Спутниковые методы позиционирования стали неотъемлемой частью геодезического производства. Если раньше применяли классические методы производства геодезических работ и тратили большое количество времени, то теперь на производство требуется гораздо меньше времени [1].
Дифференциальные сети (сети постоянно действующих базовых станций) – мощный инфраструктурный продукт, состоящий из различных подсистем [2].
Сети базовых (дифференциальных) станций создаются с целью обеспечения полями поправок. Однако на сегодняшний день не существует требований, предъявляемых к плотности пунктов и установке антенн при развитии сетей дифференциальных (базовых станций).
Цели исследования – проанализировать требования к закреплению пунктов сети постоянно действующих базовых станций, а также требования к их расположению.
Материалы и методы исследования
Пункты сетей базовых станций работают в круглосуточном режиме. Собранные данные по сигналам передаются по различным каналам связи в центр управления. Специализированное программное обеспечение, установленное на сервере центра управления, выполняет обработку спутниковых измерений и формирует необходимые данные для обеспечения работы пользователей в режиме постобработки и в режиме реального времени [3, 4]. На рисунке 1 приведена обобщенная схема работы постоянно действующих базовых станций.
В качестве материалов исследования выступают сети базовых станций. Несмотря на достаточно большое количество существующих сетей референцных станций, удобнее работать со следующими:
1) EFT COORS;
2) HIVE;
3) SmartNet.
Сети базовых станций EFT-COORS – современный инфраструктурный проект [5]. Каждый из пунктов дифференциальной (референцной) сети оснащен современным высокоточным геодезическим приемником, а также устройством для резервного копирования и источником бесперебойного питания для поддержания работы в течение суток. Антенны спутниковой сети устанавливаются на специальном кронштейне, который обеспечивает жесткое крепление и несбиваемость горизонтировки. Свыше 650 станций включено в сеть EFT COORS. На рисунке 2 приведено расположение станций сети базовых станций EFT-COORS.
Система HIVE – один из мощных развивающихся проектов, насчитывающий свыше 700 станций в 79 регионах страны.
Существует возможность представления координат в 2 вариантах: в геодезической системе координат (BLH) и в системе координат ITRF2014. На рисунке 3 приведены станции системы Hive [6].
Сеть базовых станций SmartNet по сравнению с сетями EFT COORS и HIVE имеет меньшее количество базовых станций, но стоимость подписки на выполнение работ на порядок ниже [7]. Однако результаты предоставляются только в геодезической системе координат (BLH), в отличие от предыдущих 2 базовых станций.
Также существуют и специальные геодезические сети постоянно действующих базовых станций. Так, например, к такой классификации можно отнести сеть ОАО РЖД. В качестве примера можно выделить сеть, состоящую из каркасных и опорных пунктов вокруг МЦК [8-10].
Рис. 1. Схема работы постоянно действующей базовой станции
Рис. 2. Расположение постоянно действующих станций EFT COORS
Рис. 3. Расположение постоянно действующих станций HIVE
Результаты исследования и их обсуждение
Несмотря на то что спутниковые методы позиционирования постепенно заменяют классические методы производства топографо-геодезических работ, до сих пор остаются нерешенные вопросы:
1) отсутствие требований к закреплению пунктов постоянно действующих сетей базовых станций;
2) отсутствие требований к плотности пунктов в современных реалиях; в существующих нормативных документах не освещен вопрос по поводу плотности пунктов сетей базовых станций.
Закладка новых пунктов до необходимой плотности осуществляется на основании технического задания. В связи с тем, что антенны устанавливаются на продолжительное время и любое смещение окажет неблагоприятное влияние на точность определения координат, предлагается устанавливать антенну на специальный адаптер с жесткой фиксацией горизонтирования (рис. 4).
На сегодняшний день пункты распределены неравномерно. Так, например, на территории г. Москвы расстояние между пунктами сетей базовых станций не превышает 10 км. В обжитых районах на территории РФ расстояние между смежными пунктами составляет не более 50 км. В то же время в малообжитых районах пункты расположены на расстоянии примерно 150 км, что, по нашему мнению, является недостаточным для бесперебойного покрытия полем поправок.
Рис. 4. Устройство для установки антенн
Для примера рассмотрены основные аспекты закрепления пунктов в сравнении с пунктами ГГС. В малообжитых территориях один пункт на 50–60 км2; в труднодоступных районах 1 пункт на 75–90 км2; в обжитых районах 1 пункт на 5–15 км2.
В обжитых районах, где ГГС дополняется сетями сгущения: 1 пункт на 1 км2 для незастроенной территории; 4 пункта на 1 км2 для застроенной территории. В то же время, с точки зрения СГС-1, при средней плотности сети расстояния между пунктами должно быть 25–35 км; 40–50 км в необжитых районах, кроме сейсмически активных.
Предлагаемые решения
По мнению авторов, оптимальным вариантом решения может быть следующее.
1. С точки зрения закрепления антенн сетей базовых станций, авторами предлагается использовать требования по закреплению центров геодезических пунктов.
2. С точки зрения плотности геодезических пунктов, рекомендуется закреплять пункты сети постоянно действующих базовых станций в диапазоне расстояний 50–60 км, поскольку в настоящее время регламентируется точность получения поправок с пунктов базовых станций не более 30 км. В настоящее время при таких параметрах обеспечивается покрытие всего лишь 30% территории страны, что, несомненно, недостаточно для бесперебойного покрытия полем поправок.
Рис. 5. Вариант базовой станции
Для постепенной замены пунктов «традиционных геодезических сетей» на пункты постоянно действующих (дифференциальных) сетей базовых станций авторами предлагаются следующие поправки в конструкцию базовых станций. На рисунке 5 приведен пример структуры базовой станции (вид сбоку).
Данная базовая станция состоит из 3 составляющих:
1) металлической штанги, жестко закрепленной к поверхности крыши;
2) 360-градусной призмы;
3) ГНСС-приемника, обеспеченного устройством бесперебойной работы.
Металлическая штанга необходима, чтобы была видна 360-градусная призма с поверхности земли при проложении, например, тахеометрического хода.
Благодаря использованию комбинации спутникового приемника и 360-градусной призмы появится возможность не только привязки к геодезической сети, но и отвязки от данных пунктов, что, несомненно, приведет к сокращению временных затрат на выполнение комплекса топографо-геодезических работ.
В статьях [1, 2] приводится классификация сетей базовых станций. В работах [11–13] описаны основные проблемы, связанные с сетями базовых станций. В работах [3, 14] приводится исследование на примере геодезического обеспечения сетями базовых станций на примере Республики Крым.
Заключение
Из проведенных исследований видно, что вопросы, связанные с размещением базовых станций, требуют более тщательной проработки. Остаются неизученные вопросы, требующие углубления исследований, в части:
1) размещения пунктов в зависимости от плотности;
2) исследования влияния расстояний на точность определения координат в режиме RTK свыше 10 км;
3) проведения полевых и камеральных работ по определению точности в различных вариациях созвездий;
4) колебаний центра антенны в зависимости от типа закрепления и климата.
Безусловно, востребованность применения систем базовых станций (СБС) в ближайшем будущем будет способствовать проведению данных исследований.