Вы здесь: Главная Материалы Инфраструктура Статьи Преимущества использования сетей виртуальных базовых станций

Преимущества использования сетей виртуальных базовых станций

В современном, быстро развивающемся геодезическом мире, одной из наиболее востребованных технологий является - определение пространственных координат объектов земной поверхности в режиме реального времени (RTK - Кинематика в реальном времени). В большинстве стран, помимо одиночных действующих станций ГЛОНАСС/GPS (ГНСС) используются такие сети, которые обеспечивают необходимыми данными пользователей, решающие задачи оперативного и высокоточного определения местоположения в режиме реального времени.

Однако, из-за влияния тропосферы и ионосферы при прохождении спутникового сигнала, в результатах измерений наблюдается наличие систематических погрешностей, поэтому для эффективности работы и получения необходимой точности приходится минимизировать расстояние между базовой станцией и приемником, что в свою очередь приводит к ограничению использования режима RTK.

Создание и использование собственной сети постоянно действующих базовых станций ГЛОНАСС/GPS является отличным решением для многих крупных компаний.

Создание и наличие собственной сети имеет ряд следующих преимуществ:

  • бригады, работающие в полях, могут выполнять различные виды высокоточных геодезических измерений при картографировании, инженерных изысканиях, обеспечении строительства и т. д. на всей территории ее действия;
  • число исполнителей в бригаде можно сократить до одного человека, что дает возможность увеличить количество полевых бригад в 2–3 раза. Следовательно, снижаются время и трудозатраты при выполнении полевых и камеральных работ.

В зависимости от объемов работ и численности компании, компания может определять инфраструктуру сети референцных станций ГНСС:

  • количество постоянно действующих базовых станций ГНСС;
  • конфигурацию сети;
  • средства связи, передачи, накопления и обработки спутниковых данных.

Если возникает необходимость увеличения района работ, то компания может расширить сеть за счет установки новых постоянно действующих базовых станций или объединения с базовыми станциями других компаний в единую сеть. Такое расширение позволит обеспечить оперативное выполнение измерений и увеличить перечень работ, включая создание сетей геодезического обоснования, выполнение топографических и кадастровых съемок, а также геодезического обеспечения строительства зданий, сооружений и протяженных трасс.

Чтобы обеспечить работу сети постоянно действующих базовых станций необходимо:

  • Создать центр управления.
  • Оснастить центр управления сервером с соответствующим программным обеспечением (рекомендуемое ПО- Trimble GPSNet или Trimble RTKNet).
  • Оснастить центр управления каналами связи.
  • Обеспечить беспрерывное подключение к internet для возможности передачи данных.

Помимо этого, целесообразно использование сетевого программного обеспечения WEBServer для осуществления контроля работы базовых станций сети при удаленном доступе.

Программное обеспечение Trimble GPSNet или Trimble RTKNet, позволяющее создавать современную инфраструктуру ГНСС, объединяет в единую сеть постоянно действующие базовые станции, расположенные на территории города, области или целого региона. Такое программное обеспечение предоставляет следующие возможность оператору сети:

  • дистанционное оперативное управление базовыми станциями;
  • контролировать количество принимаемых спутников ГНСС;
  • контролировать значения DOP;
  • контролировать эффект многолучевости и т. д.

Для каждой отдельной базовой станции индивидуально устанавливаются - величина маски возвышения, частота сбора данных, формат записываемых данных и другие необходимые для работы параметры.

Очень важно, что программное обеспечение Trimble GPSNet имеет возможность модернизации до уровня Trimble RTKNet, в связи с чем, перед пользователями открывается новая уникальная возможность – им предоставляется принципиально новый способ получения пространственных координат как в режиме реального времени (RTK), так и при постобработке — технология виртуальной базовой станции (Virtual Reference Station — VRS).

При использовании инфраструктуры виртуальных базовых станций VRS, программное обеспечение Trimble RTKNet обеспечивает полностью смоделированное сетевое решение, в которой учитываются погрешности ионосферы.

Технология VRS наилучшим образом подходит для выполнения работ на больших по площади территориях. Расстояния между базовыми станциями при применении технологии VRS могут достигать от 50 до 70 км.

Принцип действия Virtual Reference Station (рис.1) прост и заключается в следующем.

Рис.1 Принципиальная схема описания Virtual Reference Station.

Информация, поступающая со всех спутниковых приемников базовых станций, накапливается в центре управления. Там же формируется постоянно обновляющаяся база данных коррекций для локальных площадей (Regional Area Correction). В процессе инициализации подвижный спутниковый приемник ГНСС связывается с центром управления сетью и передает координаты своего приблизительного местоположения. Точность местонахождения составляет 10–15 м, т.е. "виртуальная базовая станция" расположена как бы на некотором расстоянии от передвижного приёмника (ровера) и принимает RTK поправки от неё.

Затем программным обеспечением Trimble RTKNet генерируется набор виртуальных измерений. Виртуальные измерения подобны тем, которые наблюдала бы реальная базовая станция, расположенная в месте нахождения подвижного приемника. Эти данные используются подвижным спутниковым приемником так, будто они получены от реально существующей базовой станции. При использовании виртуальных базовых станций в режиме RTK время работы в поле сокращается в 2–3 раза.

Технология VRS обеспечивает возможность применения RTK на значительных площадях покрытия при меньшем количестве инсталлированных базовых станциях.

В режиме статики (постобработки), при вычислении пространственных координат в камеральных условиях, измерения на местности подвижным спутниковым приемником проводятся без дополнительного оборудования (радио или сотовых модемов). Во время сеанса наблюдений, пользователю необходимо получить минимальное количество информации, а продолжительность сеанса наблюдений не зависит от местоположения подвижного приемника до ближайшей базовой станции. После того, как завершены полевые работы, данные передаются на компьютер.

С помощью программного обеспечения Trimble RTKNet создается виртуальная базовая станция. Тем самым обеспечивается возможность достижения заданной точности, не зависящей от продолжительности времени измерений в полевых условиях и от расстояния до ближайшей станции сети.

На базовые станции существенное влияние оказывает окружающая среда. Внешние условия могут оказать значительное влияние на точность сетевых поправок. Оператору сети оперативно поступает информация обо всех, происходящих в сети изменениях и о том, как эти изменения могут повлиять на качество данных. Так, на устойчивость и на физическое положение антенны базовой станции могут влиять просадки, тектонические движения, сезонные течения в подземных водоносных слоях, бурение и другие горные работы и даже погода. Даже незначительные погрешности могут привести к серьезным проблемам в настройке сети. Тектонические движения могут оказать внезапное смещение на обширной площади. При землетрясениях может измениться положение нескольких или даже всех станций в сети. Регулярные проверки пространственного положения базовых станций сети, позволяют изучить не только динамику движения земной коры, но и более точно понять циклическую природу смещений для того, чтобы правильно реагировать на них. В случае значительных смещений оператору необходимо оценить динамические процессы и оперативно принять правильное решение.

Для этих целей в программном обеспечении Trimble RTKNet внедрен полный набор средств для мониторинга и анализа как в режиме реального времени, так и при постобработке. Данное программное обеспечение имеет возможность отображать информацию о пользователях, подключенных к системе. Оператор может видеть местоположение пользователей, количество принимаемых спутников, точность текущего полевого решения.

Следует отметить, для получения в автоматическом режиме дифференциальных поправок подвижные спутниковые приемники при работе в режиме реального времени должны иметь надежные средства соединения с сервером сети, например, GSM или GPRS каналы связи. Программное обеспечение Trimble RTKNet обеспечивает подвижные приемники ГНСС дифференциальными поправками от ближайших базовых станций, а при постобработке — удобным доступом к данным любой базовой станции через FTP или Интернет. При этом точность и надежность измерений увеличивается по сравнению с традиционными методами съемки в режиме RTK, а время, необходимое для инициализации, значительно уменьшается. При измерениях подвижный приемник ГНСС может работать и в обычном режиме (от одной базовой станции), используя стандартное программное обеспечение.

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы о преимуществах использования виртуальных базовых сетей - Virtual Reference Station:

  • значительное сокращение времени измерений;
  • возможность применения RTK на значительных площадях покрытия при меньшем количестве инсталлированных базовых станциях;
  • оперативное определение координат базовых станций в единой системе координат;
  • обеспечение постоянного контроля целостности системы базовых станций и данных, передаваемых на подвижные приемники ГНСС пользователей сети;
  • доставка поправок пользователям осуществляется не по радиоканалу, а по каналам сотовой связи, что снимает ограничения, накладываемые радиовидимостью.

К плюсам использования данной технологии можно отнести еще и следующие моменты:

  • геодезист имеет возможность работать без установки собственных базовых станций и на значительном удалении от базовой станции сети, получая при этом сантиметровую точность;
  • пользователь застрахован от возможных ошибок при установке и сбоев в работе системы, т.к. программное обеспечение автоматически создает индивидуальную виртуальную базовую станцию для каждого полевого приемника в непосредственной близости от него;
  • качество и надежность полевых данных, получаемых с помощью технологии VRS, по сравнению с традиционной RTK-съемкой, повышается на 30-40%.

Виртуальные базовые станции успешно применяются для решения многих гражданских и военных прикладных задач, в различных отраслях сельского хозяйства, при проведении съемок и мониторинге автомобильных, железных дорог, при межевании земель. Виртуальные базовые сети незаменимы в нефтегазовой отрасли, т.к. большинство технологических объектов предприятий данной отрасли имеют пространственное распределение.

Одной из важнейших военных задач является определение координат подвижного объекта, что легко осуществляется относительно координат базовой станции при применении системы RTK (кинематика в реальном времени).

Можно отметить следующие перспективные направления применения виртуальных базовых сетей:

  • развитие опорных геодезических сетей всех уровней - от глобальных до съемочных, а также проведение нивелирных работ в целях геодезического обеспечения деятельности предприятий;
  • обеспечение добычи полезных ископаемых;
  • геодезическое обеспечение строительства, прокладки и мониторинг нефтяных, газовых и иных трубопроводов, кабелей, путепроводов, ЛЭП и др. инженерно-прикладных работ;
  • землеустроительные, кадастровые работы;
  • спасательно-предупредительные работы;
  • геодезическое обеспечение при бедствиях и катастрофах.
  • экологические исследования: оценка площадей нефтяных пятен и определение направления их движения координатная, привязка разливов нефти;
  • съемка и картографирование всех видов – топографическая, специальная, тематическая.