Основы работы с GPS оборудованием для изыскателей

Небольшая статья с краткой основной информация о работе с GPS оборудование для изысканий.

Оригинал статьи на моем новом блоге












О том что такое GPS, про всякие там спутники, частоты и т.д. – почитаете в интернете.

Мы будем заниматься конкретными вещами, необходимыми для успешной съемки.

Виды GPS-оборудования

• Навигатор туристический. Это все, что встроено в телефоны, навигаторы Garmin и прочие туристические приблуды. Реальная точность таких приборов 5-30 метров. Подходят для поиска дороги, пунктов и т.д. Топографическую съемку такими приборами делать нельзя, но можно использовать для сбора ГИС-данных, где точность 5-30 м допустима

• Одночастотные (L1) GPS – это приборы, которые работают только по первой базовой частоте. С них начиналась эра GPS-приемников. По факту – работают медленне, чем другие приборы. Подходят только для измерений по созданию геодезической основы. Работают ими методом «статика». В изысканиях могут использоваться, чтобы привязать наши заложенные репера к пунктам геодезической основы.

• Двухчастотные (L1+L2) – более совершенные приборы. Используются для того же, что и приборы на L1, но работают быстрее и более точные.

• Двухчастотные с поддержкой RTK – на сегодняшний день одни из самых современных приборов. Позволяют кроме привязки реперов полноценно проводить топографическую съемку местности.

Что влияет на качество сигнала GPS?

Понижают качество измерений следующие факторы:

Наличие препятствий вокруг приемника (строений, деревьев).

Каждый приемник обычно показывает количество спутников, сигнал от которых он принимает. В теории для работы приемника достаочно 4 общих спутника (общих для базы и ровера). На практике при числе спутников:

Число спутников Действия

• меньше 6 - Нельзя проводить измерения. Надо дождаться повышения кол-ва спутников или поменять позицию

• 6-8 -  Можно начинать работать, но время измерений желательно увеличить

• 9 и более -  Нормальное кол-во

Так что GPS могут хуже работать в лесу, между домами, которые закрывают горизонт прибору и т.д. Также если вы устанавливаете GPS на пункте триангуляции, где сохранилась металлическая пирамида – увеличте время стояния. Металл над антенной GPS тоже плохо влияет на измерения.

Объекты создающие активные помехи

Объекты, которые формируют вокруг себя электромагнитное поле – негативно влияют на прием сигналов GPS. К таким объектам относятся линии электропередач, активные радары аэропортов и военных объектов, промышленное электронное мощное оборудование.

То есть лучше избегать ставить GPS под линиями электропередач.

Геометрический фактор PDOP

PDOP – это коэффициент, который показывает «насколько хорошо GPS сейчас работается»

Это основной параметр, который отображается во многих GPS приборах

Значения PDOP:

1-3 Хорошее качество можно работать

3-7 Удовлетворительное качество, но лучше увеличить время сеанса на 50%

7 и более Плохое качество. Измерения могут не обработаться.

Режимы работы GPS
«Статика» (Static)

Метод статических определений.

Наиболее точный из всех методов. Позволяет получить милиметровую точность.

Используется для передачи координат от извесных пунктов к определяемым пунктам. Минимальный комплект приемников: 2 штуки. Один из приемников называют «база», второй «ровер». Базовый приемник устанавливается над пунктом с известными координатами. Замеряется его высота над точкой и он включается. Затем второй приемник (ровер) устанавливается на объекте над точкой, координаты которой мы хотим узнать. Приемники работают некоторое время. После измерений ровер переставляют на другие определяемые точки и повторяют наблюдения. Потом данные обрабатывают на компьютере и получают координаты определяемых точек. При этом измерения можно вводить в «сеть». Например провести насколько сеансов в разное время с разных пунктов, разными приемниками – свести их в единую сеть на компютере, обсчитать и уравнять.

Цепочка информации будет выглядеть так:
Координаты исходного пункта
Сеанс наблюдений (GPS база + ровер)
Обработка на компьютере
Координаты определяемых пунктов

Тут критически важно знать, что время измерений – это время в течении которого работают оба приемника (совместно). Именно совместная работа приемников с наличием общих спутников потом позволит получить координаты точек. От одной базы может работать множество роверов.

Пример временной записи:



В этом примере всего процесс занял у нас 2 часа (12-14), но полезное время совместных измерений было только 30 минут (12:30 – 13:30).

Надо указать, что расстояние между базой и ровером для приемников L1 не должно превышать 20км, а для приемников L2 – до 50 км. Измерения при базисе больше 50 км для приборов L2 проводить можно, но они обрабатываются в специальных программах.

Ограничение по расстоянию связано с кривизной земли и наличием общих спутников во время сеанса наблюдений. Однако стоит сказать, что когда я работал в аэрофотосъемке — мы используя специальные программы и приборы типа L2 обрабатывали базисы в 200-300 км. То есть это возможно, но требует дополнительных знаний.

Расчет времени работы в статике:

Каждая модель GPS приемника имеет обычно свои указания по расчету времени работы. Ниже приведу «примерное» время работы исходя из своего опыта.

Основные параметры влияющие на время сеанса: количество спутников, расстояние между приемниками и PDOP. Обычно достаточно знать расстояние между приемниками для планирования сеанса.

Расчет времени работы в статике приборами L1:

Расстояние Время сеанса
0-5км 20 мин

(лучше 30 мин)
5-10 1 час
10-20 2 часа
20-… 3 часа




Расчет времени работы в статике приборами L2:

Общая формула 10 мин. + 0,5минут на км

Пример: Расстояние бзиса 20 км = 10мин+0,5*20мин = 20мин

2й вариант (более точный)

Кол-во спутников Формула

10 10мин+2мин/км

8 10мин+5мин/км

6 10мин+10мин/км

То есть основное правило:

— Если все хорошо и до пункта менее 10 км – стоим 30 минут

— Если что-то не так – стоим 1..2..3 часа
Режим «Стой-Иди» (Stop&Go)

Режим очень похож на статику с той лишь разницей, что ровер стоит над каждой точкой около 3-х минут и перемещается далее. В приемниках L1 такой режим позволял проводить съемку открытых пространств. С появление RTK режима – теперь практически не используется.

Основные моменты:

Расстояние база ровер – менее 20 км

Время стояния ровером на точке – 3мин

Применяется для топосъемки открытых площадок приемниками L1
Режим RTK (Кинематика в реальном времени)

Основной современный режим съемки GPS оборудованием для проведения топографических съемок.

Надо сказать, что не смотря на наличие такого режима привязку временных реперов и других точных пунктов надо делать в режиме «статика».

Основная идея:

База стоИт над точками с известными координатами и через канал связи передает некие «поправки» роверу. Ровер их принимает и выдает координаты своего местоположения с высокой точностью.

Точность = примерно 1см + 0,5 * Дальность,км

Пример:

При удалении от базы на 20км получим точность ровера

1см + 0,5 * 20км = 11см

Это без учета всех остальных поправок

На практике получаем точность 0,5-5 см.
Каналы передачи данных

Существует насколько каналов по которым база может передавать поправки роверу:

GSM

Поправки передаются через мобильную связь. Для этого в базе и в ровере должны быть вставлены SIM-карточки мобильных операторов с услугой «CSD» (услуга факсимильной передачи данных)

На момент января 2018 г. для оператора МТС эта услуга стоит 1мин=2руб, кроме того теперь для МТС эта услуга называется «пакетная передача данных» и она выдается только юридическим лицам.

Для работы канала нужно мобильное покрытие территории и денюжка на карточках.

iRTK

Поправки передаются через мобильную сеть с выходом в интернет.

Условия для работы как и для GSM канала, но нужны уже просто любые SIM-карты с доступом в интернет и сервер для поддержки и обработки данных.

В среднем база потребляет 1,5мБ в час трафика

То есть при ежедневной работе по 8 часов за 30 дней понадобиться 360мб

При работе по 6 часов за 20 дней — 180мб

NTRIP Работа от базовой станции (БС)

В этом методе в качестве базы используются «базовые станции» сторонних организаций, установленные обычно в городах и «вещающие» свои координаты в эфир. Услуги платные и для работы понадобятся данные доступа к БС. При таком методе для работы вам понадобится только один ровер с контроллером. Очень удобно. Приехали на место, достали GPS, подключились к базовой станции и можно снимать.

Рекомендуемое удаление от БС – до 50км, хотя по факту нормально работали и на удалении 70-90км (точность падала до 2см). При этом базовые станции позволяют работать от них как в режиме RTK (NTRIP), так и в режиме «Статика» с последующей обработкой данных.

Радиомодем

Канал данных, при котором поправки передаются по радио. Бывают встроенные модемы, которые встроены в GPS (мощность до 2-6Вт) и обеспечивают связь на удалении до 1-2х километров от базы. Бывают также модемы внешние (мощностью около 20-35-60Вт), которые подключаются к GPS и обеспечат покрытие до 20-25км. Покрытие сильно зависит от типа местности, наличия строений, леса и т.д.

Надо сказать, что например в Москве и Питере работать по радио на территории города запрещено. Все там работают от базовых станций через мобильную сеть. Также могут быть проблемы при работе на территории аэропортов и военных объектов. Предварительно уточняйте можно ли работать на объекте в радиорежиме. В малонаселенных районах – этот канал передачи поправок основной.
Понятие «Фиксированное решение»

При работе в режиме RTK возникает следующая цепочка передачи информации



Момент, когда ровер успешно принимает поправки от базы и уверенно рассчитывает свои координаты – называется «Фиксированное решение» или в простонародье «Фикса».

Любой контроллер GPS этот момент всегда отображает.

Соответственно правило:

— Есть «фикса» — можно работать и снимать

— Нет «фиксы» — надо ее дождаться, снимать нельзя

Основные моменты когда фикса слетает:

— не работает канал передачи (закончились деньги на СИМ-карточке, далеко отошли от базы, базу спиздили, нет покрытия, сигнал поправок не доходит из-за препятствий)

— Ровер сверху перекрывает какое-то препятствие (крыша строения, трубы, арки, переходы)

— Неверные настройки канал передачи между базой и ровером

В принципе это основные моменты о которых надо знать при работе с GPS-приемниками. Однако надо помнить, что самообразование – залог профессионализма 🙂