Лекция №11 Сети виртуальных базовых станций

В настоящее время во многих странах существуют системы VRS сетей базовых станций, которые обеспечивают необходимыми данными конечных пользователей, решая задачи высокоточного и оперативного определения местоположения в реальном времени. Различные варианты VRS инфраструктуры применяются средними и крупными компаниями, позволяя использовать новые возможности этой передовой технологии.

Работа с использованием собственной VRS сети ГЛОНАСС/GPS базовых станций стала идеальным решением для крупных компаний. Благодаря данному решению полевые бригады компании получают возможность вести высокоточные работы в любое время и в любом месте этой сети. Они больше не испытывают ограничений, связанных с удаленностью от базовой станции или с дальностью действия типового диапазона радиосвязи. Бригады, занятые в картографировании, строительстве и изысканиях, получают надежные, качественные и высокоточные результаты.

За счет использования сети ГЛОНАСС/GPS базовых станций полевые бригады могут быть сокращены до одного человека, что приводит к увеличению подвижных бригад в 2-3 раза, снижению времени выполнения работ и трудозатрат. Масштабируемая сеть RTKNet позволяет легко включать в свой состав новые базовые станции по мере роста потребностей компании и ее деловых партнеров. Во многих странах мира частные компании, муниципалитеты и государственные учреждения занимаются созданием своих сетей GNSS инфраструктуры. Малые компании делают рациональные инвестиции в новые технологии для сохранения конкурентоспособности в современных условиях ведения бизнеса. Например, компания при заключении нового контракта выясняет, что ей требуется дополнительная бригада для проведения спутниковых измерений. В компании уже есть две GNSS системы, поэтому принимается решение об использовании одного из приемников в качестве стационарной базовой станции на здании своего офиса. Для управления опорной станцией компания приобретает по Trimble GPSBase. Данное программное обеспечение управляет передачей стандартных RTK поправок по каналам радио или сотовой связи полевым бригадам. Кроме того, в программном обеспечении GPSBase регулярно производится загрузка полевых данных через Интернет для их постобработки в офисе.

Такая схема является идеальной для проведения локальных съемок, вдобавок за счет разделения двух GNSS систем компания теперь имеет одну стационарную базовую станцию и три подвижных RTK приемника. Поскольку GPSBase очень удобно в настройке, то при небольших инвестициях и быстром освоении этой программы компания получают возможность заключения дополнительных контрактов и получения прибыли. Также при увеличении объемов и необходимости оперативного выполнения работ малые компании могут расширять свои сети или совместно с другими компаниями объединять свои базовые станции в единую сеть. Это позволит им обеспечить быстрое выполнение работ за счет широкой области покрытия сети ГЛОНАСС/GPS базовых станций и увеличить перечень выполняемых работ, включая создание сетей геодезического обоснования, топографическую съемку и разбивку трассы под строительство.

Принцип VRS “Виртуальной Базовой Станции” основан на вычислительном центре со специализированным программным обеспечением GPSNet и RTKNet и сети ГЛОНАСС/GPS базовых станций, имеющих постоянное подключение к сети Интернет, передающих данные в центр управления. Так же существует специальное сетевое программное обеспечение для контроля сети при удаленном доступе WEBServer [1]. Компьютер центра управления непрерывно накапливает данные, поступающие от всех приёмников, и формирует базу данных “коррекций для локальных площадей” (Regional Area Correction). Это позволяет создать Виртуальную Базовую Станцию, расположенную как бы в нескольких метрах от передвижного приёмника и принимать сырые данные от неё. Данная технология может быть использована как для режима RTK, так и для режима пост-обработки. При режиме пост-обработки, подвижный приемник производит измерения на местности без использования дополнительного оборудования (радио или сотовых модемов) и необходимых в таких случаях подвижной базовой станции, которая должна находиться на определенном расстоянии. Также при обычном методе съемки подвижный приемник должен производить длительный сеанс работы на одной точки съемки в зависимости от удаления от базовой станции. Эта проблема также решена при сетевом методе. Приемнику необходимо получить минимальное количество информации в поле. После полевых работ данные скачиваются на компьютер. Для обработки данных в программном обеспечении создается VRS базовая станция в нескольких метрах от точки съемки, что и позволяет решить проблему удаленности и времени измерений.

Для территорий с большой площадью хорошо подходит технология VRS. На Рис. 1 показано, как работает данная технология. Для инициализации, подвижный приемник (Ровер) дозванивается до вычислительного центра сети и передает свое приблизительное местоположение с точность 10-15 м. Сеть VRS генерирует набор виртуальных измерений, подобных тем, которые наблюдала бы фактическая база, расположенная в месте нахождения Ровера, отсюда и следует термин Виртуальная Базовая Станция. При этом передвижной приёмник интерпретирует и использует эти данные так, как будто бы они получены от реально существующей базовой станции. В результате значительно увеличивается производительность RTK режима.

Рис. 6 Принцип работы виртуальных базовых станций.

Данное решение достигается за счет того, что вычислительный центр использует все станции в сети, производя мониторинг изменений источников ошибок, например, атмосферных условий и орбитальных ошибок спутников. Помимо этого ежедневно базовые станции подвергаются воздействию множества факторов окружающей среды, которые могут оказать существенное влияние на точность сетевых поправок. На физическое положение антенны базовой станции могут оказывать влияние тектонические движения, просадка и даже погода. Дополнительные преимущества использования VRS состоят в том, что координаты всегда определяются в общей системе координат и это решение способно обеспечить непрерывный контроль целостности системы. Комплексный пакет для мониторинга деформаций в сетях ГЛОНАСС/GPS базовых станций, разработанный для предоставления оператору сети первоочередной информации об изменениях в самой сети и о том, как эти изменения повлияют на ее качество. Движение является неотъемлемой характеристикой GNSS сетей. Движения могут быть вызваны различными причинами, большинство из которых не поддаются непосредственному контролю. Даже незначительные ошибки могут привести к большим проблемам в настройке сети. Внезапное смещение на обширной площади обычно вызвано тектоническими движениями. В случае землетрясения может измениться положение нескольких или даже всех станций в сети (Рис. 7).

Рис.7 Фиксирование изменений положения одной из баз в системе VRS.

Сезонные течения в подземных водоносных слоях, бурение и другие горные работы оказывают влияние на измерения на земной поверхности, подобное влиянию тектонических сдвигов. Обеспечение точности сети требует систематического подхода. Регулярные проверки состояния позволяют получить важные данные о динамике, представить движения земной коры и более четко понять циклическую природу смещений. Все отличие состоит в знании того, как реагировать на данное движение. В случае значительного события операторам сети необходимо действовать быстро. Принимаемые ими меры зависят от возникшей ситуации и специфических особенностей вашей сети. Полный набор средств мониторинга и анализа, позволяют оценить динамические процессы в вашей сети. Используя различные комбинации вычислительных модулей можно получить требуемые решения своих уникальных задач, как в реальном времени, так и при постобработке [4]. При этом точность и надежность измерений увеличивается по сравнению обычным методом съемки в RTK режиме. Время инициализации, необходимое для RTK, также меньше. Кроме того, любой мобильный приемник может работать и в обычном режиме от одной ближайшей базы. В этом случае на нем может использоваться стандартное программное обеспечение.

Расстояния между базами VRS могут быть до 50 км, и пользователи могут выполнять RTK измерения с точностью и эффективностью инициализации, подобными той, которые были бы на коротких расстояниях при использовании обычной RTK базы. VRS сети могут охватывать город, район или даже целиком страну очень высокоточными, высокоскоростными измерениями в реальном времени. Опыт работы показывает, что при использовании виртуальных базовых станций, в режиме RTK, время работы в поле сокращается в 2-3 раза [2].

Еще одно из преимуществ сети VRS ГЛОНАСС/GPS базовых станций заключается в коммерческом использовании. Применение такого подхода позволяет, помимо удовлетворения нужд организации в обеспечении геодезическими данными, производить продажу зарегистрированным пользователям различных видов услуг для режимов RTK и пост-обработки. Так же организация может реализовать привлечение дополнительных средств за счет предоставления возможности точного позиционирования для нужд строительной и сельскохозяйственной техники и организаций занимающихся точным позиционированием транспортных средств.

Данная система является неотъемлемой частью для задач ГИС. Качество геопространственных данных, полученных по средствам сетей VRS, также повышается в связи с улучшением контроля качества и точности данных на более длинных расстояниях, обеспечиваемых системой. В связи с тем, что технология VRS позволяет пользователям работать рядом с мобильным приемником в полевых условиях, число систематических ошибок, свойственных традиционным системам ГЛОНАСС/GPS, значительно сокращается или они устраняются, что позволяет пользователям достигнуть точности в RTK режимах на более длинных расстояниях [3].

Рис.8 Общий принцип работы системы.