ДонНТУ   Портал магистров

Мартыненко Александра Сергеевна

Горно-геологический факультет

Кафедра геоинформатики и геодезии

Специальность Геодезия и дистанционное зондирование

Проектирование эталонного метрологического полигона для аттестации спутниковых приемников на территории Донбасса

Научный руководитель: к.т.н., доц. Гавриленко Дмитрий Юрьевич

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
• 3. Обзор исследований и разработок
• 3.1 Обзор российских источников
• 3.2 Обзор украинских источников
• 3.3 Обзор англоязычных источников
• 4. Краткое изложение собственных результатов, имеющихся к моменту завершения работы над авторефератом
• Выводы
• Замечание
• Список источников

Введение

Сегодня в геодезии все большее внимание уделяется глобальным навигационным спутниковым системам (ГНСС), поскольку их применение существенно повышает производительность труда при выполнении различных геодезических работ. ГНСС позволяют точно и быстро определять пространственные координаты, поэтому спутниковые методы измерений используются сегодня при создании геодезических сетей, в аэрофотосъёмке, в геодинамических исследованиях, в инженерной геодезии и т.д.

Спутниковые технологии в геодезии развиваются быстрыми темпами. Однако подобные геодезические измерения являются достаточно новыми. Поэтому в этой сфере остаётся еще много задач, которые необходимо решить.

В частности, ГНСС могут обеспечивать определение координат пунктов с миллиметровой точностью, но достижение такой точности зависит от ряда факторов: от технологии съемки, от условий съемки, а также от метрологических параметров приемников.

1. Актуальность темы

В последнее время особое внимание уделяется метрологической аттестации и поверке спутниковых приемников. Дело в том, что перед непосредственным проведением измерений, любой геодезический прибор должен быть поверен, т.е. необходимо выявить исправность прибора, надежность его измерений и, если это необходимо, прибор должен быть отъюстирован (исправлен). Для традиционных геодезических приборов (теодолиты, нивелиры, гравиметры и т.д.) уже разработаны подробные методики исследований и поверок. Для спутниковой аппаратуры до сих пор нет единой методики выполнения поверок. Поэтому проблема метрологического исследования спутникового оборудования является чрезвычайно важной и актуальной. По всему миру активно ведутся работы в данной области. Многими исследователями установлено, что для проведения метрологических поверок спутниковой аппаратуры необходим специальный метрологический полигон. Кое-где такие полигоны уже существуют. Но для таких полигонов еще не разработаны единые требования, как и не разработана единая методика выполнения исследований спутниковой аппаратуры.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

После анализа проблемы метрологической аттестации спутниковой аппаратуры была окончательно сформулирована тема магистерской диссертации, ее цель, задачи и т.д.

Тема: Проектирование эталонного метрологического полигона для аттестации спутниковых приемников на территории Донбасса.

Цель: на основе анализа опыта создания метрологических полигонов для аттестации спутниковой аппаратуры разработать принципы построения локальных метрологических полигонов и составить проект полигона для аттестации спутниковых приемников на Донбассе.

Методика исследования:

При выполнении работы используются следующие методы:

1. Анализ. Метрологические полигоны для аттестации спутниковых приемников уже существуют в разных странах и городах. Поэтому для разработки проекта полигона на территории Донбасса целесообразно изучить опыт других стран в области создания эталонных метрологических полигонов.
2. Синтез. Изучив и проанализировав различные метрологические полигоны для аттестации спутниковых приемников, необходимо синтезировать полученный опыт для разработки принципов построения локальных метрологических полигонов и составления проекта полигона на территории Донбасса.
3. Проектирование – составление проекта полигона для аттестации спутниковых приемников на территории Донбасса.

Задачи:

1. Изучение различных метрологических полигонов для аттестации спутниковых приемников.
2. Разработка принципов построения локальных метрологических полигонов для исследования спутниковой аппаратуры.
3. Составление проекта эталонного метрологического полигона для аттестации спутниковых приемников на территории Донбасса.

Идея: составить проект эталонного метрологического полигона для аттестации спутниковых приемников на территории Донбасса.

Объект: проблема построения локальных метрологических полигонов для аттестации спутниковых приемников.

Предмет: проект эталонного метрологического полигона для аттестации спутниковых приемников на территории Донбасса.

Ожидаемый результат: по результатам выполнения магистерской диссертации ожидается разработать принципы построения локальных метрологических полигонов для аттестации спутниковых приемников (научная новизна), а также составить проект эталонного метрологического полигона для аттестации спутниковых приемников на территории Донбасса (решение научно-практической задачи).

3. Обзор исследований и разработок

3.1 Обзор российских источников

Российская Федерация – государство, у которого на сегодняшний день есть собственная Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) – ГЛОНАСС. Кроме того, страна активно развивается: проводятся различные исследования в разных отраслях науки и техники, активно ведется строительство промышленных и гражданских объектов. А потому в России ведутся многочисленные исследования в области геодезии, что помогает выполнять множество задач (строительство, исследования в области геофизики, космонавтики и т.д.) более точно и более быстрыми темпами.

Поскольку в современной геодезии все большую роль играют спутниковые измерения, то в России выполняется много исследований в этой сфере. Одно из наиважнейших направлений исследований – поверка и аттестация спутниковой аппаратуры.

Выполнение геодезических работ возможно, если спутниковые приемники в совокупности с их программным обеспечением (ПО) подвергнуты метрологической аттестации. Фирмы-производители не могут продавать геодезическое оборудование, в том числе приемники ГНСС, без сертификата о прохождении метрологической аттестации. Организации, выполняющие геодезические, топографические, кадастровые и иные работы в области геодезии, не имеют права пользоваться несертифицированной аппаратурой и не могут сдать (продать) результаты работ (окончательную продукцию) заказчику, не предъявив документы о метрологической аттестации (сертификации) использованных в работе приборов [1].

Возникает мысль о том, что исследованием вопроса аттестации приемников необходимо заниматься только фирмам-производителям оборудования, поскольку они должны предоставить покупателю (геодезической организации) соответствующие документы об аттестации, которые затем можно будет предоставлять заказчикам работ.

Однако любое геодезическое оборудование нуждается в регулярной, а не одноразовой поверке. Спутниковые приемники не являются исключением.

На данный момент отсутствуют нормативные документы для поверки и аттестации приемников [2].

Сложность также состоит в том, что каждый производитель ГНСС оборудования выпускает к своей аппаратуре собственное ПО. Поэтому оно тоже нуждается в поверке.

Еще один аспект, который говорит о важности исследования метрологии спутникового оборудования, состоит в том, что сегодня определение координат точек земной поверхности с миллиметровой точностью стало рядовой задачей. Для достижения такой точности на первый план выступает уже не только аппаратная составляющая спутниковых технологий, но и ее методическая часть [2].

Таким образом, российские источники подчеркиваю важность исследования метрологии спутникового оборудования, а также отмечают, что исследования необходимо направлять в 3 русла:

1. Исследование самой спутниковой аппаратуры (приемники пользователя).
2. Исследование ПО (программ, обрабатывающих результаты спутниковых измерений).
3. Исследование методики выполнения поверок.

Ученые, занимающиеся вопросом метрологии спутниковых систем, пришли к выводу, что для выполнения поверок необходим специальный метрологический полигон. В России создано несколько подобных полигонов. Для написания магистерской диссертации было выбрано 3 полигона: Верхневолжский (Нижний Новгород), Уфимский (Уфа) и Сибирский (Новосибирск). Выбор был сделан исходя из количества общедоступной информации о полигонах.

Ниже рассмотрены основные исследования и их результаты для названных 3-х полигонов.

Разработчики Верхневолжского полигона (ВАГП) отмечают, что метрологическую аттестацию геодезических приемников ГНСС осуществляют на основе результатов измерений, выполненных этой аппаратурой на пунктах образцовой (стандартной) геодезической сети метрологического полигона. В идеале такая сеть представляет собой набор стандартных базисов. Наиболее точные светодальномеры позволяют измерять линии в несколько километров, с погрешностью, лежащей в пределах одной десятой миллиметра. Такая погрешность на порядок меньше той, с которой определяют длины сторон, используя геодезическую спутниковую аппаратуру. Поэтому метрологический полигон с полным основанием можно считать образцовым (стандартным) для геодезических приемников ГНСС [1].

Таким образом, на ВАГП поверку спутникового оборудования выполняют на основе измерения длин базисов приемниками, которые сравнивают с эталонными значениями (измеренными светодальномерами).

Кроме этого, в источниках Нижегородских исследований (1, 2, 3) дана следующая информация, необходимая для магистерской диссертации:

• описана практически целесообразная геометрическая структура геодезической сети метрологического полигона [1];
• обусловлена необходимость создания и выбор конфигурации полигона;
• описаны элементы полигона;
• описаны пункты и типы центров;
• описан порядок проведения и обработки необходимых измерений и обработки результатов, а также описана оценка точности полученных результатов;
• описаны трудности законодательства в сфере охраны пунктов и всей сети [2];
• дана схема сети ВАГП (рисунок 1) [3].

По Уфимскому полигону удалось найти тех. паспорт полигона [4].

В тех. паспорте кратко, но емко описано:

• назначение полигона;
• состав полигона (пункты, типы центров, какие измерения выполнялись);
• расположение полигона, физико-географические и климатические условия местности;
• метрологические и технические характеристики полигона;
• дана схема полигона (рисунок 2).

В источниках Новосибирских исследований (5, 6, 7) дана следующая информация:

• дан перечень работ по созданию новосибирского полигона;
• описана концепция построения сети полигона;
• дано краткое описание полигона;
• представлены результаты создания полигона (какие работы выполняются на полигоне) [5];
• дан тех. паспорт полигона [6];
• описана сущность поверки приемников: принцип сравнения параметров, полученных средствами измерений с эталонными значениями соответствующих параметров (здесь для поверки спутниковой аппаратуры используются координаты пунктов, а не длины базисов, как на ВАГП);
• описана многофункциональность полигона;
• перечислены основные мероприятия, необходимые для развития полигона;
• дана схема сети (рисунок 3) [7].

3.2 Обзор украинских источников

В Украине, как и во многих странах, ведется активная работа по исследованию проблемы метрологической аттестации спутниковых приемников. Большая часть исследований в этой области произведена сотрудниками Национального университета Львовская политехника. Также ряд исследований проведен Национальным научным центром Институт метрологии в Харькове. По результатам исследований были созданы метрологические полигоны для исследования спутниковой аппаратуры во Львове и в Харькове (полигон Липцы).

На сегодняшний день продолжается исследование созданных полигонов и в общем метрологической аттестации спутниковых приемников.

Сотрудники Института метрологии говорят о необходимости разработки ряда общих требований к метрологическим полигонам для аттестации спутниковой аппаратуры. При работе над созданием полигона Липцы был разработан перечень требований, однако он касался непосредственно проектируемого полигона. Поэтому эти требования нельзя считать общими для всех полигонов, они нуждаются в доработке и дополнении. Сами разработчики харьковского полигона говорят о том, что, полигон должен быть как можно более свободным от влияния источников погрешностей спутниковых измерений. Также разработчики указывают на существенный недостаток полигона Липцы, который заключается в наличии поблизости от антенн металлических предметов [8]. Это приводит к многопутности спутникового сигнала.

Сотрудники Львовской политехники отмечают, что для метрологической аттестации спутниковых приемников пока нет единых методик, закрепленных в нормативных документах. Поэтому создание и совершенствование эталонных геодезических сетей для метрологической аттестации спутниковой аппаратуры, а также разработка методик проведения метрологического контроля и обработки полученных результатов является актуальной научно-практической задачей, заслуживающей особого внимания [9].

Как видно, в данной области еще много нерешенных вопросов, что подчеркивает актуальность исследования проблемы. Однако украинскими учеными была проведена большая работа, результаты которой будут полезны для написания магистерской диссертации. Главная ценность этих исследований в том, что были созданы метрологические полигоны.

Ниже рассмотрена основная информация, касающаяся украинских метрологических полигонов, необходимая для написания магистерской диссертации.

В источнике харьковских исследований (8) дана следующая информация:

• описаны работы, которые можно выполнять на метрологическом полигоне;
• рассмотрены варианты связи пунктов таких полигонов с сетью перманентных станций для спутниковых наблюдений;
• описаны достоинства и недостатки полигона;
• дана информация о некоторых источниках ошибок, которых следует избегать при создании подобных полигонов [8].

В источниках львовских исследований (9–13) дана следующая информация:

• описан полигон, особое внимание уделяется метрологическим объектам полигона: образцовому линейному геодезическому базису и фундаментальной геодезической сети для аттестации и поверок спутниковых приемников [9];
• показана актуальность создания и совершенствования эталонных геодезических сетей для метрологической аттестации спутниковой аппаратуры, а также актуальность разработки методик проведения метрологического контроля и обработки полученных результатов;
• подчеркивается недостаточное количество сетей для метрологического контроля спутникового оборудования в Украине [10];
• описаны задачи, которые решаются с помощью полигона;
• описан процесс создания полигона;
• описаны элементы полигона [11];
• дана общая схема полигона (рисунок 4) [12];
• описаны GPS-компании и результаты их обработки, на основании чего сделан вывод о точности определения положения пунктов и о надежности закладки пунктов [13];

3.3 Обзор англоязычных источников

На Западе (Европа, США) также проводятся многочисленные исследования, связанные с метрологией спутниковых приемников. Однако в свободном доступе не было найдено информации, касаемо геодезических полигонов для метрологической аттестации спутникового оборудования. Однако было найдено много информации, касаемо общих сведений о спутниковом оборудовании, источниках ошибок спутниковых измерений и способов их устранения или уменьшения их влияния, о корреляции измерений и т.п. [14, 15]. Эта информация будет важна при написании вводных частей магистерской диссертации.

Краткое изложение собственных результатов, имеющихся к моменту завершения работы над авторефератом

К моменту завершения работы над авторефератом, были получены следующие результаты:

1. Обусловлена необходимость создания полигонов. Был сформирован полный перечень работ, которые выполняются на метрологическом геодезическом полигоне. В ходе исследования было выявлено, что подобные полигоны могут использоваться не только для метрологической аттестации спутниковой аппаратуры. Такие полигоны включают в себя плановые и высотные пункты государственной геодезической сети (ГГС), а потому их также следует использовать для поверки любых геодезических приборов (теодолиты, нивелиры, гравиметры и т.п.).
2. Изучены 5 метрологических полигонов в России и Украине: их схемы, местоположение, типы центров пунктов полигонов, требования к полигонам, которые выдвигались их разработчиками и т.п. На основании анализа изученной информации практически сформирован полный перечень требований к эталонным метрологическим полигонам для аттестации спутниковой аппаратуры.

Выводы

Изучение метрологии спутниковой аппаратуры – актуальная задача современной геодезии, поскольку спрос на использование спутникового оборудования растет, но его метрологическая аттестация и сертификация нуждается в существенной доработке. Поверка спутникового оборудования должна выполняться на специальных эталонных геодезических полигонах. Проблема в том, что таких полигонов очень мало, а на территории Донбасса их вообще нет. Также нет утвержденных требований к полигонам и методики проведения поверки.

В ходе выполнения магистерской работы уже практически сформирован перечень требованиям к эталонным геодезическим полигонам для аттестации спутниковых приемников. К концу выполнения диссертации перечень будет сформирован полностью и может быть предложен к утверждению как нормативный перечень требований. Также к концу выполнения работы будет представлен проект метрологического полигона для аттестации спутникового оборудования на территории Донбасса.

Замечание

На момент написания данного реферата магистерская работа еще не завершена. Предполагаемая дата завершения – июнь 2018 г. Полный текст работы, а также материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

1. Шануров Г.А. и др. О геометрической структуре метрологического полигона для аттестации геодезических приемников ГНСС// Геодезия и картография. – 2001 – № 7 –с. 7-14.
2. Геодезический полигон Верхневолжского АГП для метрологической аттестации спутниковых приемников / Побединский Г. Г. И др. // фотограмметрические технологии в XXI веке: материалы научн.-тех. конференции – Новосибирск. – 2003. – с. 209-213.
3. Гусев Ю. С., Гурин А. Ю. Метрологическое обеспечение спутниковых геодезических систем // Геопрофи. – 2006. – №2. – с.62,63.
4. Техническое описание Полигона пространственного эталонного «Уфимский».
5. Середович В. А. и др. Метрологическому полигону СГГА – 10 лет// СГГА, Новосибирск. – 2005. – 5 с.
6. Техническое описание «Полигона геодезического єталонного ПГЭ-СГГА».
7. Карпик А. П. и др. Эталонный геодезический полигон СГГА – уникальный объект системы образования РФ // СГГА, Новосибирск. – 2010. – 5 с.
8. Занимонский Е. М., Неежмаков П. И., Купко В. С. Исследования приемников ГНСС на метрологическом полигоне «Липцы» // Метрология. – 2014. – с.385-387.
9. Тревого И. С. Геодезический полигон для метрологической аттестации приборов и апробации технологий // Геопрофи. – 2009. – №1. – с.6-11.
10. Тревого И. С. и др. Проблемы создания и перспективы оптимального использования научного геодезического полигона // Вестник геодезии и картографии. – 2001. – №3 (22). – с.35-40
11. Тревого И. С. и др. Создание метрологического полигона для аттестации GPS-приемников // Вестник геодезии и картографии. – 2006. – №3 (42). – с.10-12.
12. Тревого И. С., Цюпак И. М. Современный научный геодезический полигон для аттестации приборов и технологий: сб. научн. труд. – Львов.: Изд-во Нац. ун-та «Львовская политехника», 2005. – Вып. II. – с.14-21.
13. Тревого І. С., Цюпак І. М. Еталонний науковий геодезичний полігон: етапи створення та перспективи використання: сб. наук. праць. – Львів.: Вид-во Нац. ун-та «Львівська політехника», 2005. – 5 с.
14. El-Rabbany A.E.-S. The effect of physical correlations on the ambiguity resolution and accuracy estimation in GPS differential positioning, Ph.D. dissertation, University of New Brunswick, Department of Geodesy and Geomatics Engineering, Technical Report No.170, Frederictin, 1994.
15. GPS Essentials of Satellite Navigation. Compendium [electronic resource]. – www.u-blox.com.