Інститут гірництва і геології

Кафедра геоінформатики та геодезії

Спеціальність: «Землеустрій та кадастр»

Група: ЗК-09м

Тема магістерської роботы:

Науковий керівник:

Актуальність

В умовах реформування земельних відносин здійснюється значний перерозподіл земель. Земельні ділянки поєднуються, їх ділять, змінюється їх конфігурація. На тлі швидкого розвитку міст в Україні збільшуються їх площі, з'являються нові промислові об'єкти, споруди, транспортні магістралі тощо. Для вирішення задач земельного кадастру вказані вище зміни ситуації на місцевості повинні оперативно відображатися на картографічній основі. Для цього проводяться топографо-геодезичні та картографічні роботи.

ДДля проведення цих вишукувань необхідна надійна геодезична основа, побудова якої, як правило, пов'язана з модернізацією та великим обсягом геодезичних робот.

Традиційні методи побудови геодезичних мереж часто виявляються занадто дорогими и не завжди дозволяють отримати необхідну точність при вимірюваннях. Ця проблема може бути вирішена побудовою супутникових мереж.

Таким чином, на цей час для ефективного виконування кадастрових робот актуальним є дослідження та аналіз технології кадастрових робіт з використанням супутникових вимірів.

Мета і задачі роботи

Мета магістерської роботи - розробка технології виконання кадастрових робот з використанням супутникових вимірів. Згідно з метою в магістерській роботі вирішуються наступні задачі:

1) аналіз існуючих технологій геодезичного забезпечення державного земельного кадастру;

2) вивчення стану геодезичної мережі Донецької області;

3) розробка проекту мережі перманентних станцій супутникових спостережень на території Донецької області;

4) економічне обґрунтування проекту мережі перманентних станцій супутникових спостережень на території Донецької області.

Головна ідея магістерської роботи

Головна ідея магістерської роботи полягає в створенні на території Донецької області мережі постійно діючих референцних станцій. Результати вимірів, які будуть отримані на цих станціях, можна буде використовувати у якості даних звичайних базових приймачів. В такому разі користувачу для виконання вимірів буде необхідно мати лише один комплект супутникового обладнання, так званий роверний приймач. Дані базового приймача на дату, що його цікавить, можна буде отримати на сайті системи.

Метод досягнення мети

Мета роботи досягається методом моделювання і методом аналогії. В якості аналога при виконанні роботи була обрана мережа референцних GPS-станцій Харківської області.

Об'єкт та предмет дослідження

Об'єктом дослідження є мережа постійно діючих референцних станцій. Предмет дослідження - технологія створення мережі постійно діючих референцних станцій, методика виконання вимірів з використанням мережі постійно діючих референцних станцій.

Наукова новизна

На даний момент у Донецькій області немає аналогів подібної мережі, отже магістерська робота в межах області має наукову новизну. Результати магістерської роботи можуть бути використані в учбовому процесі.

Очікувані результати роботи

Очікуваним результатом виконання магістерської роботи є розроблений проект розміщення мережі постійно діючих референцних станцій на території Донецької області, а також методика виконання кадастрових робот з використанням мережі постійно діючих референцних станцій.

Практичне значення отриманих результатів

Результати виконання поданої роботи мають саме практичне значення, оскільки цей проект - не лише тільки теоретичні висновки, а проект, який може бути реалізовано на практиці.

Апробація роботи

Основні положення та результати роботи доповідались на науковій студентській конференції 2010 року.

Огляд досліджень та розробок за темою

Мережі референцних станцій супутникових спостережень на практицйі довели, що вони ефективно вирішують проблему створення геодезичного забезпечення для землевпорядних, інженерно-геодезичних та картографічних робіт. Саме тому такі мережі на даний момент існують у багатьох країнах Європи й інших других частин світу. Прикладами цієї технології можна вважати Супутникові системи точного позиціювання у Німеччині (SAPOS), Швейцарії (SWIPOS, AGNES), Швеції (SWEPOS), США (CORS). Активна перманентна GNSS мережа також є в Ізраїлі (AРN).

Найближчі до нас європейські країни, в яких є постійні станції супутникових спостережень, - це Словаччина (SKPOS), Чехія (CZEPOS), Австрія (APOS), Німеччина (SAPOS) і Польща (ASG-EUPOS). Розглянемо мережі деяких з вказаних вище країн.

У Ізраїлі розроблена Правова система цифрового кадастру (LDC - Legal Digital Cadastre system). Ізраїльські вчені вважають, що в майбутньому LDC кадастрові координати окремих пунктів гратимуть вирішальну роль. При цьому до точності цих координат пред'являються дуже високі вимоги. Тому при винесенні точок в натуру з використанням їх координат ці роботи повинні виконуватися з максимальною точністю.Питаннями точності визначення координат кадастрових пунктів займалися багато авторів в світі. Конкретно в Ізраїлі в 2005 р. Стейнберг вказав на 5 см, як на граничну точність визначення положення пунктів, який може бути досягнутий в країні. При цьому для досягнення цього показника необхідна високоякісна національна контрольна мережа. В результаті на початку 2005 р. спеціальна організація SOI (the Survey of Israel) анонсувала створення нової мережі. Вона була заснована на двох мережах з вертикальними і горизонтальними лініями, що перетинаються. На перехресті цих ліній були встановлені Активні станції GNSS, що постійно діяли. В результаті була отримана Активна постійна GNSS мережа Ізраїлю APN (the Active Permanent GNSS control Network of Israel). APN містить 19 gnss-пунктів (рис. 1).

Рисунок 1 — Схема розташування GNSS-пунктів APN Ізраїлю

Даний проект контрольної мережі подібний до раніше існуючого Меркаторського проекту з тими ж значеннями параметрів (раніше в Ізраїлі існувала Меркаторська контрольна мережа «Israel Transverse Mercator», ITM). Заявлена точність - 3 см з довірчою вірогідністю 95%. У такому разі APN дозволяє досягти точності в 5 см відносно пунктів мережі в будь-якому місці країни.

З березня 2002 року отримав свій розвиток проект мережі багатофункціональних референцних станцій для Центральної і Східної Європи. Ця ідея була запропонована Європейською Академією Міського Оточення (EA.UE), Берлін. Німеччина запропонувала в березні 2002 організувати в Берліні міжнародну конференцію, присвячену обговоренню можливостей і дійсності встановлення «Багатофункціональної GNSS системи референцних станцій для Європи». Ця система може бути використана одночасно як геодезичний пункт позиціювання і також для наземної, повітряної і морської навігації.

Конференція була проведена 4-5 березня 2002 р. і на ній були присутні представники 15 країн Європи. За результатами конференції було вирішено будувати вказану мережу на основі і довкола існуючої і вже діючої німецької мережі позиціювання SAPOS, яка досягла певного значення на території Німеччини.

Кінець кінцем, було прийнято рішення про те, що станції повинні розташовуватися на відстані не більш, ніж 70-100 км.

Спочатку планувалося, що на території Польщі буде розміщено в майбутньому близько 45-50 станцій. Але зважаючи на повну сумісність систем EUPOS і SAPOS і щільну існуючу мережу станцій SAPOS в Німеччині, потреба в закладці деяких польських станцій на німецько-польському кордоні вирішено було переглянути. В порівнянні з іншими мережами EUPOS (у Чеській Республіці і Словаччини) в Польщі більш, ніж досить станцій, тому можливе зменшення їх кількості. Розташування польських референцних GNSS станций наведено на рис. 2.

Рисунок 2 — Схема розташування референцних GNSS станцій у Польщі (червоним кольором показані існуючі станції, синім — ті, що тільки проектуються)

Але не лише за кордоном є перманентні станції супутникових спостережень. У Україні була створена така система наземного базування в Закарпатті - ZAКPOS.

ZAKPOS (Transcarpathian Positioning Service) - це Закарпатська служба визначення положення на території Закарпатської області. За своєю суттю це регіональна GNSS система наземного базування, яка працює за європейськими стандартами і забезпечує GNSS даними спостережень і поправками до них в реальному часі (RTK) для високоточного визначення місця розташування. Така фундаментальна інфраструктура технічно базується на мережі активних референцних GNSS станцій і відповідних лініях зв'язку.

Остаточно було визначено кількість станцій на території області, яке склало 5. На рис. 3 показано схематичне розташування референцних станцій ZAKPOS і аналогічних зарубіжних станцій.

Рисунок 3 — Схема розташування референцних станцій ZAKPOS (червоним кольором показані існуючі станції ZAKPOS, зеленим — станції сусідних країн)

Устаткування для референцних станцій було вибране таке, щоб не вимагало використання комп'ютерів і, відповідно, операторів на самій станції. Передача даних спостережень з референцной станції повинно відбуватися без втручання оператора безпосередньо в обчислювальний центр через комунікаційні лінії зв'язку. Була вибрана найбільш відома фірма-виробник - Trimble Navigation Limited, а по устаткуванню - найсучасніші (на середину 2008 р.) GNSS-пріймачі Trimble NetR-5 і антени Zephyr Geodetic Model II.

Потім було необхідно улаштувати референцну станцію. Під облаштуванням референцной станції розуміється вибір місця і установки GNSS -антени, прокладка кабелю від антени до спеціальної шафи, де розміщений GNSS-приймач з комунікаційним устаткуванням і підключення останнього до лінії Інтернет-зв'язку. Оскільки до часу проходження сигналу від референцной станції до обчислювального центру ставляться надзвичайно високі вимоги (<1 с), то зрозуміло, що вибір місць розташування станцій був обумовлений перш за все можливостю передачі інформації. Враховуючи це, місцями установки референцних станцій стали будівлі районних відділень Укртелекому в містах Мукачеве, Хусте, Рахове, Міжгіррі і Великому Березному. Обчислювальний центр мережі знаходиться в м. Мукачеве

Одночасно з облаштуванням референцних станцій проходив етап практичного ознайомлення з інфраструктурою роботи в режимі реального часу і перші кроки по її використанню. Результати діяльності ZAKPOS можуть використовуватися в різних додатках, де потрібна точність від дц до 1 см в реальному часі і точність менше 1 см у обробці, що виконується після сеансу вимірювань.

Подібного роду проект був здійснений і в Харківської області. В даний час в Харківської області існує власний сегмент мережі референцних GPS-станцій. Він складається з 5 цілодобово працюючих двочастотних станцій. Інтервал запису інформації станціями складає 1 хвилину, що дозволяє користувачам геодезичних GPS-пріймачів виконувати обробку даних, отриманих у будь-який час доби, як усередині мережі, так і за її межами (в межах 20-30 км від окремої станції). На рис. 4 наведено розташування референцних станцій на території Харківської області.

Рисунок 4 — Схема розташування референцних станцій на території Харківської області

Основний зміст роботи

Для кращого розуміння технології створення даного проекту розглянемо аналогічний, який був створений в Харківської області.

НПП «Навігаційно-геодезичний центр» запропонувало свою концепцію розвитку таких систем, що базуються як на станціях державних підприємств, так і на комерційних станціях приватних компаній.

В даний час в Харківської області існує власний сегмент мережі референцних GPS-станцій. Він складається з 5 цілодобово працюючих двочастотних станцій (див. рис. 4). Інтервал запису інформації станціями складає 1 секунду, що дозволяє користувачам геодезичних GPS-приймачів виконувати обробку даних, отриманих у будь-який час доби, як усередині мережі, так і за її межами (в межах 20-30 км від окремої станції).

Система дозволяє користувачам працювати в режимі постобробки, RТК-режимі і режимі постобробки VRS, отримуючи результати вимірів з точністю в одиниці сантиметрів. При цьому обробка даних може здійснюватися самостійно користувачем з використанням отриманих rinex-файлів і файлів VRS через Інтернет з сайту системи. Також зв'язавшись по електронній пошті з групою підтримки, можна замовити обробку даних вимірів фахівцями центру.

Устаткування для референцних станцій обирається таке, щоб не вимагало використання комп'ютерів і відповідно операторів на самій станції. Передача даних спостережень з референцной станції повинна відбуватися без втручання оператора безпосередньо в обчислювальний центр через комунікаційний лінії зв'язку.

Облаштування референцной станції включає вибір місця і установки GNSS-антени, прокладку кабелю від антени до спеціальної шафи, де розміщений GNSS-приймач з комунікаційним устаткуванням і підключення останнього до лінії Інтернет-зв'язку.

Етапи створення проекту:

1. визначення архітектури системи;
2. вибір устаткування для установки на базовій станції (БС);
3. вибір і розробка програмного забезпечення (ПО), необхідного для роботи системи;
4. здійснення передачі даних між контрольними станціями (КС) і центром обробки;
5. геодезична прив'язка БС до використовуваних в Україні систем координат;
6. спосіб надання послуг кінцевому користувачеві.

Також важливим моментом є вибір методики зйомки: вибір режиму роботи, часу накопичення інформації на точці. Крім того, важливим моментом є вибір місця розташування кожної окремої станції, їх положення відносно одна одної (тобто конфігурація мережі), кількість станцій.

Для визначення положення станцій було вибрано два критерії: сприятливий рельєф (відносно піднесена і відкрита місцевість), а також повинен бути забезпечений гарний мобільний зв'язок для безперебійної подачі сигналів від приймачів на обчислювальний центр.

Для визначення наявності мобільного зв'язку на території Донецької області був проведений аналіз зони покриття. В результаті було з'ясовано, що найкращою зоною покриття володіє мобільний оператор «Київстар».

Структура системи високоточних геодезичних вимірів включає наступні елементи:

1. мережа базових станцій;
2. канали зв'язку;
3. центр управління і обробки;
4. сервер (Інтернет);
5. користувачі НГЦ.net.

Структура системи продемонстрована на рис. 5.

Рисунок 5 — Структура системи високоточних геодезичних вимірів
При створенні анімації було використано 13 кадрів. Зроблена за допомогою Microsoft Gif Animator.
Затримка кадрів 1 сек. Обсяг анімації — 90 Кб. Кількість повторів — необмежена

Висновки

На даний момент в Донецької області відсутні станції супутникових спостережень, які дозволили б швидко і якісно виконувати більшість землевпорядних і топографо-геодезичних робіт. Тому в роботі запропонований проект референцних станцій супутникових спостережень для території Донецької області.

Важливе зауваження! На момент написання автореферату магістерська робота ще не завершена. Завершення роботи планується до кінця 2010 року. Остаточний повний текст роботи і відповідні матеріали можуть бути отримані у автора роботи після зазначеного терміну.