GPS-измерения в геодезии — что это такое и для чего нужно

«Космос на страже геодезических изысканий» — примерно так можно начать рассказ про GPS-измерения. На самом деле это действительно удивительно: глобальная позиционирующая система, разработанная и претворенная в жизнь Соединенными Штатами Америки, на сегодняшний день доступна для «гражданских». Навигатор или аппарат с соответствующим преемником в руках – и вот вы уже подключились к спутниковой системе навигации, позволяющей узнать точное местоположение в совершенно любой точке Земли (кроме приполярных местностей). И это просто поражает воображение: где-то там двигаются в космическом пространстве искусственные спутники Земли, а мы здесь выполняем стандартные процедуры по GPS-измерениям, и это уже стало частью нашей повседневной жизни, еще одним методом измерения координат.

Базис для понимания

После запуска искусственных спутников планеты в космос люди начали наблюдать за ними и узнали, что, оказывается, положение этого объекта в пространстве абсолютно в любую секунду можно узнать с высокой точностью. Ученые, осознав этот факт, «перевернули» его в обратную сторону и двинулись в сторону использования спутников для определения местоположения и точного пространственного расположения объектов на планете Земля. Причем тут геодезические измерения? При том, что, чтобы определить координаты некой неизвестной точки, нужно еще две другие точки с известными нам координатами. При этом важно, чтобы они не двигались и были, что называется, жестко закреплены на определенной местности. Что же делать, если они расположены очень и очень далеко от непосредственного места проведения съемки? Раньше приходилось создавать теодолитные хода длительностью не в один километр. На помощь пришли наши искусственные «друзья» из космоса. Несмотря на то, что они постоянно движутся в космическом пространстве, они могут выступить этими самыми жесткими точками – потому что их координаты, как мы выяснили выше, всегда известны с очень высокой точностью. Именно в отношении них и будет измерено расположение на земле.

Использование GPS при съемке местности

Стоит оговориться, что наряду с GPS при осуществлении геодезических работ спутниковым методом также используется российское детище ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS (более поздняя разработка американцев, как бы дополняющая изначальную – обычно речь идет именно о нем, когда произносят заветные буквы «Джи-Пи-Эс»). Возможно, в будущем к ним присоединится также европейский Galileo. Разработки ведутся и в других странах. Уже опробованы или пока находятся в незапущенном состоянии:

1. IRNSS из Индии,
2. Бэйдоу из Китая,
3. QZSS из Японии.

Вообще спутниковые методы измерения появились сравнительно недавно, но прочно вошли в жизнь и заняли лидирующие позиции. Они любимы специалистами за счет большого количества значимых преимуществ:

• Во-первых, они гарантируют довольно высокую скорость производства работ в сравнении с остальными методами. В некоторых случаях это действительно важный пункт.
• Во-вторых, GPS-измерения можно назвать мобильными, и это их значимая отличительная особенность.
• В-третьих, спутниковые методы даруют специалистам уникальную возможность проводить работы вне прямой видимости между различными приемниками.
• В-четвертых, они же позволяют использовать приемники на довольно приличном расстоянии (вплоть до тридцати километров между ними).

Современные технологии позволяют подразделить такой тип измерений еще на два подтипа – статический и кинематический.

Статический метод

Первый обладает наибольшей точностью. Зато к этому добавляется значительный минус – временные затраты. Дело в том, что минимальное время на одном пункте – полчаса. Максимальный отрезок времени может составлять несколько часов – это зависит, в конечном итоге, от существующих внешних условий и, конечно, требуемой точности измерений. Наиболее часто так делают, когда надо создать целую геодезическую сеть какого-то класса, например:

1. Государственную,
2. Городскую,
3. Областную,
4. Опорную и так далее.

Исходя из названия понятно, что приемники находятся в статике, то есть стоят неподвижно. Размещаются они как на точках с уже заранее известными координатами, так и непосредственно на определяемых точках.

Кинематический метод

Второй подход обладает чуть меньшей точностью измерений, зато он отлично подходит для осуществления топографической съемки. Скорость здесь – не в пример статическому. Один определяемый пункт требует в среднем около шестидесяти секунд. В данном случае один GPS-приемник устанавливается на точку с уже известными координатами и считается базовым. Второй GPS-приемник также называется ровер. Он будет двигаться от одной точки к другой. Наиболее продвинутые специалисты пользуются модемами – либо радиомодемом, либо GPS. Это позволяет проводить кинематику в режиме реального времени. Модем должен быть установлен не только на базу, но и на ровер. Конечно, такое оборудование стоит денег, но зато данный режим помогает получать координаты и приращения координат прямо в секунду замера. Точность от этого не страдает, а только увеличивается. Приемник будет находиться в одной точке буквально пару секунду. Называется этот способ RTK и иногда его даже выделяют в отдельную категорию – в противоположность тем способам, где происходит постобработка данных.

Виды деятельности при GPS-измерении в геодезии

Компания ССГ входит в список самых востребованных компаний в данной области по Санкт-Петербургу и всей Ленинградской области. Применение высокотехнологичных навигационных приборов, следование последнему слову техники, безупречная четкость при выполнении задач, высокий профессионализм сотрудников и помощь в сопутствующих процессах сделали нам славу одной из самых успешных профильных компаний региона. С помощью GPS можно провести различные измерения, выполнить огромную массу работ:

• Создать опорную или съемочную геодезическую сеть.
• Провести деформационный мониторинг строений.
• Осуществить топосъемку в требуемом масштабе (от 1 к 500 до 1 к 10.000).
• Выполнить задачи по прикладной геодезии во время строительных работ.
• Сформировать наземное обеспечение во время аэрофотосъемки.
• Поспособствовать проведению воздушного лазерного сканирования.

Спутниковый метод также используется при осуществлении монтажа, наладки и полноценного последующего технического сопровождения действующих GPS-станций. Деятельность проводится в несколько этапов:

1. Согласование времени и места проведения изысканий.
2. Полевые работы, специалисты измеряют точки на местности.
3. Перенос полученной информации с приемника на компьютер.
4. Обработка посредством специального ПО.
5. Формирование отчета, карты, плана (того, что требовалось заказчику).
6. Сдача заказа.

При заказе подобных услуг, безусловно, стоит обращаться только в компанию с богатым опытом, наработанным за годы успешной деятельности. Это серьезная практика, требующая специфических навыков, знаний и умений в области инженерных изысканий и различных геодезических работ.

Разберемся с GNSS

Для большинства Global Navigation Satellites System либо одно и то же с Global Positioning System, либо принципиально разные вещи. На самом деле, и тот, и тот взгляд не совсем верный. Космические замеры, вероятно, можно назвать очень обширной сферой, применяемой не только в области картографии, проведения строительных работ и собственно навигации, но и, как минимум, для:

• Мониторинга транспортных средств;
• Обеспечения мобильной связи;
• Выполнения спасательных работ;
• Слежения за движением тектонических плит.

Делать все это помогает глобальная спутниковая навигационная система. Каждая технологически развитая страна старается изобрести свою ГНСС. Помните, мы говорили выше: ГЛОНАСС из России, Галилео из Европы и так далее. Global Positioning System – это американская разработка, поэтому она как бы является частностью для GNSS как таковой. Общее для всех этих систем – взаимодействие пользователя, наземного устройства и космического объекта. А вот устройства GNSS задействованы на более локальном, бытовом уровне. Определение точного расстояния между антенной приемника до спутника (как мы помним, его положение нам известно точно в любую секунду, для упрощения исследований оно занесено в специальный альманах) посредством несложных геодезических построений используется для вычисления положения некоего объекта в пространстве. Описание выглядит простым. На самом деле все это действо основано на скорости движения радиоволн и передачи сигнала точнейшего времени (вплоть до миллисекунд). Сигнал в обязательном порядке синхронизируется с атомными часами в навигационном устройстве в руках инженера. Поэтому вы не сможете, условно говоря, со смартфоном, подключенным к GPS, выполнять геодезические работы.

Какие факторы могут повлиять на точность?

Погрешность составляет примерно три метра. На увеличение погрешности могут повлиять вспышки на Солнце, возмущения в ионосфере Земли, шумы приемников, внешние помехи от иных приборов и устройств, огрехи в работе спутниковых часов. Это факторы, на которые человек повлиять не в силах. Однако есть то, что зависит от него:

1. Качество модуля в используемом приборе/устройстве.
2. Положение специалиста в пространстве.
3. Драйвер операционной системы устройства.

Хорошо, что была разработана и внедрена специальная система дифференциальной коррекции, которая на данный момент включает в себя огромное количество станций, центров и сотрудников. Результатом их стараний становится снижение погрешности вплоть до десяти сантиметров.