Институт горного дела и геологии

Кафедра геоинформатики и геодезии

Специальность: «Землеустройство и кадастр»

Группа: ЗК-09м

Тема магистерской работы:

Научный руководитель:

Актуальность

В условиях реформирования земельных отношений осуществляется значительное перераспределение земли. Земельные участки объединяются, подвергаются делению, меняется их конфигурация. На фоне быстрого роста городов в Украине увеличиваются их площади, появляются новые промышленные объекты, сооружения, транспортные магистрали и другие объекты. Для решения задач земельного кадастра указанные выше изменения ситуации на местности должны оперативно отображаться на картографической основе. Для этого проводятся топографо-геодезические и картографические работы.

Для проведения этих изысканий необходима надежная геодезическая основа, построение которой, как правило, связано с модернизацией и большим объемом геодезических работ.

Традиционные методы построения геодезических сетей часто оказываются слишком дорогостоящими и не всегда позволяют получить необходимую точность при измерениях. Эта проблема может быть решена построением спутниковых сетей.

Таким образом, в настоящее время для эффективного выполнения кадастровых работ актуальным является исследование и анализ технологий кадастровых работ, которые предусматривают использование спутниковых измерений.

Цель и задачи работы

Цель магистерской работы - разработка технологии выполнения кадастровых работ с использованием спутниковых измерений. В соответствии с целью в магистерской работе решаются следующие задачи:

1) анализ существующих технологий геодезического обеспечения государственного земельного кадастра;

2) изучение состояния геодезической сети Донецкой области;

3) разработка проекта сети перманентных станций спутниковых наблюдений на территории Донецкой области;

4) экономическое обоснование проекта сети перманентных станций спутниковых наблюдений на территории Донецкой области.

Основная идея магистерской работы

Основная идея магистерской работы заключается в создании на территории Донецкой области сети постоянно действующих референцных станций. Результаты измерений, получаемые на данных станциях, можно будет использовать в качестве данных обычных базовых приемников. В таком случае пользователю для выполнения измерений будет необходим только один комплект спутникового оборудования, так называемый роверный приемник. Данные базового приемника на интересующую его дату можно будет получить на сайте системы.

Метод достижения цели

Цель работы достигается методом моделирования и методом аналогии. В качестве аналога при выполнении работы была выбрана сеть референцных GPS-станций Харьковской области.

Объект и предмет исследований

Объектом исследования является сеть постоянно действующих референцных станций. Предмет исследования - технология создания сети постоянно действующих референцных станций, методика выполнения измерений с использованием сети постоянно действующих референцных станций.

Научная новизна

На данный момент в Донецкой области нет аналогов подобного рода сети, следовательно, магистерская работа в пределах области обладает новизной. Результаты магистерской работы могут быть использованы в учебном процессе.

Ожидаемые результаты работы

Ожидаемым результатом выполнения магистерской работы является разработанный проект размещения сети постоянно действующих референцных станций на территории Донецкой области, а также методика выполнения кадастровых работ с использованием сети постоянно действующих референцных станций.

Практическое значение полученных результатов

Результаты выполнения данной работы имеют именно практическое значение, поскольку это не только теоретические выкладки, но проект, который может быть реализован на практике.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на научной студенческой конференции 2010 года.

Обзор исследований и разработок по теме

Сети референцных станций спутниковых наблюдений на практике показали, что они эффективно решают проблему создания геодезического обеспечения для землеустроительных, инженерно-геодезических и картографических работ. Поэтому такие сети на данный момент существуют во многих странах Европы и других частей света. Примерами такой технологии являются Спутниковые системы точного позиционирования в Германии (SAPOS), Швейцарии (SWIPOS, AGNES), Швеции (SWEPOS), США (CORS). Активная перманентная GNSS сеть есть также в Израиле (AРN).

Ближайшие к нам европейские страны, в которых есть постоянные станции спутниковых наблюдений, - это Словакия (SKPOS), Чехия (CZEPOS), Австрия (APOS), Германия (SAPOS) и Польша (ASG-EUPOS). Рассмотрим сети некоторых из указанных выше стран.

В Израиле разработана Правовая система цифрового кадастра (LDC - Legal Digital Cadastre system). Израильские ученые считают, что в будущем LDC будут играть решающую роль кадастровые координаты отдельных точек. При этом к точности этих координат предъявляются очень высокие требования. Поэтому при выносе точек в натуру с использованием их координат эти работы должны выполняться с максимальной точностью. Вопросами точности определения координат кадастровых пунктов занимались многие авторы в мире. Конкретно в Израиле в 2005 г. Стейнберг указал на 5 см, как на предельную точность определения положения пунктов, который может быть достигнут в стране. При этом для достижения этого показателя необходима высококачественная национальная контрольная сеть. В результате в начале 2005 г. специальная организация SOI (the Survey of Israel) анонсировала создание новой сети. Она была основана на двух пересекающихся решетках с вертикальными и горизонтальными линиями. На пересечении этих линий были установлены Активные постоянно действующие станции GNSS. В результате была получена Активная постоянная GNSS сеть Израиля APN (the Active Permanent GNSS control Network of Israel). APN содержит 19 GNSS-пунктов (рис. 1).

Рисунок 1 — Схема расположения GNSS-пунктов APN Израиля

Данный проект контрольной сети подобен ранее существовавшему Меркаторскому проекту с теми же значениями параметров (ранее в Израиле существовала Меркаторская контрольная сеть «Israel Transverse Mercator», ITM). Заявленная точность - 3 см с доверительной вероятностью 95%. В таком случае APN позволяет достичь точности в 5 см относительно пунктов сети в любом месте страны. [1]

С марта 2002 получил свое развитие проект сети многофункциональных референцных станций для Центральной и Восточной Европы. Эта идея была предложена Европейской Академией Городского Окружения (EA.UE), Берлин. Германия предложила в марте 2002 организовать в Берлине международную конференцию, посвященную обсуждению возможностей и действительности установления «Многофункциональной GNSS системы референцных станций для Европы». Эта система может быть использована одновременно как геодезический пункт позиционирования и также для наземной, воздушной и морской навигации.

Конференция была проведена 4-5 марта 2002 г. и на ней присутствовали представители 15 стран Европы. По результатам конференции было решено строить указанную сеть на основе и вокруг существующей и уже действующей немецкой сети позиционирования SAPOS, которая достигла определенного значения на территории Германии.

В конечном счете, было принято решение о том, что станции должны располагаться на расстоянии не более, чем 70-100 км.

Первоначально планировалось, что на территории Польши будет размещено в будущем около 45-50 станций. Но принимая во внимание полную совместимость систем EUPOS и SAPOS и плотную существующую сеть станций SAPOS в Германии, потребность в закладке некоторых польских станций на немецко-польской границе нужно тщательно пересмотреть. По сравнению с другими сетями EUPOS (в Чешской Республике и Словакии) в Польше более, чем достаточно станций, поэтому возможно уменьшение их количества. Расположение польских референцных GNSS станций представлено на рис. 2.

Рисунок 2 — Схема расположения референцных GNSS станций в Польше (красным цветом показаны существующие станции, синим — проектируемые)

Но не только за рубежом есть перманентные станции спутниковых наблюдений. В Украине была создана такая система наземного базирования в Закарпатье - ZAКPOS.

ZAKPOS (Transcarpathian Positioning Service) - это Закарпатская служба определения положения на территории Закарпатской области. По своей сути это региональная GNSS система наземного базирования, которая работает по европейским стандартам и обеспечивает GNSS данными наблюдений и поправками к ним в реальном времени (RTK) для высокоточного определения местоположения. Такая фундаментальная инфраструктура технически базируется на сети активных референцных GNSS станций и соответствующих линиях связи.

Окончательно было определено количество станций на территории области, которое составило 5. На рис. 3 показано схематическое расположение референцных станций ZAKPOS и аналогичных зарубежных станций.

Рисунок 3 — Схема расположения референцных станций ZAKPOS (красным цветом показаны существующие станции ZAKPOS, зеленым — станции соседних стран)

Оборудование для референцных станций было выбрано такое, чтобы не требовало использования компьютеров и, соответственно, операторов на самой станции. Передача данных наблюдений из референцной станции должно происходить без вмешательства оператора непосредственно в вычислительный центр через коммуникационные линии связи. Была выбрана наиболее известная фирма-производитель - Trimble Navigation Limited, а по оборудованию - самые современные (на середину 2008 г.) GNSS-приемники Trimble NetR5 и антенны Zephyr Geodetic Model II.

Затем было необходимо обустроить референцную станцию. Под обустройством референцной станции понимается выбор места и установки GNSS-антенны, прокладка кабеля от антенны до специального шкафа, где размещен GNSS-приемник с коммуникационным оборудованием и подключение последнего к линии Интернет-связи. Поскольку ко времени прохождения сигнала от референцной станции до вычислительного центра ставятся чрезвычайно высокие требования (<1 c), то понятно, что выбор мест расположения станций обусловливало прежде всего возможностями передачи информации. Учитывая это, местами установки референцных станций стали здания районных отделений Укртелекома в городах Мукачево, Хусте, Рахове, Мижгири и Великом Березном. Вычислительный центр сети находится в г. Мукачево.

Одновременно с обустройством референцных станций проходил этап практического ознакомления с инфраструктурой работы в режиме реального времени и первые шаги по ее использованию. Результаты деятельности ZAKPOS могут использоваться в различных приложениях, где требуется точность от дц до 1 см в реальном времени и точности менее 1 см в послесеансной обработке.

Подобного рода проект был осуществлен и в Харьковской области. В настоящее время в Харьковской области существует собственный сегмент сети референцных GPS-станций. Он состоит из 5 круглосуточно работающих двухчастотных станций. Интервал записи информации станциями составляет 1 сек, что позволяет пользователям геодезических GPS-приемников выполнять обработку данных, полученных в любое время суток, как внутри сети, так и за ее пределами (в пределах 20-30 км от отдельной станции). На рис. 4 представлено расположение станций на территории Харьковской области.

Рисунок 4 — Схема расположения референцных станций на территории Харьковской области

Основное содержание работы

Для лучшего понимания технологии создания данного проекта рассмотрим аналогичный, который был создан в Харьковской области.

НПП «Навигационно-геодезический центр» предложило свою концепцию развития таких систем, базирующихся как на станциях государственных предприятий, так и на коммерческих станциях частных компаний.

В настоящее время в Харьковской области существует собственный сегмент сети референцных GPS-станций. Он состоит из 5 круглосуточно работающих двухчастотных станций (см. рис. 4). Интервал записи информации станциями составляет 1 сек, что позволяет пользователям геодезических GPS-приемников выполнять обработку данных, полученных в любое время суток, как внутри сети, так и за ее пределами (в пределах 20-30 км от отдельной станции).

Система позволяет пользователям работать в режиме постобработки, RТК-режиме и режиме постобработки VRS, получая результаты измерений с точностью в единицы сантиметров. При этом обработка данных может осуществляться самостоятельно пользователем с использованием полученных RINEX-файлов и файлов VRS через Интернет с сайта системы. Также связавшись по электронной почте с группой поддержки, можно заказать обработку данных измерений специалистами центра.

Оборудование для референцных станций выбирается такое, чтобы не требовало использования компьютеров и, соответственно, операторов на самой станции. Передача данных наблюдений из референцной станции должна происходить без вмешательства оператора непосредственно в вычислительный центр через коммуникационный линии связи.

Обустройство референцной станции включает в себя выбор места и установки GNSS-антенны, прокладку кабеля от антенны до специального шкафа, где размещен GNSS-приемник с коммуникационным оборудованием и подключение последнего к линии Интернет-связи.

Этапы создания проекта:

1. определение архитектуры системы;
2. выбор оборудования для установки на базовой станции (БС);
3. выбор и разработка программного обеспечения (ПО), необходимого для работы системы;
4. осуществление передачи данных между контрольными станциями (КС) и центром обработки;
5. геодезическая привязка БС к используемым в Украине системам координат;
6. способ предоставления услуг конечному пользователю.

Также важным моментом является выбор методики съемки: выбор режима работы, времени накопления информации на точке.

Кроме того, немаловажным моментом является выбор места расположения каждой отдельной станции, их положение относительно друг друга (то есть конфигурация сети), количество станций.

Для определения положения станций было выбрано два критерия: благоприятный рельеф (относительно возвышенная и открытая местность), а также должно обеспечиваться хорошая мобильная связь для бесперебойной подачи сигналов от приемников на вычислительный центр.

Для определения наличия мобильной связи на территории Донецкой области был проведен анализ зоны покрытия. В результате было выяснено, что наилучшей зоной покрытия обладает мобильный оператор «Киевстар».

Структура системы высокоточных геодезических измерений включает в себя следующие элементы:

1. сеть базовых станций;
2. каналы связи;
3. центр управления и обработки;
4. сервер (Интернет);
5. пользователи НГЦ.net.

Структура системы продемонстрирована на рис. 5.

Рисунок 5 — Структура системы высокоточных геодезических измерений
При создании анимации использовано 13 кадров. Сделана с помощью Microsoft Gif Animator.
Задержка кадров 1 сек. Объем анимации — 90 Кб. Количество повторений — неограничено

Заключение

На данный момент в Донецкой области отсутствуют станции спутниковых наблюдений, которые позволили бы быстро и качественно выполнять большинство землеустроительных и топографо-геодезических работ. Поэтому в работе предложен проект постоянно действующих референцных станций спутниковых наблюдений для территории Донецкой области.

Важное замечание! На момент написания автореферата магистерская работа еще не завершена. Завершение работы планируется к концу 2010 года. Окончательный полный текст работы и соответствующие материалы могут быть получены у автора работы после указанного срока.

Список литературы

1. Jad Jarroush, Bishara Khell and Marwan Zeibak. A New Methodology for an Automatic Evaluation Procedure of Cadastral GNSS Measurements According to the Surveyors' Regulations Instruction. In Proceedings of FIG Working Week, Eilat, Israel, Germany, May 2009 [Электронный ресурс]
2. Janusz Sledzinski. NATIONAL REPORT OF POLAND[Электронный ресурс]
3. Создание сети активных референсных станций ZAKPOS [Электронный ресурс]
4. Региональная система высокоточных геодезических измерений в Харьковской области [Электронный ресурс]
5. С. Савчук, О. Гринишина-Полюга. МЕТОДИКА ВСТАНОВЛЕННЯ ВИХІДНИХ ЗНАЧЕНЬ КООРДИНАТ УКРАЇНСЬКИХ ПЕРМАНЕНТНИХ СТАНЦІЙ ДЛЯ ВИСОКОТОЧНОЇ ГЕОДЕЗИЧНОЇ ПРИВ'ЯЗКИ [Электронный ресурс]: / Cучасні досягнення геодезичної науки та виробництва, випуск ІІ (18), 2009
6. А. Горб, Р. Нежальский. Анализ точности GPS-измерений в сети базовых станций [Текст]// Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва, І випуск. - «Львівська політехніка», - 2006.
7. І. Тревого, У. Зумент, О. Дишлик. Сучасні геодезичні мережі великих міст [Текст]// Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва, І випуск. - «Львівська політехніка», - 2006.