14.2. Планирование проведения работ
При использовании GPS аппаратуры Вы должны планировать график проведения работ для того, чтобы максимально использовать геометрию расположения спутников. Большинство программного обеспечения Trimble включает модуль предсказания видимости спутников над определяемым местом проведения работ. ПО позволяет рассчитать когда и какие спутники будут находиться над горизонтом в определённое время и какую конфигурацию будет иметь спутниковое созвездие.
14.2.1. Время, дата и место
Для точного предсказания видимости спутников необходимо определить три параметра: дату, время и местоположение точки наблюдений на поверхности Земли.
Дата
Если дата введена неправильно, то вычисленные значения будут отличаться от истинных примерно на 4 мин/день. Это поправка возникает из-за разности в величине дня отсчитываемого по среднему солнечному времени и звёздному. Вследствии этого спутники ежедневно восходят на 4 минуты раньше чем в предыдущий день.
Время
Разница между местным временем и всемирным координированным временем (UTC) должна быть введена правильно. Вы можете рассчитать её по формуле:
Местное Время – UTC = Разница
Примечание: Разница между местным временем и гринвичским GMT положительна к востоку и отрицательна к западу от гринвичского меридиана. Кроме того, из-за использования в России декретного времени (летнего времени), Вам необходимо в этот период добавлять в разницу 1 час.
Таблица 3
Значения разницы для некоторых городов.
Город |
Разница (часы) |
Лондон, Великобритания |
0 |
Сан – Франциско (США) |
-8 |
Москва |
+3 +4 (летом) |
Екатеринбург |
+5 +6 (летом) |
Местоположение
Для выполнения точных вычислений вам необходимо ввести географические координаты района предполагаемых работ с точностью до 15 км (или » 10 угловых минут по широте).
14.2.2. Использование действующего альманаха
Альманах или эфемеридный файл содержит орбитальную информацию для всех GPS спутников. Он предаётся со спутников и автоматически записывается в GPS приёмник. Вам необходимо перекачать альманах из приёмника в компьютер, для того, чтобы соответствующее ПО могло использовать эту информацию в расчётах. После приобретения программного обеспечения (Pathfinder Office, Trimble Geomatics Office или GPSurvey) Вам необходимо обновить альманах, так как в ПО обычно содержится уже устаревшая информация. После того, как альманах записан в GPS приёмник, он действителен в течении примерно 3-х месяцев. Файл альманаха может стать недействителен и раньше если, например, запущен новый спутник, спутник стал “нездоров” или спутник был перемещён на другую орбиту. Если вам нужен точный прогноз, то старайтесь не использовать альманах полученный более 3-х месяцев назад. Если же был выведен на орбиту новый спутник Вы можете продолжать использовать старый альманах, с учётом того, что в расчёт он приниматься не будет. Для полной уверенности обновляйте файл альманаха в вашем программном обеспечении 2 раза в неделю.
МО США извещает о периодах неработоспособности спутников и датах запусках. Эта информация доступна через Internet, например, на web-сайте:
http://www.schriever.af.mil/gps/
Графики предсказания видимости спутников
Программное обеспечение компании Trimble позволяет вам создать несколько разновидностей графиков видимости спутников. Вы можете выводить количество видимых спутников, их высоту над горизонтом и азимут, PDOP в зависимости от времени и многое другое.
Количество видимых спутников
Для вычисления трёхмерных координат (широты, долготы и высоты) необходимо по крайней мере четыре спутника, видимых над горизонтом. Если же вас интересуют только плановые координаты (широта, долгота, время) то достаточно три спутника. Для получения пространственных координат желательно принимать сигнал от 5 и более спутников. Это обеспечивает более качественное решение и избыточность наблюдений. Даже если некоторые спутники были закрыты для антенны передвижного GPS приёмника соседними домами или деревьями, Вы сможете определить координаты объекта в плане и по высоте.
PDOP (Position Dilution of Precision)
Фактор снижения точности определения местоположения (Position Dilution of Precision - PDOP) является лучшим общим показателем качества геометрии созвездия спутников и, следовательно, точности данных. Чтобы получить и собрать данные наилучшего качества, Вам нужно задать такое предельное значение PDOP, при превышении которого вычисление координат производиться не будет. Этот предел называется маской PDOP, и он должен быть установлен в приёмнике перед началом сбора данных. Рекомендуемое (и выставляемое по умолчанию) значение маски PDOP для GPS приёмников геодезического класса равно 7 (для картографических и ГИС приёмников – 6). Более низкие значения DOP указывают на более высокое качество данных. В соответствии с этим Вы можете рассчитать в ПО периоды наиболее благоприятные для проведения съёмки.
Большинство программного обеспечения Trimble позволяет также вычислять значения HDOP (снижение точности определения плановых координат, широта и долгота), VDOP (снижение точности определения высоты), TDOP (снижение точности определения, из-за ухода стандарта частоты часов приёмника). Эти расчёты не учитывают местных условий наблюдений. Если часть неба загорожена строениями и т.п. и в этих участках расположены спутники, то соответственно реальные данные будут отличаться от вычисленных.
PDOP равный 4 или меньше указывает на великолепные условия наблюдений (без учёта количества спутников), от 5 до 8 на удовлетворительные и более 9 на плохие.
Кинематические съёмки, в ходе которых нормой являются короткие периоды наблюдений, очень чувствительны к значению фактора PDOP. Вам следует избегать выполнения инициализации в том случае, если значение PDOP равно 7 или больше. В подобных ситуациях приёмники фирмы Trimble издают сигнал тревоги, который предупреждает вас о необходимости оставаться неподвижным до тех пор, пока значение PDOP не упадет ниже порогового.
Статические и быстростатические съёмки, которые требуют более длительных периодов наблюдений по сравнению с кинематической съёмкой, менее подвержены влиянию высокого значения PDOP, поскольку это значение часто значительно снижается на протяжении периода наблюдений.
Рис. 30 - Влияние геометрии созвездия GPS спутников на точность определения координат.
Рис. 31- Влияние геометрии созвездия GPS спутников на точность определения координат.
Планисферы (Sky Plots)
Программное обеспечение для планирования может рассчитывать и выводить планисферы на которых изображается видимая геометрия созвездия GPS спутников. Планисферы выглядят как круг на котором изображена проекция небесной сферы с маркерами отображающими видимое положение спутников. Спутники расположенные у горизонта попадают на край планисферы.
На рисунке приведены примеры результатов расчёта планисфер. Идеальная конфигурация из четырёх спутников – это когда три спутника расположены невысоко над горизонтом симметрично относительно четвёртого спутника находящегося в зените (пример 1). В этом случае Вы получаете наиболее качественные пространственные координаты, т. к. любые ошибки плановых координат полученные из одного направления контролируются измерениями с противоположной стороны. Спутник расположенный в зените даёт проверку по высоте для трёх остальных.
Рис. 32 - примеры результатов расчёта планисфер
Плохая геометрия будет, когда все спутники расположены в одной и той же части неба (пример 2) или выстроились в прямую линию (пример 4). Определённая геометрия может быть неудачна для отдельного DOP параметра, и выигрышна для других видов DOP. Например, если вам прежде всего нужна точность определения плановых координат (в отличии от высоты), Вы можете выполнять измерения когда спутниковая геометрия напоминает ту, что показана в примере 3. Несмотря на то, что значение PDOP большое, плановая точность будет высокой.
Примечание – Планирование является в большинстве случаев необязательной но желательной процедурой, так как GPS приёмник автоматически отбирает спутники обеспечивающие самое низкое значение PDOP. Вы можете спланировать наилучшие периоды для проведения съёмки, но в полевых условиях нельзя вручную отбирать наблюдаемые спутники.