Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Сьогодні в геодезії все більше уваги приділяється глобальним навігаційним супутниковим системам (ГНСС), оскільки іх застосування істотно підвищує продуктивність праці при виконанні різних геодезичних робіт. ГНСС дозволяють точно й швидко визначати просторові координати, тому супутникові методи вимірювань використовуються сьогодні при створенні геодезичних мереж, в аерофотозйомці, у геодинамічних дослідженнях, в інженерній геодезії і т. д.

Супутникові технології в геодезії розвиваються швидкими темпами. Однак подібні геодезичні вимірювання є досить новими. Тому в цій сфері залишається ще багато завдань, які необхідно вирішити.

Зокрема, ГНСС можуть забезпечувати визначення координат пунктів з міліметровою точністю, але досягнення такої точності залежить від ряду чинників: від технології зйомки, від умов зйомки, а також від метрологічних параметрів приймачів.

1. Актуальність теми

Останнім часом особлива увага приділяється метрологічній атестації та повірці супутникових приймачів. Справа в тому, що перед безпосереднім проведенням вимірювань, будь-який геодезичний прилад повинен бути повірений, тобто необхідно виявити справність приладу, надійність його вимірів і, якщо це необхідно, прилад повинен бути від’юстований (виправлений). Для традиційних геодезичних приладів (теодоліти, нівеліри, гравіметри і т. д.) вже розроблені докладні методики досліджень та повірок. Для супутникової апаратури досі немає єдиної методики виконання повірок. Тому проблема метрологічного дослідження супутникового обладнання є надзвичайно важливою і актуальною. У всьому світі активно ведуться роботи в цій області. Багатьма дослідниками встановлено, що для проведення метрологічних повірок супутникової апаратури необхідний спеціальний метрологічний полігон. Подекуди такі полігони вже існують. Але для таких полігонів ще не розроблені єдині вимоги, як і не розроблена єдина методика виконання досліджень супутникової апаратури.

2. Мета і задачі дослідження, заплановані результати

Після аналізу проблеми метрологічної атестації супутникової апаратури була остаточно сформульована тема магістерської дисертації, її мета, завдання і т. д.

Тема: Проектування еталонного метрологічного полігону для атестації супутникових приймачів на території Донбасу.

Мета: на підставі аналізу досвіду створення метрологічних полігонів для атестації супутникової апаратури розробити принципи побудови локальних метрологічних полігонів і скласти проект полігону для атестації супутникових приймачів на Донбасі.

Методика дослідження::

При виконанні роботи використовуються наступні методи:

  1. Аналіз. Метрологічні полігони для атестації супутникових приймачів вже існують в різних країнах і містах. Тому для розробки проекту полігону на території Донбасу доцільно вивчити досвід інших країн у галузі створення еталонних метрологічних полігонів.
  2. Синтез. Вивчивши і проаналізувавши різні метрологічні полігони для атестації супутникових приймачів, необхідно синтезувати отриманий досвід для розробки принципів побудови локальних метрологічних полігонів та створення проекту полігону на території Донбасу.
  3. Проектування – створення проекту полігону для атестації супутникових приймачів на території Донбасу.

Задачі:

  1. Вивчення різних метрологічних полігонів для атестації супутникових приймачів.
  2. Розробка принципів побудови локальних метрологічних полігонів для дослідження супутникової апаратури.
  3. Створення проекту еталонного метрологічного полігону для атестації супутникових приймачів на території Донбасу.

Ідея: створити проект еталонного метрологічного полігону для атестації супутникових приймачів на території Донбасу.

Об’єкт: проблема побудови локальних метрологічних полігонів для атестації супутникових приймачів.

Предмет: проект еталонного метрологічного полігону для атестації супутникових приймачів на території Донбасу.

Очікуваний результат: за результатами виконання магістерської дисертації очікується розробити принципи побудови локальних метрологічних полігонів для атестації супутникових приймачів (наукова новизна), а також створити проект еталонного метрологічного полігону для атестації супутникових приймачів на території Донбасу (рішення науково-практичної задачі).

3. Огляд досліджень та розробок

3.1 Огляд російських джерел

Російська Федерація – держава, у якої на сьогоднішній день є власна глобальна навігаційна супутникова система (ГНСС) – ГЛОНАСС. Крім того, країна активно розвивається: проводяться різноманітні дослідження в різних галузях науки і техніки, активно ведеться будівництво промислових і цивільних об'єктів. А тому в Росії ведуться численні дослідження в галузі геодезії, що допомагає виконувати безліч завдань (будівництво, дослідження в галузях геофізики, космонавтики тощо) більш точно і більш швидкими темпами.

Оскільки в сучасній геодезії все більшу роль відіграють супутникові вимірювання, то в Росії виконується багато досліджень у цій сфері. Один із найважливіших напрямків досліджень – повірка та атестація супутникової апаратури.

Виконання геодезичних робіт можливо, якщо супутникові приймачі в сукупності з їх програмним забезпеченням (ПЗ) підлягли метрологічній атестації. Фірми-виробники не можуть продавати геодезичне обладнання, в тому числі приймачі ГНСС, без сертифіката про проходження метрологічної атестації. Організації, що виконують геодезичні, топографічні, кадастрові та інші роботи в галузі геодезії, не мають права користуватися несертифікованої апаратурою і не можуть здати (продати) результати робіт (кінцеву продукцію) замовнику, не пред’явивши документи щодо метрологічної атестації (сертифікації) використаних в роботі приладів [1].

Виникає думка, що дослідженням питання атестації приймачів необхідно займатися лише фірмам-виробникам обладнання, оскільки вони повинні надати покупцю (геодезичній організації) відповідні документи про атестацію, які потім можна буде надавати замовникам робіт.

Однак будь-яке геодезичне обладнання потребує регулярної, а не одноразової повірки. Супутникові приймачі не є винятком.

На даний момент відсутні нормативні документи для повірки та атестації приймачів [2].

Складність також полягає в тому, що кожен виробник ГНСС обладнання випускає до своєї апаратури власне ПЗ. Тому воно теж потребує повірки.

Ще один аспект, який говорить про важливість дослідження метрології супутникового обладнання, полягає в тому, що сьогодні визначення координат точок земної поверхні з міліметровою точністю стало рядовим завданням. Для досягнення такої точності на перший план виступає вже не тільки апаратна складова супутникових технологій, але також її методична частина [2].

Таким чином, російські джерела підкреслюю важливість дослідження метрології супутникового обладнання, а також відзначають, що дослідження необхідно направляти в 3 русла:

  1. Дослідження самої супутникової апаратури (приймачі користувача).
  2. Дослідження ПЗ (програм, які оброблюють результати супутникових вимірів).
  3. Дослідження методики виконання повірок.

Учені, які займаються питанням метрології супутникових систем, прийшли до висновку, що для виконання повірок необхідний спеціальний метрологічний полігон. У Росії створено кілька подібних полігонів. Для написання магістерської дисертації було обрано 3 полігони: Верхньоволзький (Нижній Новгород), Уфімський (Уфа) і Сибірський (Новосибірськ). Вибір був зроблений виходячи з кількості загальнодоступної інформації про полігони.

Нижче розглянуті основні дослідження і їх результати для названих 3-х полігонів.

Розробники Верхньоволзького полігону (ВАГП) відзначають, що метрологічну атестацію геодезичних приймачів ГНСС здійснюють на основі результатів вимірювань, виконаних цією апаратурою на пунктах зразкової (стандартної) геодезичної мережі метрологічного полігону. В ідеалі така мережа являє собою набір стандартних базисів. Найбільш точні світлодалекоміри дозволяють вимірювати лінії в декілька кілометрів, з похибкою, що лежить в межах однієї десятої міліметра. Така похибка на порядок менше тієї, з якою визначають довжини сторін, використовуючи геодезичну супутникову апаратуру. Тому метрологічний полігон з повною підставою можна вважати зразковим (стандартним) для геодезичних приймачів ГНСС [1].

Таким чином, на ВАГП повірку супутникового обладнання виконують на основі вимірювання довжин базисів приймачами, які порівнюють з еталонними значеннями (виміряними світлодалекомірами).

Крім цього, в джерелах Нижньогородських досліджень (1, 2, 3) дана наступна інформація, необхідна для магістерської дисертації:

Диаграмма 1 Схема розташування пунктів ВАГП

Рисунок 1 – Схема розташування пунктів ВАГП
(анімація: 4 кадри, 3 цикли повторень, 51,3 кілобайт)

Щодо Уфімського полігону, то вдалося знайти тех. паспорт полігону [4].

В тех. паспорті коротко описано:

Диаграмма 2 Схема розташування пунктів полігону <q>Уфімский</q>

Рисунок 2 – Схема розташування пунктів полігону Уфімский
(анімація: 6 кадрів, 3 цикли повторень, 100 кілобайт)

У джерелах Новосибірських досліджень (5, 6, 7) дана наступна інформація:

Диаграмма 3 Схема розташування пунктів Новосибірського полігону

Рисунок 3 – Схема розташування пунктів Новосибірського полігону
(анімація: 5 кадрів, 3 цикли повторень, 86,8 кілобайт)

3.2 Огляд українських джерел

В Україні, як і в багатьох країнах, ведеться активна робота, спрямована на дослідження проблеми метрологічної атестації супутникових приймачів. Більша частина досліджень у цій області проведена співробітниками Національного університету Львівська політехніка. Також ряд досліджень проведено Національним науковим центром Інститут метрології у Харкові. За результатами досліджень були створені метрологічні полігони для дослідження супутникової апаратури у Львові та в Харкові (полігон Липці).

На сьогоднішній день триває дослідження створених полігонів і загалом метрологічної атестації супутникових приймачів.

Співробітники Інституту метрології говорять про необхідність розробки ряду загальних вимог до метрологічних полігонів для атестації супутникової апаратури. При роботі над створенням полігону Липці був розроблений перелік вимог, однак він стосувався безпосередньо проектованого полігону. Тому ці вимоги не можна вважати загальними для всіх полігонів, вони потребують доопрацювання та доповнення. Самі розробники харківського полігону говорять про те, що полігон повинен бути якомога більш вільним від впливу джерел похибок супутникових вимірювань. Також розробники вказують на суттєвий недолік полігону Липці, який полягає в наявності поблизу від антен металевих предметів [8]. Це призводить до багатошляховості супутникового сигналу.

Працівники Львівської політехніки відзначають, що для метрологічної атестації супутникових приймачів поки немає єдиних методик, закріплених у нормативних документах. Тому створення і вдосконалення еталонних геодезичних мереж для метрологічної атестації супутникової апаратури, а також розробка методик проведення метрологічного контролю і обробки отриманих результатів є актуальною науково-практичною задачею, яка заслуговує особливої уваги [9].

Тож, у цій сфері ще багато невирішених питань, що підкреслює актуальність дослідження проблеми. Проте українськими вченими була проведена велика робота, результати якої будуть корисні для написання магістерської дисертації. Головна цінність цих досліджень у тому, що були створені метрологічні полігони.

Нижче розглянута основна інформація, що стосується українських метрологічних полігонів, необхідна для написання магістерської дисертації.

У джерелі харківських досліджень (8) дана наступна інформація:

У джерелах львівських досліджень (9-13) дана наступна інформація:

Диаграмма 4 Схема розташування пунктів Львівського полігону

Рисунок 4 – Схема розташування пунктів Львівського полігону
(анімація: 5 кадрів, 3 цикли повторень, 41,2 кілобайт)

Схема розташування пунктів Львівського полігону

Рисунок 3 – Схема розташування пунктів Львівського полігону

3.3 Огляд англомовних джерел

На Заході (Європа, США) також проводяться численні дослідження, пов'язані з метрологією супутникових приймачів. Однак у вільному доступі не було знайдено інформації стосовно геодезичних полігонів для метрологічної атестації супутникового обладнання. Проте було знайдено багато інформації, що стосується загальних відомостей про супутникове обладнання, джерела помилок супутникових вимірювань та способів їх усунення або зменшення їх впливу, про кореляцію вимірювань тощо [14, 15]. Ця інформація буде важлива при написанні вступних частин магістерської дисертації.

Короткий виклад особистих результатів на момент завершення роботи над авторефератом

На момент завершення роботи над авторефератом, були отримані наступні результати:

  1. Обумовлена необхідність створення полігонів. Був сформульований повний перелік робіт, які виконуються на метрологічному геодезичному полігоні. В ході дослідження було виявлено, що подібні полігони можуть використовуватися не тільки для метрологічної атестації супутникової апаратури. Такі полігони включають планові та висотні пункти державної геодезичної мережі (ГГС), а тому їх також слід використовувати для перевірки будь-яких геодезичних приладів (теодоліти, нівеліри, гравіметри тощо).
  2. Розглянуто 5 метрологічних полігонів в Росії та Україні: їх схеми, розташування, типи центрів пунктів полігонів, вимоги до полігонів, які висувалися їх розробниками і т. п. На підставі аналізу вивченої інформації практично сформовано повний перелік вимог до еталонних метрологічних полігонів для атестації супутникової апаратури.

Висновки

Вивчення метрології супутникової апаратури – актуальне завдання сучасної геодезії, оскільки попит на використання супутникового обладнання зростає, але його метрологічна атестація і сертифікація потребує суттєвого доопрацювання. Повірка супутникового обладнання повинна виконуватися на спеціальних еталонних геодезичних полігонах. Проблема в тому, що таких полігонів дуже мало, а на території Донбасу їх взагалі немає. Також немає затверджених вимог до полігонів і методики проведення повірки.

В ході виконання магістерської роботи вже практично сформований перелік вимог до еталонних геодезичних полігонів для атестації супутникових приймачів. До кінця виконання дисертації перелік буде сформовано повністю і може бути запропонований до затвердження як нормативний перелік вимог. Також до кінця виконання роботи буде представлений проект метрологічного полігону для атестації супутникового обладнання на території Донбасу.

Зауваження

На момент написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Передбачувана дата завершення – червень 2018 р. Повний текст роботи, а також матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  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.