Время прочтения: 3 минуты
Допустим, что вам необходимо определить границы земельного участка. Выяснить точные координаты будет тяжело, если вы используете обычный GPS-приемник и вам позарез нужны точные данные, чтобы соседи не ругались после строительства из-за нескольких метров участка, которые вы определили неправильно. Для избежания таких ошибок специалисты, которые проводят геодезические работы, используют дифференциальную коррекцию для повышения качества данных о местоположении, собранных с помощью глобальных навигационных спутниковых систем.
Как в геодезии используется дифференциальная коррекция глобальных навигационных спутниковых систем (СДК ГНСС), можно прочитать в этой статье. А геологи используют СДК ГНСС при наземном и воздушном лазерном сканировании для определения темпов геоморфологических процессов. Подробнее об этом можно прочитать в статье Кедич и др., 2022
Принцип работы навигационных спутниковых систем
Прежде тем, как приступить к теме, что такое СДК ГНСС, разберем, как работает навигационная спутниковая система на примере GPS.
GPS включает в себя три сегмента: космический, контрольный и пользовательский. Космический сегмент состоит из спутников, которые содержат несколько высокоточных часов и постоянно передают радиосигналы, используя уникальный идентификационный код. Контрольный сегмент состоит из одной главной станции управления, пяти станций мониторинга и наземных антенн. Станции мониторинга отслеживают каждый спутник и передают эти данные на главную станцию управления, которая рассчитывает любые изменения в положении и времени каждого спутника. Эти изменения отправляются на наземные антенны и ежедневно передаются на каждый спутник, что гарантирует, что спутники поставляют точную информацию о своей орбитальной траектории. Пользовательский сегмент принимает сигналы, передаваемые со спутников, с помощью GPS-приемников, а приемники используют эти сигналы для определения местоположения спутников. С помощью этих данных и информации внутри приемника он может рассчитать свое собственное положение на Земле.
Схема работы GPS. Источник: https://www.onelap.in/blog/how-gps-works/
До 2000 года пользователям приходилось сталкиваться с проблемой выборочной доступности (SA). Министерство обороны США намеренно вносило случайные временные ошибки в спутниковые сигналы, чтобы ограничить эффективность GPS, и эти временные ошибки могли повлиять на точность показаний до 100 метров. При устранении SA один приемник GPS любого производителя может достичь точности приблизительно 10 метров. Но даже при этом большей точности не добиться. Для достижения более точных местоположений требуется дифференциальная коррекция данных.
СДК ГНСС (в английской литературе встречается как Differential Global Positioning System (DGPS)) берет информацию от спутников, к примеру, GPS, и добавляет дополнительную точность от наземных опорных станций. Таким образом, вместо обычной точности 15-10 метров, с помощью DGPS можно получить точность от 10 м до нескольких сантиметров.
Как работает DGPS
DGPS состоит из базовой станции, которая должна быть установлена в точно известном месте и передвижного приемника (ровер). Базовая станция является GPS-приемником, расположенным в фиксированном месте. Ее задачи: отслеживать все спутники в поле зрения и измерение их псевдодальности; генерировать список поправок, необходимых для того, чтобы сделать измеренные значения псевдодальностей точными для всех видимых спутников; передать информацию о поправках на передвижной приемник. Ровер определяет местоположение пользователя по мере передвижения, как и основной GPS-приемник. Однако ровер отличается тем, что имеет радиоприемник для получения дифференциальных поправок от базовой станции, а также дополнительное программное обеспечение для объединения этих поправок с вычисленными псевдодальностями ровера.
Принцип работы DGPS. Источник: Vourgidis et al., 2020
При сборе данных линия видимости на спутники может быть заблокирована или спутник может находиться так низко на горизонте, что дает только слабый сигнал, что вызывает скачки данных. Для того, чтобы избежать ошибок применяется повторная обработка. Она может проходить в реальном времени или же в постобработке.
RTK – передача поправок в реальном времени. Базовая станция рассчитывает и передает поправки для каждого спутника по мере получения данных. Поправка принимается передвижным приемником через радиосигнал, если источник наземный, или через спутниковый сигнал, если он спутниковый, и передает дальше к вычисляемому положению. В результате положение, отображаемое и записываемое в файл данных передвижного GPS-приемника, является положением с дифференциальной поправкой.
Постобработка происходит следующим образом: файлы с базовой станции и ровера передаются в программное обеспечение для офисной обработки, которая вычисляет скорректированные позиции для файла ровера. Полученный скорректированный файл можно экспортировать и просмотреть в ГИС. Для постобработки используется отдельный компьютер и специальное программное обеспечение для вычисления местоположения.
Хотя оба метода повторной обработки основаны на одних и тех же принципах, специалисты советуют использовать и тот и другой одновременно, так как это обеспечит высокую точность и избежание ошибок.
На сегодняшний день во многих странах есть своя система дифференциальной коррекции, которая используется космическими агентствами или министерствами, отвечающими за земли, инфраструктуру, транспорт и туризм (США – WAAS, Европа – EGNOS, Россия – СДКМ, Китай – SNAS, Япония – MSAS, Индия – GAGAN). Для частных компаний существуют коммерческие сервисы (TerraStar, OmniSTAR, Leica SmartLink и т.д).
Источники:
- Vourgidis I. et al. Use of smartphones for ensuring vulnerable road user safety through path prediction and early warning: An in-depth review of capabilities, limitations and their applications in cooperative intelligent transport systems //Sensors. – 2020. – Т. 20. – №. 4. – С. 997.
- What is DGPS? - DGPS Full Form - GPS vs DGPS - GISRSStudy
- What is Differential GPS (DGPS)?
- https://npcas.ru/wiki/differentsialnyy-rezhim-gps.html
- Лисовский А. С., Чернигова Д. Р. Порядок проведения геодезических работ при выносе границ земельного участка с помощью спутникового оборудования //Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК. – 2022. – С. 202-209.
- Кедич А. И., Голосов В. Н., Харченко С. В. экзогенные процессы в прогляциальных зонах гор: количественные оценки и их точность //Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. – 2022. – Т. 164. – №. 1. – С. 109-134.
Материал подготовила Алия Кутуева