени, постобработка.

Типы приемников. Все приемники делятся на одно- и двухсистемы (принимающие сигналы только от системы GPS и от GPS и ГЛОНАСС), кодовые и кодово-фазовые, одно- и двухчастотные.

Чем меньше значение pDOP, тем точнее определение координат

p DOP 6 – точность неудовлетворительная

Решаемые задачи:

Ориентирование. Используются портативные кодовые приемники, принимающие С/А-код на частоте L₁ и Р-код на частоте L₁ и L₂. Результат отображается на экране дисплея в форме геодезических координат или в виде индекса направления.

Полевое картографирование, формирование баз данных. Обязательна возможность атрибутирования объектов съемки, подключение к средству обработки.

Геодезические измерения. Точность местоопределения – сантиметры и доли сантиметров. Комплект включает не менее 2-х специализированных приемников для измерения дальностей фазовым способом.

Лекция 10. Геоинформатика. ГИС. ЦМР.

Понятие о геоинформатике. Геоинформатика разрабатывает принципы, методы и технологии сбора, накопления, передачи, обработки и представления данных для получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях в геосистемах.

Данные – зарегистрированные факты, описания явлений реального мира или идей

Информация – одно из свойств предметов, явлений, процессов, отражающее смысл, вкладываемый человеком в данные

Знания – отражение семантических аспектов реального мира в мозгу человека или системах искусственного интеллекта. Интерпретация информации об окружающих объектах или явлениях.

Пространственные данные делятся на позиционные и атрибутивные. Первые характеризуют положение объекта в 2-х или 3-х мерном пространстве, вторые дают качественные или количественные тематические характеристики объекта.

Общее представление о ГИС.

ГИС – информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных.

ГИС (ГИС-пакет) – программный продукт, в котором реализованы функциональные возможности ГИС. Поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением.

По территориальному охвату различают:

· глобальные или планетарные

· локальные или местные.

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования:

· городские или муниципальные

· земельные информационные системы.

Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами:

· инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр)

· управление и планирование, поддержка принятия решений.

Набор функций ГИС и соответствующих им программных средств включает:

· ввод данных в машинную среду путем их импорта из существующих наборов цифровых данных или с помощью цифрования источников;

· преобразование или трансформация данных, включая конвертирование данных из одного формата в другой, трансформацию картографических проекций, изменение систем координат;

· хранение, манипулирование и управление данными во внутренних и внешних базах данных;

· картометрические операции, включая вычисление расстояний между объектами в проекции карты или на эллипсоиде, длин кривых линий, периметров и площадей полигональных объектов;

· операции обработки данных геодезических измерений, оверлея

· пространственный анализ – группа функций, обеспечивающих анализ размещения, связей и иных пространственных отношений объектов, включая анализ зон видимости/невидимости, анализ соседства, анализ сетей, создание и обработку цифровых моделей рельефа, анализ объектов в пределах буферных зон и др.;

· визуализация исходных, производных или итоговых данных и результатов обработки, включая картографическую визуализацию, проектирование и создание картографических изображений;

· вывод данных в виде графической, табличной и текстовой документации, в том числе ее тиражирование;

· обслуживание процесса принятия решений.

Структура ГИС определяется набором функций.

Реализация ГИС-проекта включает этапы:

· предпроектных исследований, в том числе изучение требований пользователя и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль»;

· системное проектирование ГИС, включая стадию пилот-проекта, разработку ГИС;

· тестирование на небольшом территориальном фрагменте (тестовом участке);

· эксплуатацию и использование.

Под цифровыми моделями рельефа обычно понимается логико-математическое описание объекта или явления в цифровом виде, включая заданную форму представления исходных данных, их взаимосвязи и структуру, а также метод восстановления рельефа (интерполяция, аппроксимация или экстраполяция) по его цифровым данным.

Форма представления исходных данных определяет тип ЦМР.

— регулярные сетки (прямоугольные, треугольные и гексагональные). Здесь необходимо отметить, что самыми распространенными являются прямоугольные (квадратные) сетки в силу более простого и как следствие более разработанного математического аппарата; при использовании треугольных сеток объем вычислений значительно возрастает, но они обладают преимуществом однозначной трактовки характера форм рельефа.

— нерегулярные сетки (структурные линии, профиля, локальные точки, случайным сеткам и т.п.

— изолинейное задание точек.

Выбор типа ЦМР обычно бывает определен источником исходных данных. С другой стороны, при построении ЦМР необходимо помнить о некоторых обязательных критериях: точность задания геополя, наименьшее количество точек, простейшая структура расположения.

Выбор метода построения зависит от конкретной цели исследования. Если необходимо проследить каждый “всплеск”, например, загрязнения, нельзя использовать сглаживающие методы, следует обратиться к методу триангуляции. А если, наоборот, необходимо “увидеть” общий тренд, направление распространения какого-либо процесса, то нужно воспользоваться методами средневзвешенной интерполяции, минимальной кривизны поверхности или полиномиальной регрессии.

Анализ геополей может существенно облегчить исследование структуры, взаимосвязей и динамики различных природных, социально-экономических и экологических явлений. Список таких задач обширен: планирование строительства сооружений, проблемы гидрологической направленности (площади и объем затопления), оценка воздействия человека на окружающую среду, задачи геологического характера, прогнозирование опасности возникновения чрезвычайных ситуаций (лавины, сели, обвалы) и т.д.

Особенно полезно сравнительное изучение нескольких геополей, например, поля загрязнения почвенного покрова и рельефа земной поверхности, демонстрирующего очаги накопления и миграцию загрязнителей по территории. Эффективность использования геополей зависит во многом от формы представления исходных данных и методов его моделирования.

Обработка ЦМР служит для получения производных морфометрических или иных данных, включая вычисление углов наклона и экспозиции склонов; анализ видимости/невидимости; построение трехмерных изображений, в том числе блок-диаграмм; профилей поперечного сечения; оценку формы склонов через кривизну их поперечного и продольного сечения, измеряемую радиусом кривизны главного нормального сечения или ее знаком, т.е. выпуклостью/вогнутостью; вычисление (положительных и отрицательных) объемов; генерацию линий сети тальвегов и водоразделов, образующих каркасную сеть рельефа, его структурных линий локальных минимумов, или впадин и локальных максимумов, или вершин, седловин, бровок, линий обрывов и иных нарушений «гладкости» поверхности, плоских поверхностей с нулевой крутизной; интерполяцию высот; построение изолиний по множеству значений высот; автоматизацию аналитической отмывки рельефа путем расчета относительных освещенностей склонов при вертикальном, боковом или комбинированном освещении от одного или более источников; цифровое ортотрансформирование при цифровой обработке изображений и другие вычислительные операции и графо-аналитические построения.

Методы и алгоритмы создания и обработки ЦМР применимы к иным физическим или статистическим рельефам и полям: погребенному, барическому рельефу и т.п.

Источник