Исследование влияния погодных условий на точность определения координат с помощью перманентных базовых станций глобальной навигационной спутниковой системы
Автор: Колесник М. В.
Источник: Донбасс бедующего глазами молодых ученых, г. Донецк, 21 ноября 2017 – Донецк: ДонНТУ 2017. – с. 6-10.
При помощи анализа обработанных данных с перманентных базовых станций глобальной навигационной спутниковой системы найдены возможные погодные факторы, влияющие на погодные условия.
В настоящее время GPS технологии получили широкое распространение во множестве технических областей. Сегодня GPS-наблюдения является важным элементом многих геодезических работ, таких как: сгущение геодезических сетей, привязка локальной координатной системы к глобальным системам координат, кадастровые работы, привязка аэрофотосъемки, геодезический мониторинг сдвижения земной поверхности и множество других.
Однако приемники навигационного позиционирования остаются дорогим оборудованием, а для выполнения геодезических работ, как в статических, так и кинематических режимах необходимо наличие минимум двух приемников. Для экономии денежных средств при покупке приемников можно использовать перманентные базовые станции.
В городских условиях высокой и плотной застройки возникают затруднения свободного прохождением сигналов от приемника до спутника. Использование перманентных базовых станций, которые в большинстве случаев находятся на открытой возвышенной территории, является более благоприятным для выполнения измерений в городских условиях.
На территориях России и Украины существуют разнообразные государственные и коммерческие компании, которые предоставляют доступ к получению необходимых данных для выполнения работ с помощью одного приемника. Государственное предприятие «Главный центр контроля навигационного поля Украины» [1], бесплатно по предварительной регистрации предоставляет данные со станций с интервалом записи 30 сек.
Роверным (базовым) приемником в исследованиях будет принят приемник, находящийся в Кировограде. Были составлены некоторые схемы расположения станций с использованием пунктов в Виннице Кировограде, Запорожье и Харькове.
Для выявления факторов, влияющих на точность определения координат, произведена предварительная обработка результатов измерений. Вычисления координат выполнены в соответствии с выбранными разнообразными вариантами расположения станций и их количества при разной продолжительности наблюдений.
Обработка результатов выполнялась в программном продукте GNSS Studio. В режиме послесеансной обработки выполнялся расчет координат. Для анализа результатов исследований найдены отклонения координат полученных после обработки от эталонных значений по формуле:
где Xэт, Yэт, Hэт ‒ эталонные значения координат;
где Xизм, Yизм, Hизм ‒ значения координат полученные после обработки.
Также найдены значения отклонений координат в плане:
Так как программным продуктом GNSS Studio кроме непосредственной обработки результатов существует возможность уравнивания полученных результатов, поэтому оно также выполнялось.
Плановые отклонения координат с использованием двух базовых станций находились в пределах от 122 мм до 143 мм, при трех ‒ от 25 мм до 61 мм и четырех ‒ от 15 мм до 143 мм.
Наихудшие результаты были получены по схеме с четырьмя станциями. При добавлении новой базовой станции в Чернигове отклонения координат от эталонных должны были стать меньше, но этого не произошло. Что говорит о появлении некоторых ошибок на добавленной станции, которые могли быть вызваны различными факторами.
Исходя из погодных условий [2], только в Чернигове течение первой половины дня был дождь и из интервалов наблюдений видно, что в периоды времени 0–1, 0‒4 часов присутствуют наибольшие отклонения. В период всего дня облачность была максимальной.
В процессе анализа результатов было определено что, для последующего изучения необходимо произвести обработку данных в промежутки времени, в течение которых можно было бы увидеть возможное влияние метеопараметров на результаты.
При обнаружении погрешностей при добавлении пункта в Чернигове 20.10.2016, решено разделить данные интервалом 3 часа, после чего выполнить последующую обработку. Из этого вычислены отклонения координат по формулам 1 и 2. В соответствии с проанализированными статьями [3, 4] и полученными предварительными результатами наибольшее влияние оказывали осадки в виде дождя и сильные туманы, более слабое оказывала температура и осадки в виде снега. Поэтому для графического представления построен график отклонений координат (рис. 1) на котором представлены значения наличия осадков в день выполнения измерений [2].
Рисунок 1 – Отклонения координат на 11.10.2016
Анализируя график (рис. 1) можно сделать вывод, что наименьшие погрешности присутствуют, начиная с 15 часов. Также в данное время соответствует наличию осадков на станции в Чернигове.
Проведены исследования на 20.03.2017, также разделив данные интервалом 3 часа. Полученные результаты отклонений по формулам 1, 2. Аналогичным образом построен график данных отклонений координат (рис. 2). Взяты значения наличия осадков и значения температуры в день проведения наблюдений [2].
Рисунок 2 – Отклонения координат на 20.03.2017
В период с 0 до 9 часов в Кировограде был дождь и в Харькове периоды с 19 до 23 часов. В данные периоды, представленные на графике (рис. 2), соответствуют увеличению отклонений координат.
Для контроля полученных результатов проведем аналогичные исследования на 19.04.2017. Получены результаты отклонений по формулам 1 и 2. По данным обработки и метеопараметров построим график (рис. 3) с указанием осадков на станциях выполнения наблюдений [4].
Рисунок 3 – График отклонения координат на 19.04.2017
В период с дождем наблюдаются наибольшие отклонения координат (рис. 3), а наличие снега не оказало значительного влияния.
То есть, полученные при наличии осадков на 11.10.2016 плановые отклонения координат составили от 80 мм до 293 мм (при уравнивании от 29 мм до 249 мм), при отсутствии ‒ от 17 мм до 26 мм (при уравнивании от 4 мм до 14 мм). На 20.03.17 при наличии осадков ‒ от 66 мм до 150 мм (при уравнивании от 11 мм до 105 мм), при отсутствии ‒ от 5 мм до 17 мм (при уравнивании от 11 мм до 106 мм). На 19.04.17 при наличии осадков ‒ от 22 мм до 93 мм (при уравнивании от 195 мм до 265 мм), при отсутствии ‒ от 13 мм до 24 мм (при уравнивании от 7 мм до 51 мм). Наличие осадков в виде снега не оказали значительных влияний.
Можно сделать вывод, что данные взятые из перманентных базовых станций в периоды с осадками, дают значительные погрешности в сравнении с периодами без осадков.
1. Главный центр контроля навигационного поля Украины [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://gcknp. com.ua/
2. Метеопост [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://meteopost.com/
3. Р. П. Быстров, А. В. Соколов, Л. В. Федорова. Статистика дальности РЛС в гидрометеорах // М.: Журнал радиоэлектроники № 7. – 2012 – с. 19-21.
4. В. А. Иванов, Н. В. Рябова, А. В. Зуев, А. А. Кислицын, П. М. Ершов Влияние климатических и геофизических явлений на помехоустойчивость приема радионавигационных сигналов систем ГЛОНАСС/GPS// сб. материалов Всероссийской науч. конф. «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред» – 2010 – с. 558-563.