3.10. Комплексное использование спутниковой аппаратуры и традиционных геодезических средств

Для использования технологий спутниковых координатных определений необходимо обеспечение видимости на момент измерений по линии «спутник – антенна приемного устройства». Во многих случаях практики обеспечить такую видимость не удается. Поэтому актуальным становится комплексное использование для решения геодезических задач спутниковой аппаратуры и традиционных геодезических средств (светодальномеров, теодолитов, нивелиров, электронных тахеометров). Наиболее эффективно использование GPS-аппаратуры с электронными тахеометрами. Это обусловлено следующими причинами.

Электронные тахеометры являются универсальными геодезическими приборами. Они предназначены для измерения углов и расстояний. В результаты измерений тахеометром автоматически вводятся поправки за метеоусловия (причем, отдельные тахеометры сами определяют температуру и давление), за приведение длин линий к плоскости горизонта и др. Тахеометры обеспечивают цифровую индикацию горизонтальных и вертикальных углов, дирекционных углов, наклонных расстояний, горизонтальных проложений, приращений координат и других величин. Время на выполнение комплекса измерений (горизонтальное направление + вертикальный угол + расстояние + вывод результата) составляет несколько секунд. Большинство тахеометров имеют собственную память, встроенный микропроцессор и библиотеку программ для выполнения геодезических работ. Ряд современных тахеометров позволяет выполнять измерения до невидимых точек (например, через листву) с помощью специального отражателя, а также работать с микропризменными наклейками.

Современные тахеометры и GPS-приемники имеют одинаковые форматы записи полевой информации, взаимозаменяемые карты памяти. Возможна также автоматизированная передача полевых измерений в пакет совместной обработки с последующей передачей результатов измерений в базы данных ГИС.

Принципиально возможно использование спутниковой геодезической аппаратуры (СГА) и традиционных геодезических средств по следующим направлениям:

1. Геодезические построения на объекте работ, выполненные СГА, и традиционные не имеют между собой никаких связей.

2. Спутниковые и традиционные геодезические построения связаны между собой. При этом возможно три варианта связей:

• развитие сети традиционными методами от пунктов, определенных спутниковыми приемниками;

• развитие сети методами GPS-измерений от пунктов, определенных традиционными методами;

• ступенчатое развитие сетей, при котором спутниковые и традиционные измерения чередуются между собой.

Традиционными методами определения плановых координат пунктов являются: триангуляция, полигонометрия, трилатерация, засечки. При выборе метода учитываются требуемая точность координатных определений, сроки выполнения работ, характер местности и состояние исходной геодезической основы в районе выполнения работ, прогноз погоды, условия видимости и пр.

Определение координат пунктов с помощью СГА может выполняться следующими методами: лучевым (рис. 24), сетевым (рис. 25), совмещенным (рис. 26).

Оформление рисунков выполнено в следующих условных знаках:

Треугольник – исходный пункт сети с известными координатами в системе, установленной проектом работ.

Квадрат ‑ опорная станция в сети.

Круг ‑ мобильная станция в сети.

При лучевом методе определяемые пункты координируются с одного опорного пункта (рис. 24, а). Рассматриваемый метод часто называют радиальным. Он широко используется для выполнения топографических съемок в кинематическом режиме. Недостаток лучевого метода заключается в отсутствии контроля определения координат. Для организации такого контроля определяемые пункты при развитии геодезической сети лучевым методом координируются не менее, чем с двух опорных пунктов (рис. 24, б).

Рис. 24. Лучевой метод из одного (а) и двух (б) опорных пунктов	Рис. 25. Сетевой метод

Укажем на важную особенность координатных определений с помощью спутниковой аппаратуры. Пусть определяемые точки 3, 4 находятся на расстоянии 100 м одна от другой и на удалении ≈ 10 км от опорных пунктов 1, 2 (рис. 24, б). Угол засечки  примем равным 45°. Пренебрегая ошибками центрирования, вычислим среднюю квадратическую ошибку положения определяемых точек по формуле

, (18)

где m_S – ошибка измерения расстояния, в статическом режиме для двухчастотной аппаратуры примем m_S  = 5 мм + 1 мм∙ S_км = 15 мм.

В результате получим m_XY = 30 мм. Средняя квадратическая ошибка взаимного положения пунктов 3, 4 будет равна = 42 мм, что при расстояниях между определяемыми точками 100 м дает относительную ошибку 1:2400. Такая точность существенно ниже той, которая могла бы быть получена при непосредственном измерении линии 3 – 4 как с помощью СГА, так и топографическими светодальномерами.

Сетевой метод спутниковых координатных определений предполагает проведение измерений на каждой линии сети (см. рис. 25). Это, по сути, аналог трилатерационных построений.

При сетевом методе целесообразно использовать несколько одновременно работающих станций. Это позволяет в каждом сеансе наблюдений измерять не только запроектированные линии, но и дополнительные, соединяющие любую пару, участвующих в наблюдениях, приемников. По окончании сеанса часть станций остается на месте, а другие устанавливаются на следующих, согласно проекту, пунктах. В очередном сеансе линии между пунктами первой группы измеряются повторно, что позволяет осуществлять контроль их определения. При значительном числе двойных измерений можно выполнять предварительный контроль качества измерений по их разностям.

При использовании сетевого метода контроль качества измерений осуществляется также по невязкам замкнутых построений. В конечном итоге, сетевой метод позволяет за счет избыточных измерений, существенно повысить точность и надежность координатных определений.

При совмещенном методе часть пунктов сети определяется сетевым, а часть пунктов лучевым методами (рис. 26).

Рис. 26. Совмещенный метод	Рис. 27. Полигонометрический ход опирается на пункты GPS-сети

Рассмотрим теперь схемы геодезических построений, в которых спутниковые и традиционные геодезические построения связаны между собой. В этом случае возможны различные варианты (рис. 27 – 30).

Рис. 28. Определение координат пункта засечками от GPS-пунктов:а– линейные;б– обратные линейно-угловые группы пунктов	Рис. 29. СетьGPSопирается на традиционную

Использование спутниковых приемников и электронных тахеометров весьма эффективно при выполнении топографических или кадастровых съемок. Для этого на объекте работ GPS-методом определяется сеть пунктов (минимум 2 пункта). Тахеометр устанавливается в любом месте, удобном для проведения съемок. Координаты точек стояния тахеометров определяются по координатам GPS-пунктов любой из известных засечек (варианты приведены на рис. 28). Съемка выполняется обычным порядком.

Рис. 30. Ступенчатое развитие сетей	Рис. 31. Блочная тахеометрия

Если с какой-либо точки стояния тахеометра нет видимости на GPS-пункты и соответственно невозможно определить координаты точек стояния, то можно использовать принцип блочной тахеометрии (рис. 31).

В этом случае участок разбивается на блоки, в пределах каждого из которых выполняется съемка с одной установки электронного тахеометра. В программу наблюдений включаются, кроме пикетов, имеющиеся в блоке исходные пункты и связующие точки (1 и 2 на рис. 31).

По связующим точкам осуществляется последующее объединение отдельных блоков в единый блок. Число связующих точек между смежными блоками должно быть не менее 2-х. Особенностью метода является то, что необязательна видимость между смежными установками тахеометра.