Anvendt Geodesi. Grundlæggende Om Kosmiske Dimensioner

Indholdsfortegnelse:

Anvendt Geodesi. Grundlæggende Om Kosmiske Dimensioner
Anvendt Geodesi. Grundlæggende Om Kosmiske Dimensioner

Video: Anvendt Geodesi. Grundlæggende Om Kosmiske Dimensioner

Video: Anvendt Geodesi. Grundlæggende Om Kosmiske Dimensioner
Video: The Life-Changing Cosmology 2024, Marts
Anonim
  • GPS
  • GNSS
  • GPS til geodetiske værker

    • Statik
    • Kinematik
    • RTK GPS
  • GPS vs GLONASS
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

Fra de tidligere artikler i vores cyklus "Anvendt geodesi" lærte vi, at for at bestemme koordinaterne for et ukendt punkt, har vi brug for to punkter med kendte koordinater, som er stift fastgjort på jorden (punkter fra State Geodetic Network). Nogle gange var de langt fra emnet, hvilket tvang kunstnerne til at lægge teodolitpassager, ofte flere kilometer. Nu er satellitterne, der konstant bevæger sig i rummet, blevet til en slags "hårde" punkter, i forhold til hvilke koordinaterne for objekter på jorden bestemmes.

GPS

GPS (Global Positioning System - Global Positioning System) er en samling radioelektroniske midler, der beregner placeringen og hastigheden af et objekt på jordens overflade eller i atmosfæren. Disse parametre bestemmes takket være en GPS-modtager, der modtager og behandler signaler fra satellitter. For at forbedre målingernes nøjagtighed inkluderer positioneringssystemet også jordkontrol- og databehandlingscentre.

Når det kommer til GPS, mener vi oftest NAVSTAR-systemet, udviklet efter ordre fra det amerikanske forsvarsministerium. Generelt blev mange innovative ting først "testet" af militæret og derefter "frigivet til masserne." I mange år er udtrykket "GPS" blevet synonymt med satellitnavigation, ligesom neologismen "Xerox" i princippet betyder enhver kopimaskine og ikke kun produktionen af XEROX. I øjeblikket, bortset fra NAVSTAR GPS, udvikles eller lanceres kinesiske Beidou, europæiske Galileo, indiske IRNSS, japanske QZSS og vores oprindelige GLONASS.

Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

Metoder til rummåling bruges til:

  • geodesi og kartografi
  • konstruktion
  • navigation
  • køretøjsovervågning
  • mobil kommunikation
  • redningsaktioner
  • overvåge den tektoniske bevægelse af jordskorpens plader

og på mange andre områder af menneskelig aktivitet. Lad os overveje nogle af de vigtigste anvendelsesområder for rummålesystemer mere detaljeret.

GNSS

Vi støder på enheder i dette navigationssystem på husstandsniveau, under forkortelsen GNSS er begrebet "Global Navigation Satellites System" skjult. Princippet for driften af et satellitnavigationssystem er at måle afstanden fra modtagerantennen til satellitter, hvis positioner er kendt med en tilstrækkelig høj nøjagtighed. Satellitpositionstabellen kaldes almanak og transmitteres på tidspunktet for målingens start fra satellitten til modtageren. Ved således at kende afstandene mellem satellitterne og blive styret af almanakken kan du bruge de enkleste geodetiske konstruktioner, som vi har overvejet i de tidligere artikler i vores cyklus til at beregne objektets rumlige position.

Metoden til måling af afstanden fra en satellit til en modtager er baseret på bestemmelse af hastigheden for transmission af radiobølger. For at muliggøre målinger transmitterer satellitterne præcise tidssignaler, synkroniseret efter hinanden med atomur med høj præcision. I begyndelsen af driften synkroniseres systemtiden for modtageren med satellitten, og yderligere målinger er baseret på forskellen mellem tidspunktet for signalemission og tidspunktet for dens modtagelse. Baseret på disse data beregner navigationsenheden den geografiske placering af jordantennen, men objektets hastighed, kurs og andre parametre er afledte af modtagerens startposition. Som du sikkert husker fra dit gymnasium fysik kursus, er hastigheden af radiobølger lig med lysets hastighed, så du kan forestille dig den samlede nøjagtighed af systemet, der bestemmer afstanden i millisekunder.

Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

GNSS / GPS-antenne

Hvorfor får vi i nogle tilfælde en ret nøjagtig placeringsværdi, og i nogle tilfælde er værdien ikke helt korrekt? Ikke hver modtager har et atomur indbygget, derfor er det nødvendigt at modtage et signal samtidigt fra mindst tre satellitter for at synkronisere og bestemme positionen med acceptabel nøjagtighed. Styrken af det modtagne signal påvirkes af jordens tyngdefelt, forhindringer i form af træer, huse, reflekterede (fantom) signaler, atmosfærisk interferens og en række andre årsager. Da det er umuligt at placere højeffektsendere på en satellit, får du den mest nøjagtige placering i åbne rum med en klar horisont.

Nu, kære læser med en smartphone med en indbygget GPS-modtager, skynder vi os at irritere dig - du kan ikke ansøge om at åbne et geodetisk firma. Dette skyldes, at lommemodtageren bruger en metode kaldet absolut til at beregne positionen. Med samtidig observation af 4 satellitter kan positioneringsnøjagtigheden nå 8 meter, dette er nok til navigationsmålinger. Til geodesi anvendes en relativ målemetode, hvor mindst to modtagere anvendes. En af dem er indstillet til et punkt med kendte koordinater (den såkaldte "base"), og den anden bruges til at bestemme koordinaterne for ukendte punkter. Når to modtagere arbejder sammen, øges målenøjagtigheden med 100 gange, og vi kan allerede få koordinater med centimeternøjagtighed, hvilket er tilstrækkeligt til geodetiske behov.

GPS til geodetiske værker

For at bruge rumobservationssystemer til topografisk arbejde anvendes flere metoder, som adskiller sig i nøjagtigheden af de opnåede værdier og den tid, der bruges på at opnå dem.

Statik

For at bestemme koordinaterne for et ukendt punkt installeres en modtager på triangulerings- eller polygonometripunktet (kendt punkt), og den anden modtager placeres på det punkt, hvis koordinater skal bestemmes. Desuden initialiseres enhederne synkront, fordi målinger kun begynder, når to modtagere er tændt samtidigt. Hvis en af enhederne arbejdede i en halv time og den anden i 15 minutter, vil kun 15 minutters samarbejde blive brugt til at indhente data. Når modtagerne har fundet satellitter, begynder dataindsamlingen, som efterfølgende behandles på en computer.

Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

Det tager normalt 15-30 minutter fra at tænde instrumentet til start af arbejdet (få de korrekte værdier), afhængigt af de samtidig observerede satellitter. I de første 20-30 minutter giver "basen" dækning med tilstrækkelig målenøjagtighed af 5-kilometerzonen, så hvert 10. minut udvides denne radius med henholdsvis 5 km, idet man kender den omtrentlige afstand fra stationen til basispunktet, kan man groft beregne den tid instrumentet står for nøjagtig bestemmelse af koordinater.

Som vi kan se på skærmbilledet af et af datajusteringsprogrammerne, er den grønne bjælke basisdriftstiden, og de korte farvede bjælker er den tid, som modtagerne bruger på stationen med ukendte koordinater. Ved hjælp af specialsoftware kan du afvise forkerte måleværdier og øge den samlede nøjagtighed af de opnåede værdier.

Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

Fordelen ved denne metode er den høje målenøjagtighed, minus er den tid, det tager at initialisere hvert punkt.

Kinematik

"Basen" er placeret på samme måde ved et punkt med kendte koordinater, og den anden modtager kan efter initialisering registrere punkter i bevægelse uden yderligere initialisering før hver måling. Hvis vi antager, i den første metode, to basepunkter, hvorfra den tacheometriske undersøgelse vil blive udført, dvs. til arbejde er vi stadig nødt til at have en totalstation, så i tilfælde af kinematiske målinger er to modtagere nok, hvoraf den ene udfører funktionen af en totalstation, punktregistreringstiden er 1-2 minutter.

Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

Denne metode er velegnet til kortlægning af lineært udvidede genstande såsom kraftledninger, kanaler, veje, olierør osv. Fordelen ved denne metode er at spare tid, ulempen er, at det er ønskeligt at udføre målinger i en kort afstand fra basen, ca. 5–15 km. Hvis signalet fra satellitten pludselig forsvinder, skal initialiseringsproceduren gentages, så denne metode er ikke altid mulig at anvende i store byer, hvor høje bygninger og træer dækker horisonten.

RTK GPS

Hvis de to første metoder giver os placeringen af et punkt i det internationale koordinatsystem, som derefter skal oversættes til en regional, så giver RTK-metoden (fra den engelske realtidskinematik - kinematik i realtid) os mulighed for at opnå værdierne for den geografiske placering af punkter i koordinatsystemet, der er vedtaget for vores område bruger kun en modtager. Nej, basispunktet findes utvivlsomt, men i dette tilfælde er basispunkterne fastgjort på høje bygninger og danner samlet et netværk, der ligner en mobil. Både modtageren og basestationerne udveksler information via Internettet, som gør det muligt for dem at synkronisere ikke kun med satellitter, men også med hinanden ved at omgå kæden til genberegning og justering af koordinater i specialsoftware.

Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

Som du forstår, er basestationer langt fra at blive bygget af entusiaster, adgang til dem er betalt, men det er mere end tilbagebetalt af antallet af brugt arbejdstid. Faktisk, hvis teamet i tilfælde af statiske målinger består af mindst tre personer, hvoraf den ene beskytter "basen", og de to andre foretager undersøgelser ved hjælp af en totalstation, så er kun en specialist nok til RTK-målinger. Initialiseringen af sådanne enheder sker næsten øjeblikkeligt, efter et par minutter er værktøjet klar til at indsamle data eller udføre den modsatte handling - for at udføre indsatsen af undersøgelsespunkter beregnet på forhånd på en computer, hvilket er nødvendigt, for eksempel når man lægger et plot til konstruktion. Dette er fremtidens teknologi. Generelt, uanset hvor paradoksalt det lyder, vil den næste generation af landmålere blive repræsenteret af it-specialister,alderen på programmerbare regnemaskiner og Bradis-tabeller er væk.

GPS vs GLONASS

For at bestemme koordinaterne for NAVSTAR GPS og GLONASS anvendes 21 opererende satellitter og tre ekstra satellitter, der roterer på cirkulære orbitale planer, og disse planer i GPS-systemet er tre gange mere end i GLONASS. Satellitterne er udstyret med solpaneler og flyver over 20 km over jordens overflade. En sådan afstand fra planeten og antallet af satellitter giver mulighed for samtidig observation af mindst 4 satellitter næsten hvor som helst i verden. Tiden for en komplet revolution omkring Jorden er 12 kosmiske timer.

Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner
Anvendt geodesi. Grundlæggende om kosmiske dimensioner

I GPS-systemet udsender alle satellitter et signal med to identiske frekvenser, og hver enhed sender sin egen individuelle kode, der gør det muligt at identificere satellitterne. GLONASS har den samme kode for alle satellitter, udsendelse udføres også i to bånd. Som du kan se er systemernes parametre omtrent de samme, så hvem er bedre?

Hvis GPS giver tilstrækkelig nøjagtighed til bestemmelse af koordinater rundt om i verden, bliver GLONASS "skærpet" for russiske virkeligheder, hvilket teoretisk giver det mulighed for mere nøjagtigt at bestemme den geografiske placering af punkter på jorden i vores land. Det russiske positioneringssystem afhænger ikke af stemningen hos "Onkel Sam", som bevidst sænkede nøjagtigheden af målingerne under militære konflikter og delvist kodede signalet. Under alle omstændigheder er GPS og GLONASS ikke konkurrenter, men på en eller anden måde allierede, så det giver mening at købe modtagere, der understøtter to systemer på samme tid, nøjagtighed vil kun drage fordel af dette.

Anbefalet: