Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

Conținutul articolului



Procesul de observare a primilor sateliți artificiali ai Pământului a scos la iveală un model interesant – poziția spațială a satelitului poate fi calculată cu o precizie bună în orice moment din timp. Acest fapt științific i-a împins pe oamenii de știință către o descoperire cu adevărat revoluționară – să folosească sateliți aflați la sute de kilometri de Pământ pentru a determina poziția spațială a obiectelor terestre.

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

Din articolele anterioare ale seriei noastre „Geodezie aplicată” am aflat că pentru a determina coordonatele unui punct necunoscut, avem nevoie de două puncte cu coordonate cunoscute, care sunt fixate rigid la sol (puncte ale rețelei geodezice de stat). Uneori erau departe de subiect, ceea ce îi forța pe interpreți să pună pasaje teodolitice, adesea câțiva kilometri. Acum, sateliții care se mișcă constant în spațiu au devenit astfel de puncte „dure”, relativ la care sunt determinate coordonatele obiectelor de pe sol..

GPS

GPS-ul (Sistem de poziționare globală – Sistem de poziționare globală) este o colecție de mijloace radio electronice care calculează locația și viteza unui obiect pe suprafața Pământului sau în atmosferă. Acești parametri sunt determinați de un receptor GPS care primește și prelucrează semnale de la sateliți. Pentru a îmbunătăți precizia măsurătorilor, sistemul de poziționare include, de asemenea, centre de control la sol și de prelucrare a datelor.

Când vine vorba de GPS, cel mai adesea ne referim la sistemul NAVSTAR, dezvoltat prin ordin al Departamentului Apărării al SUA. În general, o mulțime de lucruri inovatoare au fost „testate” mai întâi de către militari și apoi „eliberate în masă”. Timp de mai mulți ani termenul „GPS” a devenit sinonim cu navigarea prin satelit, la fel cum neologismul „Xerox” înseamnă, în principiu, orice copiator și nu doar producția de XEROX. În acest moment, pe lângă GPS-ul NAVSTAR, sunt dezvoltate sau lansate Beidou-ul chinezesc, Galileo european, IRNSS-ul indian, QZSS-ul japonez și GLONASS-ul nostru autohton..

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

Metodele de măsurare a spațiului sunt utilizate pentru:

  • geodezie și cartografie
  • constructie
  • navigare
  • monitorizarea vehiculului
  • comunicații mobile
  • operațiuni de salvare
  • monitorizarea mișcării tectonice a plăcilor de cruste terestre

și în multe alte sfere ale activității umane. Să analizăm mai detaliat unele dintre principalele domenii de aplicare a sistemelor de măsurare spațială..

GNSS

Întâlnim dispozitivele acestui sistem de navigație la nivelul gospodăriei, sub prescurtarea GNSS este ascuns termenul „Sistem de sateliți de navigație globală”. Principiul funcționării unui sistem de navigație prin satelit este măsurarea distanței de la antena receptorului până la sateliți, a căror poziție este cunoscută cu o precizie suficient de ridicată. Tabelul de poziție al satelitului se numește almanah și este transmis în momentul începerii măsurătorilor de la satelit la receptor. Astfel, cunoscând distanțele dintre sateliți și fiind ghidați de almanah, este posibil, folosind cele mai simple construcții geodezice pe care le-am considerat în articolele anterioare ale ciclului nostru, să calculăm poziția spațială a obiectului..

Metoda de măsurare a distanței de la un satelit la un receptor se bazează pe determinarea vitezei de transmitere a undelor radio. Pentru a permite măsurătorile, sateliții transmit semnale de timp precise, sincronizate la rândul lor cu un ceas atomic de înaltă precizie. La începutul funcționării, timpul sistemului de recepție este sincronizat cu cel din satelit, iar măsurătorile ulterioare se bazează pe diferența dintre ora de emisie a semnalului și ora recepției acestuia. Pe baza acestor date, dispozitivul de navigare calculează poziția spațială a antenei terestre, iar viteza, cursul și alți parametri ai obiectului sunt derivate ale poziției inițiale a receptorului. După cum vă amintiți probabil de la cursul dvs. de fizică școlară, viteza undelor radio este egală cu viteza luminii, așa că vă puteți imagina care este exactitatea generală a unui sistem care determină distanța în milisecunde..

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice Antena GNSS / GPS

De ce, în unele cazuri, obținem o valoare de locație suficient de exactă, iar în unele cazuri, valoarea nu este în totalitate corectă? Nu orice receptor are un ceas atomic încorporat, așa că pentru sincronizare și poziționare cu o precizie acceptabilă, este necesar să primiți un semnal simultan de la cel puțin trei sateliți. Puterea semnalului primit este afectată de câmpul gravitațional al pământului, obstacole sub formă de copaci, case, semnale reflectate (fantomă), interferențe atmosferice și o serie de alte motive. Deoarece este imposibil să plasați emițătoare de mare putere pe satelit, veți obține cea mai precisă locație în spații deschise, cu un orizont clar.

Acum, dragă cititor, care are un smartphone cu un receptor GPS încorporat, ne grăbim să vă dezamăgesc – nu puteți aplica pentru a deschide o companie geodezică. Acest lucru se datorează faptului că receptorul de buzunar folosește o metodă numită absolută pentru a calcula poziția. Cu observarea simultană a 4 sateliți, precizia de poziționare poate atinge 8 metri, ceea ce este suficient pentru măsurători de navigație. Pentru geodezie, se folosește o metodă relativă de măsurare, în care sunt folosiți cel puțin doi receptori. Una dintre ele este setată la un punct cu coordonate cunoscute (așa-numita „bază”), iar a doua este utilizată pentru a determina coordonatele punctelor necunoscute. Când 2 receptoare funcționează împreună, precizia de măsurare crește de 100 de ori și deja putem obține coordonate cu o precizie de centimetru, care este suficientă pentru nevoile geodezice.

GPS pentru lucrări geodezice

Pentru a utiliza sisteme de observare a spațiului pentru lucrări topografice, sunt utilizate mai multe metode, care diferă în ceea ce privește precizia valorilor obținute și timpul petrecut pentru obținerea lor..

Statică

Pentru a determina coordonatele unui punct necunoscut, un receptor este instalat pe punctul de triangulare sau poligonometrie (punctul cunoscut), iar celălalt receptor este plasat pe punctul ale cărui coordonate trebuie să fie determinate. În plus, dispozitivele sunt inițializate sincron, deoarece măsurătorile încep numai atunci când două receptoare sunt pornite simultan. Dacă unul dintre dispozitive a funcționat timp de o jumătate de oră și celălalt timp de 15 minute, se vor utiliza doar 15 minute de colaborare pentru a obține date. După ce receptorii găsesc sateliții, începe colectarea datelor, care sunt procesate ulterior pe un computer..

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

De obicei, durează 15-30 de minute de la pornirea instrumentului la începerea lucrului (obținerea valorilor corecte), în funcție de sateliții observați simultan. În primele 20-30 de minute, „baza” oferă acoperirea cu o precizie de măsurare suficientă a zonei de 5 kilometri, apoi la fiecare 10 minute această rază se extinde cu 5 km, respectiv, cunoscând distanța aproximativă de la stație până la punctul de bază, puteți calcula aproximativ timpul de staționare al instrumentului pentru poziționare precisă.

După cum putem vedea în ecranul unuia dintre programele de ajustare a datelor, bara verde este timpul de funcționare de bază, iar barele scurte colorate sunt timpul petrecut de receptori la stație cu coordonate necunoscute. Folosind software specializat, puteți respinge valorile de măsurare incorecte și puteți crește precizia generală a valorilor obținute.

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

Avantajul acestei metode este precizia de măsurare ridicată, minusul fiind timpul petrecut pentru inițializarea fiecărui punct.

Cinematică

„Baza” este localizată în același mod într-un punct cu coordonate cunoscute, iar al doilea receptor, după inițializare, poate înregistra puncte în mișcare fără inițializare suplimentară înainte de fiecare măsurare. Dacă în prima metodă obținem, să presupunem, două puncte de bază din care se va efectua sondajul tacheometric, adică. pentru lucrare trebuie să avem încă o stație totală, apoi în cazul măsurătorilor cinematice sunt suficiente două receptoare, dintre care unul îndeplinește funcția unei stații totale, timpul de înregistrare a punctului este de 1-2 minute..

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

Această metodă este potrivită pentru supravegherea obiectelor extinse liniar, precum linii electrice, canale, drumuri, conducte de petrol etc. Avantajul acestei metode este economisirea timpului, dezavantajul este că este indicat să se efectueze măsurători la o distanță scurtă de bază, aproximativ 5-15 km. Dacă semnalul din satelit dispare brusc, procedura de inițializare va trebui repetată, deci această metodă nu este întotdeauna posibilă să se aplice în orașele mari, unde clădiri înalte și copaci acoperă orizontul.

GPS RTK

Dacă primele două metode ne oferă poziția unui punct din sistemul de coordonate internațional, care trebuie apoi transformat într-una regională, atunci metoda RTK (din engleza Real Time Kinematic – cinematică în timp real) ne permite să obținem valorile poziției spațiale a punctelor din sistemul de coordonate adoptat pentru zona noastră folosind un singur receptor. Nu, punctul de bază există fără îndoială, dar în acest caz punctele de bază sunt fixate pe clădiri înalte și împreună formează o rețea, asemănătoare cu una mobilă. Atât receptorul, cât și stațiile de bază fac schimb de informații prin Internet, ceea ce le permite să se sincronizeze nu numai cu sateliții, ci și unul cu celălalt, ocolind lanțul de recalculare și ajustarea coordonatelor în software specializat.

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

După cum înțelegeți, stațiile de bază sunt departe de a fi construite de entuziaști, accesul la ele este plătit, dar este mai mult decât rambursat de numărul de ore de lucru petrecute. Într-adevăr, dacă în cazul măsurărilor statice, echipa este formată din cel puțin trei persoane, dintre care una păzește „baza”, iar celelalte două efectuează sondaje folosind o stație totală, atunci doar un specialist este suficient pentru măsurători RTK. Initializarea unor astfel de dispozitive are loc aproape instantaneu, după câteva minute, instrumentul este gata să colecteze date sau să efectueze acțiunea opusă – pentru a efectua difuzarea punctelor de sondaj calculate în avans pe un computer, care este necesar, de exemplu, atunci când se stabilește un complot pentru construcție. Aceasta este tehnologia viitorului. În general, oricât de paradoxal ar suna, următoarea generație de inspectori va fi reprezentată de specialiști IT, vechimea calculatoarelor programabile și a tabelelor Bradis a dispărut irevocabil.

GPS vs GLONASS

Pentru a determina coordonatele GPS NAVSTAR și GLONASS, sunt folosiți 21 de sateliți activi și trei sateliți de rezervă, care se rotesc pe planuri orbitale circulare, iar aceste avioane din sistemul GPS sunt de trei ori mai mult decât în ​​GLONASS. Satelitele sunt echipate cu panouri solare și zboară la peste 20 km deasupra suprafeței Pământului. O astfel de distanță față de planetă și numărul de sateliți asigură observarea simultană a cel puțin 4 sateliți practic oriunde în lume. Timpul unei revoluții complete în jurul Pământului – 12 ore cosmice.

Geodezie aplicată. Bazele dimensiunilor cosmice

În sistemul GPS, toți sateliții emit un semnal la două frecvențe identice și fiecare dispozitiv trimite propriul cod individual care permite identificarea sateliților. GLONASS are același cod pentru toți sateliții, difuzarea se realizează și în două benzi. După cum puteți vedea, parametrii sistemelor sunt aproximativ aceiași, deci cine este mai bun?

Dacă GPS-ul oferă o precizie suficientă în determinarea coordonatelor din întreaga lume, atunci GLONASS este „ascuțit” pentru realitățile rusești, ceea ce teoretic îi permite să determine cu mai multă exactitate poziția spațială a punctelor de pe sol din țara noastră. Sistemul de poziționare rus nu depinde de starea de spirit a „unchiului Sam”, care, în timpul conflictelor militare, a scăzut în mod intenționat precizia de măsurare, codificând parțial semnalul. În orice caz, GPS-ul și GLONASS nu sunt concurenți, dar, într-un fel, aliați, astfel încât este logic să achiziționezi receptoare care să accepte simultan două sisteme, precizia va beneficia doar de acest lucru..

Citește mai mult  O scară într-o casă de țară - comoditate sau un omagiu adus modei?
Evaluează acest articol
( Încă nu există evaluări )
Adaugă comentarii

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: