ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
4520
Приведенные выше примеры относятся к достаточно сложным процессам и технологиям. А что же нового появилось для обеспечения самых распространенных и простых видов работ? Прежде всего, стали широко использоваться лазерные дальномеры.
Эти приборы пришли на смену обычным рулеткам, поэтому их часто называют лазерными рулетками. Теперь измерить расстояние с высокой точностью можно одним нажатием клавиши дальномера. При этом рулетка позволяет производить дополнительные вычисления, например, вычисления площади и объема. На смену оптическим теодолитам приходят электронные теодолиты, значительно повышающие удобство работы.
Наряду с оптическими нивелирами все шире используются лазерные нивелиры и цифровые нивелиры [3].
В век развития аэрокосмических наземных спутниковых технологий нам просто необходимо развивать технологию приборостроения в разных областях геодезии. Это будет огромным плюсом для развития этой отрасли в нашей стране.
Список использованных источников 1. http://www.nomad.su
2. "Инженерная геодезия". Г.С. Бронштейн, В.Д. Власов, Н.С. Зайцева и др. Под редакцией С.И. Матвеева, Москва, 1999г., 455с.
3. Плотников B.C. Геодезические приборы: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1987. — 396 с., ил.
УДК 528:622.83
ГНСС – МОНИТОРИНГ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ В ОБЛАСТЯХ С ВЫСОКОЙ АКТИВНОСТЬЮ ИОНОСФЕРЫ
Балтиева А.А.
Магистр, ассистент профессора ФСТИМ КазГАСА, Алматы, Казахстан Научный руководитель – Омиржанова Ж.Т.
В данной статье описываются принципы новой концепции мониторинга деформаций, которая использует методы, непрерывно действующей базовой станции (CORS) в режиме кинематики реального времени (сети N - RTK).
Ключевые слова: ГНСС, CORS – непрерывно действующие базовые станции, RTK – режим кинематики реального времени.
В настоящее время технология ГНСС - мониторинга широко используется для контроля за деформациями инженерных сооружений, таких как: мосты, высотные здания, плотины, и т.д. В методике наблюдений все чаще используют один или несколько приемников ГНСС, установленных на объектах, и эта тенденция продолжает развиваться прежними темпами [1].
Для достижения высокой точности ГНСС в режиме реального времени в проектах по мониторингу, базовые расстояния между опорной станцией и приемниками мониторинга делаются короткими, насколько это возможно. Тем не менее, всегда есть проблема, что базовая станция может по неосторожности быть установлена в самой области деформации (в случае вулканов, мониторинга плотины или здания), или сигналы отслеживаемые антеннами ГНСС блокируются самим объектом (например, мосты, здания и сооружения).
Вследствие вышеизложенного, для достижения еще более высокого уровня точности позиционирования, в настоящее время в Европейском Союзе и Соединенных Штатах все чаще внедряются методы виртуальной базовой станции (сети RTK). Эти решения расширяют сферу использования RTK до всей территории сети, устраняя необходимость в создании частных станций мониторинга [1]. Данные предоставляются любым пользователям с
4521
доступом к инфраструктуре сети RTK. Частные компании, такие как Trimble, Leica и Topcon, коммерциализируют фирменные услуги сетей РТК с использованием сети Интернет. Кроме того, некоторые страны и штаты предоставляют поправки сети RТК на безвозмездной основе, так что конечным пользователям необходимо оплачивать только подписку на услуги доступа к сети Интернет (плюс стоимость необходимого оборудования) для достижения уровня точности в 1 см при использовании своих устройств.
В качестве примера возьмѐм результаты испытаний мониторинга волнорезов в Гонконге, в регионе, где ионосферные эффекты преломления велики и непредсказуемы.
Чтобы продемонстрировать превосходные результаты реализации сервиса N- RTK, были использованы одночастотные приемники ГНСС, привлекательные для пользователя своей ценой. Служба ГНСС N-RTK в землях департамента Гонконга была установлена несколько лет назад и состоит из сети двухчастотных GPS постоянно действующих базовых станций (CORS) и соответствующего программного обеспечения обработки сети [2].
Данная идея была разработана австралийцем Крисом Райзосом около десяти лет назад, чтобы объединить сеть GPS CORS с несколькими бюджетными одночастотными приемниками (GPS только с L1-частотой) в Индонезии для мониторинга вулканов [3].
Сочетание Гонконгской сети GNSS CORS (так называемый «кластер») и одночастотных GPS приемников было использовано для оценки смягчения задержки ионосферных ошибок с применением N-RTK для мониторинга волнорезов.
Первые результаты действительно оказались очень перспективными и сравнение между использованием одной базовой GNSS - RTK и полученной с помощью поправки ГНСС N- RTK предлагает как новый и улучшенный подход к мониторингу именно второй способ.
Стандартный режим точного дифференциального позиционирования для одного опорного приемника должен быть расположен на базовой станции, координаты которой известны, а координаты второго приемника определяются относительно этого опорного приемника. Использование фазы несущей данные в режиме реального времени в одном базовом режиме применяется повсеместно. За последнее пятнадцать лет использование GPS (а теперь и GNSS) для структурного мониторинга, плотин, мостов, зданий и других строительных конструкций, значительно выросло, и в настоящее время техника ГНСС - РТК широко используется во всем мире.
Тем не менее, ограничением для расстояния в методике "одна база - один потребитель", между опорным и подвижным приемниками, являются ошибки орбиты, ионосферы и тропосферной рефракции сигнала. Это приводит к ограничению расстояния между приемниками до 10 км или менее (в зависимости от широты). Однако в регионах с небольшой широтой изменчивость ионосферы настолько высока, что использование одной базы GNSS - RTK на коротких исходных линиях невозможно даже во второй половине дня.
Тем не менее, в случае с короткой базой существует риск, что базовая станция GNSS может быть расположена в области, которая является предметом деформации. Кроме того, сам объект может повлиять на преломление сигнала и в худшем случае уменьшить сигнал, что влияет на геометрию. Некоторые из этих проблем могут быть решены с использованием метода, где базовая станция GNSS находится так далеко от точек мониторинга, как это возможно, без влияния двойных разностей и атмосферных колебаний.
Сеть RTK (N- RTK) имеет сантиметровую точность в режиме реального времени, фаза на основе несущей техники позиционирования может работать на расстояниях между приемниками до многих десятков километров (расстояние между ровером и ближайшим приемником базовой станции) с эффективностью, эквивалентной эффективности одной базы RTK системы (работающей с более короткими расстояниями) [2].
Все методы позиционирования GNSS работают с различным набором ограничений.
Этими ограничениями могут быть длины базовой линии, достижимая точность, надежность, наличие сигнала, приборостроение, режимы работы, стоимость и так далее. Создатели ГНСС должны разработать системы (включающие оборудование, программное обеспечение и
4522
полевые процедуры), которые оптимизированы для определенного целевого рынка, путем решения этих ограничений, которые имеют решающее значение для наиболее распространенных сценариев использования.
ГНСС N- RTK является методом, который использует сеть непрерывно действующих базовых станций CORS, в потоковом режиме реального времени. В случае структурного мониторинга в CORS, приѐмники должны быть расположены на очень стабильных центрах и координаты фазового центра антенны для каждого CORS определяются с относительной точностью в несколько миллиметров. Другой отличительной характеристикой большинства приложений структурного мониторинга является то, что непрерывный поток 3D координат приходят на центр мониторинга, а не на приемники сайтов – мониторинга [4].
Рисунок 1. Мониторинг волнорезов в Гонконге. GPS антенна установлена на набережной в Гонконге.
Пилотный проект в Гонконге. Для демонстрации преимуществ технологии GNSS приведенной в начале статьи, рассмотрим мониторинг волнорезов в Гонконге, выполненный одной инжиниринговой компанией (см. рис. 1).
Они использовали оборудование и программное обеспечение, разработанные и предоставленные широко известной фирмой Leica Geosystems.
Двухчастотный приемник мониторинга Leica GPS GMX902 и антенна AX1202 Leica GNSS были установлены с источником питания и оборудованием связи в специальном приборном шкафе, используемый при любых погодных условиях.
Данные CORS были предоставлены в качестве услуги департаментом Гонконга, с помощью сети базовых станций спутникового позиционирования (см. рис. 2).
Рисунок 2. Схема сети базовых станций спутникового позиционирования в Гонконге.
Обработка данных в режиме реального времени была проведена централизованным программным обеспечением Leica GNSS Spider для обработки в режиме RTK [5]. Первоначально это было выполнено с использованием "одна база - один потребитель" ГНСС-RTK (см. рис. 3).
4523
Рисунок 3. Архитектура режима "одна база - один потребитель" GNSS RTK
Оказалось, однако, совершенно ясно, что не только во второй половине дня, но и иногда в течение дня, внезапно происходят скачки в координатах временных рядов (долгота, широта и высота), что сделать надежным структурный контроль трудно или даже невозможно. Следует отметить, что стандартный шум, как изменение в GNSS -РТК временных рядов, является тем, с чем пользователи должны справиться с помощью различных форм сглаживания и фильтрации. Тем не менее, в этом случае выбросы были из- за больших погрешностей в результате экстремальных и сильно изменяющимися ионосферных условиях.
После встречи Криса Райзоса с инжиниринговой компанией, она сообщила о подобных явлениях в других проектах по мониторингу в Гонконге. В результате он обратился в Департамент Гонконга и просил их помощи в доставке в режиме реального времени потоков данных нескольких CORS, расположенных внутри и вокруг объекта мониторинга. Программное обеспечение Leica GNSS SpiderNET было установлено с необходимыми опциями для обработки сетевого кластера CORS и перенаправляло сетевые корректировки RTK наблюдений к одной из ближайших опорной станций, расположенной неподалеку приемников мониторинга (см. рис. 4) . Это базовая станция выступила в качестве станции MAX на сервере сайта Leica в сети. Следует подчеркнуть, однако, что можно выбрать любую другую базовую станцию участвующую в этом кластере не влияя на результаты.
Рисунок 4. Архитектура системы GNSS сети - РТК
Было проведено сравнение «стандартного» режима "одна база - один потребитель"
решения ГНСС -РТК (рис. 3) и симбиоз ГНСС N- RTK (рис. 4), в 2D и в высоту, с помощью программного обеспечения Leica GNSS QC. Участки (рис. 5 и 6) ясно показывают, что поправки ГНСС N- RTK значительно улучшили результаты. Помимо случайных выбросов, изменчивость меньше 2 см для горизонтальных компонентов и менее 5 см для компонента высоты. Представленные здесь результаты не фильтруются и не сглаживаются, они были просто выведены в формате NMEA исходных линий, рассчитанных на сервере Leica GNSS.
4524
То есть, теперь можно применять сеть N- RTK, где результаты генерируется с точностью нескольких миллиметров в реальном времени [2] .
В то же время, для того, чтобы проверить, может ли получить такую же точность с применением одночастотного GPS L1- приемника. Было решено одновременно, обрабатывать различные исходные данные, используя только частоту наблюдений GPS L1.
Результаты были еще более впечатляющими с точки зрения инициализации (разрешения неоднозначности) и точности. Помимо случайных выбросов, качество временного ряда очень похожа на график, что и на рис. 5 и 6, которые вычислялись с использованием более дорогих по стоимости двухчастотных приемников мониторинга, т.е. изменчивость меньше 2 см для горизонтальных компонентов и менее 5 см для компонента высоты.
Рисунок 5. Сравнение РТК позиционирования 2D результатов - синяя линия является решением режима "одна база - один потребитель" RTK и желтая линия является решением N-RTK (каждая горизонтальная линия
1 см).
Рисунок 6. Сравнение RTK позиционирования результатов высота - синяя линия является решением в режиме "одна база - один потребитель" и желтая линия является решением N-RTK (каждая горизонтальная линия 5 см).
Заключение. Представленные здесь результаты проекта мониторинга волнореза у моря в Гонконге показывают, что сочетание ресурсов GPS N - RTK (сетевых CORS и программных N- RTK моделирование) обеспечивает существенные преимущества, такие как максимальная точность и надежность.
Список использованных источников
1. CHRIS RIZOS, JOEL VAN CRANENBROECK, VINCENT LIU ADVANCES in GNSS-RTK for Structural Monitoring in Regions of High Ionospheric Activity. Facing the Challenges – Building the Capacity Sydney, Australia, 11-16 April 2010.
2. HEO, Y., YAN, T., LIM, S., & RIZOS, C. (2009), International standard GNSS real-time data formats and protocols, IGNSS Symp. 2009, Gold Coast, Australia, 1-3 December, CD-ROM procs.
3. GSA: GNSS Market Report Issue 2, 2012.
4. JANSSEN, V., & RIZOS, C. (2003), Processing mixed-mode GPS network processing approach for deformation monitoring applications, Survey Review, 37(287), 2-19.
5. GSA Market Development Project Office Press Release, September 2011, GSA
