Локальное применение для межевых сетей

Типичным применением GPS в локальных целях являются топографическая съемка местности и кадастровая съемка. Некоторые геодезисты используют GPS для приведения всех проектов съемки в одну систему относимости. После определения координат центрального пункта один приемник остается здесь и включается лишь тогда, когда бригады ведут полевые съемки. Каждая бригада имеет один-два приемника и помещает их в пункты локальной наблюдаемой сети. Например, топографическая съемка местности и определение границ требуют создания многих постоянных и временных пунктов, соединенных с помощью измерений классическими методами. Два GPS приемника, помещенные в двух далеко разнесенных пунктах, могли бы накапливать данные в то же время, когда выполняется съемка классическими методами. По завершении съемки были бы определены координаты всех пунктов локальной сети, а также все азимуты в сети были бы точно привязаны к направлению на истинный север.

Использование GPS для целей кадастра

Поскольку основной целью выполнения кадастрового картографирования является определение координат поворотных точек границ земельных участков, GPS-метод находит широкое применение в кадастровых приложениях. Однако, наряду с рядом преимуществ (отсутствие необходимости прямой видимости между пунктами измерений, возможность работы в любых метеорологических условиях, высокая точность определения координат точек местности), GPS-методам присущи недостатки: чувствительность к наличию препятствий в непосредственной близости от антенны приемника, невозможность установки антенны в некоторые координируемые точки (угол здания на уровне цоколя или фундамента), чувствительность к внешним электромагнитным полям и т. д. Поэтому в практике кадастровых работ в чистом виде GPS-технология редко используется. Можно выделить классы кадастровых задач, где применяются GPSприемники:

сгущение геодезической сети на картографируемой территории (статика);

создание и восстановление пунктов ГГС (статика);

привязка локальной координатной системы к глобальным системам координат (статика);

съемка границ земельных участков и других объектов на местности (статика и кинематика);

применение GPSметодов в фотограмметрических технологиях.

Спутниковая система межевания земель Название «Спутниковая система межевания земель» (ССМЗ), прежде всего, отражает технологию координатных определений. С этой точки зрения основным назначением Системы является определение на местности и отображение на кадастровых картах (планах) границ земельных участков, обеспечение информацией автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственный учет объектов недвижимости. С помощью ССМЗ предполагается уточнить границы существующих и установить границы новых земельных участков и объектов недвижимого имущества, определить их размер (площадь) и закрепить границы в натуре (на местности).

Полученные сведения о местоположении и размере земельных участков, отображенные на кадастровых картах (планах), составят основу информационного обеспечения государственного земельного кадастра, мониторинга земель и землеустройства. Они позволят сформировать Единый государственный реестр земель, выполнить регистрацию прав на земельные участки и прочно связанные с ними объекты недвижимого имущества и сделок с ним, обоснованно и в полном объеме начислять земельный налог и арендную плату за землю, осуществлять земельный контроль, выполнять иные функции государственного управления земельными ресурсами.

Конкретными задачами ССМЗ являются определение координат пунктов опорных межевых сетей, поворотных точек границ земельных участков, объектов недвижимости, центров фотографирования снимков при аэрофотосъемке, инвентаризация земель, создание кадастровых карт (планов). Система находит применение во множестве других сфер научной и хозяйственной деятельности государства. К ним можно отнести:

создание исходной геодезической основы — определение координат пунктов геодезических сетей различных классов и назначений;

проектные и изыскательские работы, исполнительная съемка;

строительство гражданских и промышленных объектов, дорог, трубопроводов;

высокоточное позиционирование при складских и сельскохозяйственных работах;

навигация на транспорте;

коммунальное хозяйство.

В ее основе лежат самые современные спутниковые технологии позиционирования (определения координат) с высокой точностью. ССМЗ — это сеть постоянно действующих базовых станций, называемых референцными, которые образуют жесткий геодезический каркас с миллиметровой точностью взаимного положения. Референцные станции принимают измерительную информацию со спутников космических навигационных систем. Далее эта информация по каналам связи передается в вычислительный центр, который определяет корректирующие данные и передает их пользователям.

Пользователь на определяемом объекте выполняет спутниковые измерения с помощью переносимого приемника. Из совместной обработки измерений этого приемника и корректирующих данных пользователь вычисляет координаты точек объекта с ошибкой 1−2 см. При этом реализуются два режима: режим реального времени и постобработки.

В режиме реального времени координаты объектов пользователь получает непосредственно в спутниковом приемнике с ежесекундным обновлением. В режиме постобработки (POST) координаты объектов вычисляются в камеральных условиях.

В ССМЗ может быть применено так называемое многостанционное «сетевое решение». В этом случае пользователю для определения координат объекта нужен только один приемник. Роль опоры здесь выполняет сеть референцных станций.

Спутниковый метод, как и другие прогрессивные технологии, имеет ряд существенных преимуществ. Пользователю важен конечный результат: выполнение его запросов, простота в обращении с аппаратно-программными средствами и их приемлемая стоимость. Спутниковые технологии обладают этими качествами, в связи, с чем и заняли лидирующее положение в технологиях координатных определений. Поскольку измерительная информация, передаваемая со спутников, для всех пользователей является стандартной, это позволяет унифицировать аппаратно-программные средства пользователя. И только на конечном отрезке вычислительного процесса стандартная информация преобразуется в ряд параметров, необходимых конкретному пользователю. Исходя из этого, для пользователей Системы обеспечиваются единая точность координатных определений и унифицированная система координат.

Любая система спутникового позиционирования состоит из следующих элементов: космические навигационные системы, референцные станции, вычислительный центр, каналы связи, пользователи.

В качестве основного измерительного средства используются космические навигационные системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия). При этом в настоящее время как основная применяется первая система, а ГЛОНАСС, вследствие неполного развертывания, как вспомогательная. Спутники этих систем излучают в пространство стандартный радиосигнал, который приемник пользователя воспринимает как задержку (кодовые измерения) или сдвиг фазы (фазовые измерения), или иную (служебную) информацию в строго оговоренных (стандартных) форматах.

Референцные станции осуществляют круглосуточный прием информации с космических навигационных систем и передают ее в вычислительный центр. Референцные станции должны равномерно «покрывать» обслуживаемый район. Экспериментально установлено, что для быстрого определения координат (в режиме RT) со средними квадратическими ошибками порядка 1 см, расстояние между Референцными станциями не должно превышать 50−70 км. Для вычисления координат с некоторой задержкой (в режиме POST) это расстояние может быть увеличено до 200 км.

Для приема информации с навигационных спутников к установке антенны спутникового приемника на референцные станции предъявляются следующие требования:

наличие свободного от препятствий горизонта при угле возвышения более 15″ ,.

отсутствие электромагнитных помех и мощных источников излучения (электролиний высокого напряжения, излучающих антенн радиостанций и т. д.), искажающих принимаемые с космических навигационных систем сигналы;

наличие жесткого основания (камень, бетон, кирпич), на котором крепится антенна, гарантирующего ее геометрическую неподвижность во времени под воздействием внешних факторов;

минимальное (в соответствии с требованиями) расстояние между антенной и приемником, исключающее установку дополнительной аппаратуры для усиления сигнала;

наличие стабильного электропитания, гарантирующего круглосуточную работу аппаратуры;

защита от несанкционированного доступа к антенне и спутниковому приемнику.

Одним из важнейших требований к расположению референцной станции является наличие высокоскоростного и надежного канала связи с вычислительным центром. Этот вопрос имеет двоякое решение. Во-первых, можно организовать свою сеть, самостоятельно эксплуатировать ее и гарантировать надежность функционирования Системы. Однако на это нужны большие капитальные вложения, которых зачастую нет. Можно воспользоваться существующими связными каналами, арендовать их и платить за аренду и трафик. При аренде существующих каналов связи для ССМЗ наиболее подходят компании сотовой связи, которые обладают как высокоскоростными каналами (волоконно-оптическими и радиорелейными), так и развитой сетью GSM-связи, которой можно воспользоваться для организации обмена данными с пользователями при работе в режиме RT. При этом для удобства финансовых расчетов желательно, чтобы организацию связи и предоставление услуг выполняла одна компания без дополнительных посредников. Следует отметить, что бурно развивающиеся в последнее время сотовые системы связи оснащены современным и надежным оборудованием. Целью их деятельности является обеспечение сотовой связью как можно больше регионов России. Базовые станции связи, на которых можно разместить референцные станции, располагаются через каждые 7−10 км. В первую очередь они устанавливаются вдоль транспортных магистралей и обеспечивают селитебные ареалы городов и населенных пунктов, а далее распространяются вглубь территорий. Такая стратегия вполне соответствует и перспективным планам развития ССМЗ, поэтому при проектировании связи для ССМЗ целесообразно опираться именно на компании сотовой связи.

PC можно расположить в удобном месте, удовлетворяющем требованиям установки антенны. Референцная станция может быть установлена непосредственно на узле связи одной из компаний-операторов, имеющей разветвленную коммуникационную сеть, «покрывающую» данный регион. При этом решается еще одна проблема — размещение спутникового приемника вместе со связной аппаратурой в отапливаемом помещении, защищенном от атмосферных воздействий и пригодном для комфортного обслуживания. Как правило, на таких станциях имеется надежная система резервирования электропитания для связной аппаратуры, которой можно воспользоваться.

Как исключение возможен вариант размещения приемника вне помещения в климатическом контейнере, автоматически поддерживающем работу аппаратуры в нужном температурном диапазоне, однако в этом случае возникают проблемы электропитания, обслуживания и охраны дорогостоящего оборудования.

Референцные станции оборудуются спутниковыми приемниками и связной аппаратурой. В некоторых случаях для архивирования принятой со спутников информации на станцию дополнительно устанавливают персональный компьютер.

Вычислительный центр выполняет сбор, математическую обработку и архивирование информации, поступающей с референцной станции и от потребителей, осуществляет мониторинг референцной станции, отслеживает аварийные ситуации (отказ аппаратуры, отключение электропитания, недопустимые колебания температурного режима и т. д.) и управляет работой.

Одной из функций вычислительного центра является контроль состояния сети и Системы в целом, для чего необходимо регулярно выполнять сетевое решение, где определяемыми параметрами являются координаты фазовых центров антенн приемников PC. Но это не обязательно делать в режиме RT.

В состав вычислительного центра входят аппаратно-программные средства, обеспечивающие:

связь с референцной станцией;

сетевое решение задачи в режиме RT и расчет корректирующих данных;

мобильную связь с пользователями в режиме RT;

связь с пользователями для обмена данными;

постобработку измерительной информации пользователей.

Небольшие сети (до 15 PC) могут обслуживаться двумя компьютерами: один обеспечивает прием информации и решение задачи в режиме RT, а другой — постобработку. Для сетей большего объема задачи распределяются между несколькими компьютерами. Например, один из них задействуется для приема информации с PC, другой — для решения сетевой задачи, третий — для архивирования поступающих данных, четвертый — для связи с пользователями в режиме RT и т. д. Желательно иметь отдельные компьютеры для постобработки и для связи с пользователями через Интернет. Построение вычислительной системы можно варьировать в зависимости от мощности имеющихся вычислительных средств, объема поступающей информации, требований надежности.

Каналы связи осуществляют обмен информацией между ВЦ, PC и потребителями. В качестве каналов связи в Системе при передаче данных с PC в ВЦ используются радиорелейные и волоконно-оптические линии связи, для обмена данными ВЦ с потребителями — радиосвязь GSM и телефонные (проводные) линии связи. Пользователи Системы:

государственные и частные предприятия, частные фирмы занимающиеся межеванием, осуществляющие земельно-кадастровую съемку;

государственные и частные предприятия, работающие в области геодезии, строительства, лесного и водного хозяйства, природопользования и т. д.

Пользователи определяют на местности координаты объектов с помощью спутниковых приемников и другого геодезического оборудования.

Совместное использование GPS-приемников и электронных тахеометров

Наибольшее распространение при кадастровом картографировании получило комплексное использование GPSприемников и электронных тахеометров. При этом производят синхронные GPSнаблюдения на нескольких пунктах с известными координатами (опорных пунктах) и на определяемых пунктах. Причем эти пункты могут как совпадать, так и не совпадать с поворотными точками границ земельных участков. В последнем случае пункты играют роль связующих, т. е. они обеспечивают привязку измерений координат границ земельного участка, полученных с помощью электронных тахеометров, в выбранной системе координат. Тахеометрические измерения выполняются полярным методом со съемочных станций, координаты которых, в свою очередь, определяются методом свободной станции.