Использование сервиса EGNOS

Е.В. Погореленко («Земус плюс», Волоколамск)

Сервис широкозонных систем спутниковой дифференциальной навигации (см. Геопрофи. — 2005. — № 3. — С. 12–14. — Прим. ред.), таких как WAAS и EGNOS, в силу ряда причин пока малоизвестен геодезистам, маркшейдерам, землеустроителям и топографам, выполняющим работы с помощью спутниковых геодезических приемников. Рекомендации, изложенные в данной статье, основаны на практическом опыте использования сервиса при проведении полевых работ в 2003–2006 гг. на территории Ивановской, Владимирской и ряда других областей.

Использование этого сервиса при полевых топографогеодезических работах позволяет значительно сократить затраты времени. При этом спутниковые измерения выполняются в режиме реального времени. Роль базовой станции, передающей дифференциальные поправки на подвижный приемник, исполняют геостационарные спутники, а координаты определяются в кинематическом режиме.Отпадает необходимость выпол нять окончательную обработку результатов спутниковых на блюдений в камеральных условиях с целью получения пространственных координат геоде зических пунктов. Координаты измеряемых точек вычисляются в приемнике во время сеанса наблюдений и по окончании измерений без проблем экспортируются из накопителя спутникового приемника в компьютер, для последующего использования.

Сервис WAAS (Wide Area Augmentation System) был разработан по заказу Федеральной службы авиации США и предназначен для обеспечения навигации и работы автоматизированных систем посадки в гражданской авиации. Он позволяет повысить точность определения пространственных координат, целостность и доступность основных сигнало в глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) NAVSTAR (GPS) на территории континентальной части США, побережья Канады и Мексики. Сервис WAAS включает два спутника, находящиеся на геостационарных орбитах. По правки, вычисленные наземными станциями, направляются на эти спутники и передаются ими на частоте L1. Поправки могут приниматься спутниковыми приемниками, аналогично сигналу GPS.

В 1993 г. был разработан сервис EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services), направленный на улучшение работы ГНСС GPS на территории Европы. Этот сервис также имеет два спутника: AORE (Atlantic Ocean Region — East) и IOR (Indian Ocean Region). Они полностью повторяют работу спутников WAAS, только сигналы поправок передаются для территории Европы. Этот сервис поддерживают некоторые спутниковые геодезические приемники, например, Trimble R3 и GeoExplorer CE XT производства Trimble Navigation (США) и др.

Перед началом работ с использованием сервиса EGNOS необходимо ознакомиться с положением его спутников на небесной сфере. На рис. 1 показано положение спутников EGNOS для точки наблюдения в районе Санкт - Петербурга со следующими координатами на небесной сфере: широта 59059’ и долгота 29042’. Возвышение спутников над горизонтом для этой точки наблюдений для спутника AORE составляет 220, для спутника IOR — 170. Для точки наблюдения в районе Волоколамска с широтой 56002’ и долготой 35051’ возвышение над горизонтом для спутника AORE составляет 240, для спутника IOR — 220. Местоположение спутников с течением времени не меняется.

  Рис.1 Положение спутников AORE и IOR на небесной сфере для района Санкт - Петербурга  

С местоположением спутников EGNOS необходимо ознакомиться, для прогнозирования возможной потери сигнала спутника в процессе съемки из - за закрытия его искусственными или естественными препятствиями.

С помощью утилиты Planning рассчитывается значение коэффициента потери точности DOP, на основании которого выбирается благоприятный временной интервал спутниковых определений, когда можно одновременно наблюдать не менее четырех спутников GPS. При значении DOP больше шести не рекомендуется проводить измерения, так как могут быть получены некачественные (ошибочные) данные. На рис. 2 представлен график значений факторов DOP на 9 декабря 2006 г. для района СанктПетербурга, откуда видно, что измерения не рекомендуется проводить в 8 и 17 часов (DOP равен 8). Причем в 17 часов выполнить качественные спутниковые измерения будет невозможно.

Топографо - геодезические работы еще часто выполняются на основе систем координат, использующих эллипсоид Крассовского (СК–42, СК–63). Поэтому перед началом работ необходимо в программное обеспечение спутникового приемника ввести параметры координатных преобразований из системы WGS–84 в СК–42(СК–63). Согласно пункту 4.2 [1], преобразование координат из системы WGS–84 в координаты референцных систем, принятых в РФ, должно осуществляться последовательным преобразованием координат первоначально в систему ПЗ–90, а затем в координаты референцной системы.

Однако последовательные преобразования не могут быть реализованы в таких программах обработки спутниковых наблюдений, как, например, Trimble Digital Fieldbook или TerraSync. Опираясь на опыт выполнения работ в европейской части России, рекомендуем использовать следующие значения параметров координатных преобразований из WGS–84 в СК–42 (или СК–63):
— DX = +26,600 м;
DY = –134,800 м;
DZ = –77,300 м;
-- RX = –0,17000”;
RY= –0,39000”;
RZ= –0,83000”;
— коэффициент масштабного перехода (ppm) –0,06.

Эти параметры координатных преобразований из WGS–84 в СК–42 (СК–63) не противоречат, а только подтверждают положения, изложенные в [2]. Необходимо добавить, что приведенные выше параметры координатных преобразований применимы и в программах обработки результатов спутниковых измерений, таких как Trimble Geomatics Office, GPS Pathfinder Office, Ashtech Solutions, и в программах для постобработки спутниковых определений.

Кроме того, в программное обеспечение приемника необходимо ввести параметры координатной зоны: значение осевого меридиана зоны, величину сдвига условного Y (для СК–42 — –500 000,000 м), величину сдвига условного X (для СК–42 — 0,000 м). Номер зоны не вводится, и координаты отображаются без значения номера координатной зоны. Аналогично выполняется ввод значений параметров координатной зоны для СК–63.

Таким образом, при условии введения поправок в числовые значения параметров коорди натной зоны, точность определения координат на точках будет порядка +3 м. Эта поправка представляет собой сдвиг на некоторую величину условного ноля координатной зоны по осям Y и X. Корректировка параметров координатной зоны выполняется на пункте ГГС или точке с известными значениями координат. Необходимость выполнения процедуры корректировки обусловлена рядом факторов, на которых мы не будем останавливаться.

Величина сдвига определяется как разница между результатами измерений пространственных координат с приемом поправок EGNOS на пункте ГГС или точке с известными координатами и его (ее) известными значениями. Величина сдвига подсчитывается как обычная невязка в геодезии: «то, что есть, минус то, что должно быть». Обычно величина этой поправки не превышает +5 м и носит локальный характер для определенного района работ. Поэтому и применять поправку необходимо только для района, где она определялась. Размер района равен площади круга, радиусом около 80 км, вокруг пункта ГГС или точки, на которых выполнялась корректировка.

После этого можно приступать к полевым работам. Как уже отмечалось, измерения пространственных координат точек выполняются в кинематическом режиме определения местоположения. Перед инициализацией в приемнике необходимо включить опцию приема (регистрации) поправок EGNOS. Применять можно один из следующих вариантов кинематического режима измерений: «стой - иди» («stop&go» positioning survey) или непрерывной кинематики (continuous kinematic).

Вариант кинематического режима измерений «стой - иди» предусматривает кратковременную, для фиксирования всего нескольких эпох, остановку на измеряемой точке. Однако этот вариант требует, чтобы при перемещении от одной точки к другой сохранялась постоянная и непрерывная связь не менее, чем с четырьмя спутниками. В противном случае, при прерывании связи со спутниками, на этой точке необходимо оставаться до полного разрешения неоднозначности, или, как еще принято говорить,«выполнить переинициализацию приемника». На некоторых спутниковых приемниках, например GeoExplorer CE XT, инициализацию и переинициализацию можно выполнять в движении. Время, необходимое для проведения инициализации, зависит от технических характеристик конкретного типа приемника. У приемника GeoExplorer CE XT это время обычно составляет 12 мин, а у приемников Trimble R3 и Ashtech ProMark 2 — от 20 до 30 (а иногда и более) мин. При применении режима «стой - иди» на измеряемой точке фиксируются 3–4 записываемые эпохи, продолжительность каждой из них составляет 1 с.

Вариант непрерывной кинематики предусматривает выполнение спутниковых определений, при которых для приема сигналов не требуется останавливаться. Сигналы записываются в память приемника с заданным по времени интервалом. Интервал записи определяют в зависимости от скорости передвижения при выполнении измерений. Вариант непрерывной кинематики обычно применяется при топографической съемке местности.

Преимуществами использования сервиса EGNOS являются:
— возможность выполнения работ с помощью одного приемника без привлечения второго(базового) приемника;
— обработка результатов из мерений в поле во время проведения измерений;
— простота применения сервиса в работе;
— соответствие полученных результатов требованиям, предъявляемым к точности определения координат объектовместности при топографических съемках масштаба 1:25 000 и мельче.

Описанный способ применения сервиса EGNOS хорошо зарекомендовал себя в работах по отысканию центров пунктов ГГС приотсутствии знака и внешнего оформления (окопки), пунктов опорной межевой сети, а также при выполнении небольших по объему съемочных работ.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 51794 - 01. Аппаратура радионавигационная глобальной навигационной спутниковой системы и глобальной системы позиционирования. Системы координат.Методы преобразования определяемых точек.

2. ГКИНП (ГНТА) - 06- 278–04. Руководство пользователя по выполнению 1995 г. (СК–95). — М.: ЦНИИГАиК, 2004.

Материалы предоставлены журналом "Геопрофи" http://www.geoprofi.ru/geoprofi