Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

Indholdet af artiklen



Processen med at observere de f√łrste kunstige satellitter p√• Jorden afsl√łrede et interessant m√łnster – satellitens rumlige position kan til enhver tid beregnes med god n√łjagtighed. Denne videnskabelige kendsgerning skubbede forskere til en virkelig revolutionerende opdagelse – til at bruge satellitter placeret hundreder af kilometer fra Jorden til at bestemme den geografiske placering af jordobjekter.

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

Fra de foreg√•ende artikler i vores cyklus “Applied Geodesy” l√¶rte vi, at for at bestemme koordinaterne for et ukendt punkt, har vi brug for to punkter med kendte koordinater, som er stift fastgjort p√• jorden (punkterne i State Geodetic Network). Nogle gange var de langt fra emnet, hvilket tvang kunstnerne til at l√¶gge teodolitpassager, ofte flere kilometer. Nu er satellitter, der konstant bev√¶ger sig i rummet, blevet s√•danne “h√•rde” punkter, i forhold til hvilke koordinaterne for objekter p√• jorden bestemmes.

GPS

GPS (Global Positioning System – Global Positioning System) er en samling radioelektroniske midler, der beregner placeringen og hastigheden af ‚Äč‚Äčet objekt p√• jordoverfladen eller i atmosf√¶ren. Disse parametre bestemmes af en GPS-modtager, der modtager og behandler signaler fra satellitter. For at √łge m√•len√łjagtigheden inkluderer positioneringssystemet ogs√• jordkontrol og databehandlingscentre.

N√•r det kommer til GPS, menes vi ofte NAVSTAR-systemet, udviklet efter ordre fra det amerikanske forsvarsministerium. Generelt blev en masse innovative ting f√łrst “testet” af milit√¶ret og derefter “frigivet til masserne.” I mange √•r er udtrykket “GPS” blevet synonymt med satellitnavigering, ligesom neologismen “Xerox” i princippet betyder enhver kopimaskine og ikke kun produktionen af ‚Äč‚ÄčXEROX. I √łjeblikket udvikles eller lanceres kinesisk Beidou, europ√¶isk Galileo, indisk IRNSS, japansk QZSS og vores oprindelige GLONASS foruden NAVSTAR GPS..

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

Metoder til rummåling bruges til:

  • geodesi og kartografi
  • konstruktion
  • navigation
  • k√łret√łjsoverv√•gning
  • mobil kommunikation
  • redningsoperationer
  • overv√•gning af den tektoniske bev√¶gelse af jordens skorpeplader

og på mange andre områder af menneskelig aktivitet. Lad os overveje nogle af de vigtigste anvendelsesområder for rummålingssystemer mere detaljeret..

GNSS

Vi st√łder p√• enheder p√• dette navigationssystem p√• husholdningsniveau, under forkortelsen GNSS er skjult ”Global Navigation Satellites System” skjult. Princippet for driften af ‚Äč‚Äčet satellitnavigationssystem er at m√•le afstanden fra modtagerantennen til satellitter, hvis positioner er kendt med en tilstr√¶kkelig h√łj n√łjagtighed. Satellitpositionstabellen kaldes almanakken og transmitteres p√• tidspunktet for m√•lingernes start fra satellitten til modtageren. N√•r du kender afstanden mellem satellitterne og styres af almanakken, kan du s√•ledes bruge de enkleste geodetiske konstruktioner, som vi har overvejet i de foreg√•ende artikler i vores cyklus til at beregne objektets rumlige position.

Metoden til m√•ling af afstanden fra en satellit til en modtager er baseret p√• bestemmelse af transmissionshastigheden for radiob√łlger. For at muligg√łre m√•linger sender satellitterne pr√¶cise tidssignaler, synkroniseret igen med atom√¶re ure med h√łj pr√¶cision. Ved begyndelsen af ‚Äč‚Äčoperationen synkroniseres systemtidspunktet for modtageren med en satellit, og yderligere m√•linger er baseret p√• forskellen mellem tidspunktet for signalemission og tidspunktet for dens modtagelse. Baseret p√• disse data beregner navigationsenheden den geografiske antennes rumlige position, og objektets hastighed, kurs og andre parametre er derivater af modtagerens startposition. Som du sandsynligvis husker fra dit skolefysikforl√łb, er hastigheden p√• radiob√łlger lig med lysets hastighed, s√• du kan forestille dig, hvad den generelle n√łjagtighed af systemet, der bestemmer afstanden i millisekunder, er.

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner GNSS / GPS-antenne

Hvorfor f√•r vi i nogle tilf√¶lde en ret n√łjagtig placeringsv√¶rdi, og i nogle tilf√¶lde er v√¶rdien ikke helt korrekt? Ikke hver modtager har et atomur indbygget, derfor er det n√łdvendigt at modtage et signal samtidigt fra mindst tre satellitter for at synkronisere og bestemme positionen med acceptabel n√łjagtighed. Styrken af ‚Äč‚Äčdet modtagne signal p√•virkes af jordens gravitationsfelt, forhindringer i form af tr√¶er, huse, reflekterede (fantom) signaler, atmosf√¶risk interferens og en r√¶kke andre √•rsager. Da det er umuligt at placere h√łjeffekttransmittere p√• satellitten, f√•r du den mest n√łjagtige placering i √•bne rum med en klar horisont.

Nu, k√¶re l√¶ser med en smartphone med en indbygget GPS-modtager, skynder vi os at forstyrre – du kan ikke ans√łge om at √•bne et geodetisk firma. Dette skyldes, at lommemodtageren bruger en metode, der kaldes absolut til at beregne positionen. Med samtidig observation af 4 satellitter kan positioneringsn√łjagtigheden n√• 8 meter, dette er nok til navigationsm√•linger. Til geodesi anvendes en relativ m√•lemetode, hvor mindst to modtagere bruges. En af dem er indstillet til et punkt med kendte koordinater (den s√•kaldte “base”), og den anden bruges til at bestemme koordinaterne for ukendte punkter. N√•r 2 modtagere arbejder sammen, √łges m√•len√łjagtigheden 100 gange, og vi kan allerede f√• koordinater med centimetern√łjagtighed, hvilket er tilstr√¶kkeligt til geodetiske behov.

GPS til geodetiske værker

For at bruge rumobservationssystemer til udf√łrelse af topografisk arbejde anvendes der flere metoder, der adskiller sig i n√łjagtigheden af ‚Äč‚Äčde opn√•ede v√¶rdier og den tid, der bruges til at opn√• dem..

statik

For at bestemme koordinaterne for et ukendt punkt installeres en modtager p√• triangulerings- eller polygonometri-punktet (kendt punkt), og den anden modtager placeres p√• det punkt, hvis koordinater skal bestemmes. Derefter initialiseres enhederne synkront, fordi m√•linger f√łrst begynder, n√•r to modtagere t√¶ndes samtidig. Hvis et af enhederne arbejdede i en halv time og det andet i 15 minutter, bruges kun 15 minutters samarbejde til at f√• data. N√•r modtagerne har fundet satellitterne, begynder dataindsamling, som derefter behandles p√• en computer..

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

Det tager normalt 15-30 minutter fra at t√¶nde instrumentet til at starte arbejdet (f√• de korrekte v√¶rdier), afh√¶ngigt af de samtidig observerede satellitter. I de f√łrste 20-30 minutter giver “basen” d√¶kning med tilstr√¶kkelig m√•len√łjagtighed af den 5 kilometer lange zone, derefter udvides denne radius hvert 10. minut med henholdsvis 5 km og kender den omtrentlige afstand fra stationen til basepunktet. Du kan groft beregne den tid instrumentet st√•r for pr√¶cis positionering.

Som vi kan se p√• sk√¶rmbilledet til et af datatilpasningsprogrammerne, er den gr√łnne bj√¶lke basisdriftstiden, og de korte farvede s√łjler er den tid, som modtagerne bruger p√• stationen med ukendte koordinater. Ved hj√¶lp af specialiseret software kan du afvise forkerte m√•lev√¶rdier og √łge den samlede n√łjagtighed af de opn√•ede v√¶rdier.

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

Fordelen ved denne metode er m√•lingernes h√łje n√łjagtighed, minus er den tid, der bruges p√• at initialisere hvert punkt.

Kinematik

“Basen” er placeret p√• samme m√•de p√• et punkt med kendte koordinater, og den anden modtager kan efter initialisering registrere punkter i bev√¶gelse uden yderligere initialisering f√łr hver m√•ling. Hvis vi i den f√łrste metode antager to basispunkter, hvorfra den tacheometriske unders√łgelse vil blive gennemf√łrt, dvs. for arbejde har vi stadig brug for en totalstation, s√• i tilf√¶lde af kinematiske m√•linger er to modtagere nok, hvoraf den ene udf√łrer funktionen af ‚Äč‚Äčen totalstation, pointregistreringstiden er 1-2 minutter.

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

Denne metode er velegnet til kortl√¶gning af line√¶rt udvidede genstande som kraftledninger, kanaler, veje, olier√łrledninger osv. Fordelen ved denne metode er at spare tid, ulempen er, at det er √łnskeligt at udf√łre m√•linger i kort afstand fra basen, ca. 5‚Äď15 km. Hvis signalet fra satellitten pludselig forsvinder, skal initialiseringsproceduren gentages, s√• denne metode er ikke altid muligt at anvende i store byer, hvor h√łje bygninger og tr√¶er d√¶kker horisonten.

RTK GPS

Hvis de to f√łrste metoder giver os positionen som et punkt i det internationale koordinatsystem, som derefter skal konverteres til en regional metode, giver RTK-metoden (fra den engelske Real Time Kinematic – kinematik i realtid) os mulighed for at opn√• v√¶rdierne af den rumlige position af punkter i det koordinatsystem, der er vedtaget for vores omr√•de bruger kun en modtager. Nej, basispunktet eksisterer utvivlsomt, men i dette tilf√¶lde er basispunkterne faste p√• h√łje bygninger, og i samlet form danner et netv√¶rk svarende til et mobilt. B√•de modtageren og basestationerne udveksler information via Internettet, som giver dem mulighed for ikke kun at synkronisere med satellitter, men ogs√• med hinanden ved at omg√• k√¶den for genberegning og justering af koordinater i specialiseret software.

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

Som du kan forestille dig, er basestationer langt fra bygget af entusiaster, adgang til dem betales, men det kompenseres mere end antallet af brugte timer. Hvis teamet i tilf√¶lde af statiske m√•linger best√•r af mindst tre personer, hvoraf den ene bevogter “basen”, og de to andre udf√łrer unders√łgelser ved hj√¶lp af en totalstation, er kun en specialist tilstr√¶kkelig til RTK-m√•linger. Initialiseringen af ‚Äč‚Äčs√•danne enheder sker n√¶sten √łjeblikkeligt, efter f√• minutter er v√¶rkt√łjet klar til at indsamle data eller udf√łre den modsatte handling – for at udf√łre indsatsen af ‚Äč‚Äčunders√łgelsespunkter, der er beregnet p√• forh√•nd p√• en computer, hvilket f.eks. Er n√łdvendigt, n√•r man planl√¶gger en grund til konstruktion. Dette er fremtidens teknologi. Generelt, uanset hvor paradoksalt det lyder, vil den n√¶ste generation af landm√¶nd repr√¶senteres af IT-specialister, alderen p√• programmerbare regnemaskiner og Bradis-tabeller er uigenkaldeligt forsvundet.

GPS vs GLONASS

For at bestemme koordinaterne for NAVSTAR GPS og GLONASS bruges 21 aktive satellitter og tre reserve-satellitter, der roterer på cirkulære orbitalplan, og disse planer i GPS-systemet er tre gange mere end i GLONASS. Satelliterne er udstyret med solcellepaneler og flyver over 20 km over jordoverfladen. En sådan afstand fra planeten og antallet af satellitter giver mulighed for samtidig observation af mindst 4 satellitter næsten overalt i verden. Tid for en komplet revolution omkring Jorden Р12 kosmiske timer.

Anvendt geodesi. Det grundlæggende i kosmiske dimensioner

I GPS-systemet udsender alle satellitter et signal ved to identiske frekvenser, og hver enhed sender sin egen individuelle kode, der g√łr det muligt at identificere satellitterne. GLONASS har den samme kode for alle satellitter, transmissioner foreg√•r ogs√• i to b√•nd. Som du kan se, er systemernes parametre omtrent de samme, s√• hvem er bedre?

Hvis GPS giver tilstr√¶kkelig n√łjagtighed til bestemmelse af koordinater rundt om i verden, “GLONASS” sk√¶rpes “for russiske realiteter, hvilket teoretisk giver det mulighed for mere n√łjagtigt at bestemme den rumlige position af punkter p√• jorden i vores land. Det russiske positioneringssystem afh√¶nger ikke af stemningen hos “Onkel Sam”, der under milit√¶re konflikter bevidst s√¶nkede m√•len√łjagtigheden og delvist kodede signalet. Under alle omst√¶ndigheder er GPS og GLONASS ikke konkurrenter, men p√• en eller anden m√•de allierede, s√• det giver mening at k√łbe modtagere, der samtidig underst√łtter to systemer, n√łjagtighed vil kun drage fordel af dette..

Bed√łm denne artikel
( Ingen vurderinger endnu )
Tilf√łj kommentarer

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