Дипломная работа (колледж/техникум) на тему Теоретические основы и методы использования спутниковых навигационных систем для выполнения топографо-геодезических работ

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 2
ГЛАВА 1. СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ: ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 4
1.1. Основные сведения о навигационных системах и сферах их применения 4
1.2. Элементы и принципы функционирования НСС 9
1.3 Геодезическое спутниковое оборудование и его характеристики 14
1.4 Спутниковые определения при создании геодезических сетей 18
ГЛАВА 2. ПРОИЗВОДСТВО ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ НА ОБЪЕКТЕ 22
2.1 Топографо-геодезическая изученность на объекте проводимых работ 22
2.2 Топографо-геодезическое обеспечение при геологоразведочных работах 28
2.3 Определение координат с помощью глобальных навигационных спутниковых систем 28
2.4 Применение спутниковых методов измерений при инженерно-геологических изысканиях 34
2.5 Работа спутникового оборудования в режиме «RTK» 34
2.6 Дифференциальные базовые станции 38
2.7 Преимущества и недостатки спутниковых систем и перспективы их использования 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 44

Введение:

Геодезические спутниковые технологии появились в России в начале 1990-х гг; почти на 10 лет позднее, чем в США. Их преимущества перед обычными методами геодезии было настолько впечатляющими, что, они быстро стали находить в топографо-геодезическом производстве в России все более широкое применение.
Термин «спутниковые технологии», «GPS технологии» (или ГЛОНАСС/GPS технологии) применяется для способов определения координат с применением спутниковых радионавигационных систем (СРНС) – американской системы GPS и российской ГЛОНАСС. Каждая из этих СРНС при полном развертывании состоит из 24 спутников, вращающихся на орбитах с высотой около 20000 км. Спутники непрерывно передают сигналы, содержащие информацию об их положении и точном времени, а также дальномерные коды, позволяющие измерить расстояния.
Высокая точность современных спутниковых координатных определений в сочетании с возможностью проведения измерений в самых разнообразных физико-географических условиях создали предпосылки для эффективного использования спутниковых методов при решении широкого круга задач.
Тема применения спутниковых технологий при инженерно-геологических изысканиях представляется актуальной, так как является важной составляющей при проектировании разработки месторождений, рекогносцировки территорий под последующее использование. Учитывая тенденцию к укреплению урбанистических направлений, расширению городов, многочисленному строительству, предполагается полезность тех или иных ресурсов, способствующих данному процессу.
Геодезическое обеспечение геолого-геофизических исследований включает в себя комплекс работ, выполнение которых непосредственно влияет на качество проводимых исследований в целом. В частности, это: создание геодезической основы, вынос на местность пунктов измерений с определением их местоположения в заданных системах координат (разбивочно-привязочные работы), создание топографических планов и прочие сопутствующие работы.
В настоящее время для геодезического обеспечения геологоразведочных работ широко применяются Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), в частности GPS (США) и ГЛОНАСС (РФ).
Объект исследования — спутниковые навигационные системы.
Предмет исследования – основы и методы использования спутниковых навигационных систем для выполнения топографо-геодезических работ.
Цель исследования – проанализировать основы и методы использования спутниковых навигационных систем для выполнения топографо-геодезических работ.
Задачи исследования:
1. Изучить основные сведения о навигационных системах и сферах их применения;
2. Рассмотреть элементы и принципы функционирования НСС;
3. Изучить геодезическое спутниковое оборудование и его характеристики;
4. Рассмотреть спутниковые определения при создании геодезических сетей;
5. Проанализировать производство геодезических работ на объекте.
Теоретическая значимость работы состоит в глубоком изучении основ и методов использования спутниковых навигационных систем для выполнения топографо-геодезических работ.
Практическая значимость состоит в том, что работа может быть использована в качестве лекционного материала.

Заключение:

Потребность в спутниковых системах появилась во второй половине прошлого века. Однако это было на уровне утопии. Но благодаря достижениям научно-технического прогресса, освоение космоса и в то же время развитие спутниковых систем стало возможным.
С внедрением спутниковых технологий в топографо-геодезическую съемку принципы полевой и офисной работы резко изменились, что дает основание говорить о революционных преобразованиях в геодезии, связанных со спутниковыми методами геодезических измерений на поверхности Земли. Использование традиционных геодезических методов триангуляции или полигонометрии для передачи координат с высокой точностью на значительные расстояния невозможно из-за кривизны земной поверхности и неизбежных ошибок измерений. Например, для обеспечения прямой видимости между точками необходимо было выбрать расположение точек на высоте команд и построить знаки. И только с запуском первых искусственных спутников Земли (AES) стало возможным проводить высокоточные геодезические измерения при отсутствии прямой видимости между точками.
Геодезические измерения, основанные на традиционных методах, должны быть сделаны в неустойчивых поверхностных слоях атмосферы. В результате внешние условия являются основным источником ошибок. Подавляющее большинство традиционных геодезических методов приспособлены для выполнения измерений между фиксированными точками, что отрицательно влияет на разработку методов, ориентированных на выполнение геодезических измерений в движении (морская геодезия, аэрофотосъемка и т. д.).
Геодезические методы, разработанные в течение многих лет, были ориентированы на раздельное создание плановых и высотных сетей, что связано с отсутствием универсальности традиционных методов. Альтернативный подход к выполнению геодезических измерений на фундаментальной основе заключается в использовании методов пространственных измерений с использованием положений искусственных спутников Земли в качестве опорных точек. Основанные на этих принципах, измерительные системы называются системами глобального позиционирования.
Наблюдатель, перемещаясь по местности с приемником, автоматически фиксирует координаты объектов и дополнительно вводит информацию об их свойствах в накопители. Затем данные сохраняются в цифровом виде в соответствующих форматах и могут отображаться на экране. Помимо приемников спутниковых систем, на мобильных платформах устанавливаются инерциальные системы и цифровые видеокамеры. Инерциальные системы поддерживают непрерывную привязку даже в тех случаях, когда приемники теряют спутниковые сигналы. Видеокамеры позволяют получать стереоизображения, которые впоследствии обрабатываются стереофотограмметрическими методами.
Таким образом, благодаря развитию спутниковых технологий, принципы ведения полевой и офисной работы существенно изменились. Это позволило не только облегчить саму работу, но и сэкономить время и повысить точность измерений.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ: ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
1.1. Основные сведения о навигационных системах и сферах их применения
Определение местоположения на Земле было одной из важнейших задач человечества. С появлением компаса задача существенно упростилась. Изобретение морского компаса дало мореплавателям надежное средство для ориентировки в море в любое время дня и ночи, независимо от погоды и было необходимым шагом к эпохе великих географических открытий. Одновременно шло развитие картографии.
Развитие цивилизации в XX веке потребовало более точных методов определения координат. Решение данной задачи стало результатом технического прогресса второй половины XX века. И по сей день во многих сферах жизнедеятельности определение координат и места положения на земле является неотъемлемой частью. Прогресс не стоит на месте и задача по определению навигационных данных упрощается с каждым годом, и на данный момент присутствует много средств навигации облегчающих эту задачу, на каждом из них хотелось бы остановиться поподробнее [5].
Впервые предложение по использованию спутников для навигации было сделано проф. В. С. Шебшаевичем в 1957г. при исследовании приложений радиоастрономических методов в самолетовождении. В это же время в США для обеспечения навигационного пуска баллистических ракет «Поларис» была разработана доплеровская спутниковая радионавигационная система первого поколения «Transit» 1964г. Немного позднее в 1967 году на орбиту высотой 1000км с наклонением 83 градуса был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос -192».
На территории России сегодня действуют две системы ГНСС: ГЛОНАСС и GPS, применяются совмещенные приемники ГЛОНАСС/GPS. Упрощенно их работа выглядит так: спутники передают сигналы на Землю; на Земле приемники системы принимают эти сигналы (достаточно получить сигнал минимум от трех спутников одновременно (для воздушного судна – четыре спутника), чтобы вычислить координаты местоположения приемника); далее эти координаты передаются в какие-либо устройства для дальнейшего использования.
При совместном использовании навигационных систем ГЛОНАСС/GPS ошибки определения координат составляют 2-3 м при использовании в среднем 14-19 КА (космических аппаратов), в зависимости от точки приема [1, 2]
Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Виды навигации, которые выделяет современная картография следующие:
• Морская навигация — раздел навигации, изучающий судовождение, разрабатывающий теоретические обоснования и практические приёмы вождения судов.
• Астрономическая навигация — метод определения координат судов и летательных аппаратов, основанный на использовании радиоизлучения или светового излучения небесных светил.
• Бионавигация — способность животных выбирать направление движения при регулярных сезонных миграциях.
• Воздушная навигация — прикладная наука о точном, надёжном и безопасном вождении в воздухе летательных аппаратов.
На данный момент в мире существует четыре проекта глобальных радионавигационных спутниковых систем (ГНСС): один действующий – американский GPS, один восстанавливаемый – российский ГЛОНАСС и два развертываемых – европейский Galileo и китайский Compass.
Для достижения глобальности навигационно-временного обеспечения в штатном составе космического сегмента четырех упомянутых проектов должно быть:
— GPS – 24 спутника семейства NAVSTAR GPS;
— ГЛОНАСС – 24 спутника серии ГЛОНАСС-М;
— Galileo – 30 спутников серии GALILEO;
— Compass – 51 спутник (в перспективе 66) [12].