Базові станції GPS
Базові станції ДПСУ.
Цей принцип відносних вимірювань поширюється на всі типи ГНСС зйомки, включаючи статику, де в процесі постобробки даних однаково відбувається послідовна передача координат від одного приймача до іншого за певними алгоритмами. Але найбільш яскраво роль опорного (або базового) приймача проявляється у кінематичних видах зйомки, коли один приймач стаціонарно розташований на відомій точці, а координати інших рухомих приймачів (роверів) визначаються щодо нього. Такий опорний приймач називається базовою станцією. Як випливає з вищесказаного, базові станції застосовуються практично у всіх додатках, в яких використовуються супутникові координатні визначення – інженерні дослідження, геодезичні роботи, картографія, ГІС, кадастрові роботи, будівництво доріг та складних інженерних споруд, системи управління будівельною технікою, системи точного землеробства, моніторинг деформацій інженерних об'єктів, навігація транспорту тощо.
Зазвичай базовий приймачвстановлюють на штатив над вихідною точкою, і він продовжує роботу доти, доки разом з ним працюють ровери. Робота може виконуватися в режимі кінематики з постобробкою, коли координати роверів згодом розраховуються в офісі в результаті постобробки накопичених усіма приймачами результатів вимірювань. Робота також може здійснюватися в режимі кінематики в реальному часі (RTK), коли базовий приймач каналом зв'язку (радіо або GSM/GPRS) передає деяку інформацію (поправки) на ровер, а ровер за допомогою цієї інформації обчислюють свої поточні координати. В обох випадках такий базовий приймач називають ще польовою базовою станцією, тому що він встановлюється в полі в районі робіт тільки на період виконання вимірювань роверами.
У наші дні відбувається активний розвиток інфраструктури базових станцій, що постійно діють (або референцних). Їхня принципова відмінність від польових базових станцій полягає в тому, що референцні станції монтуються стаціонарно і працюють цілодобово, забезпечуючи в зоні своєї дії роботу необмеженого числа ГНСС приймачів.
Слід зазначити, що до вибору місця розташування станцій, що постійно діють, пред'являються певні вимоги. Насамперед, антена базового приймача повинна бути розташована в місці з відсутністю перешкод для поширення супутникових сигналів - домінуючих будівель, інженерних конструкцій, джерел сильного електромагнітного випромінювання, поверхонь, що призводять до переображення супутникового сигналу. Іншими словами, повинен забезпечуватись стабільний прийом сигналів від максимально можливої кількості супутників над горизонтом. Крім того, антена повинна бути надійно зафіксована та займати незмінне становище у процесі вимірювань. Власне приймач повинен розташовуватися добрезахищеному місці (у спеціальній металевій шафі, або всередині приміщення, що охороняється), де є доступ до стабільного джерела живлення та ліній зв'язку (Інтернет). Найчастіше, для встановлення таких станцій використовують капітальні будівлі, в тому числі адміністративні та офісні будівлі, оскільки в більшості випадків вони задовольняють вимогам, що висуваються.
Якщо в районі робіт є постійно діюча базова станція, користувачі ДПСУ обладнання отримують наступні переваги:
- Спрощення логістики польових робіт Більше не потрібно встановлювати польову базову станцію та залишати персонал на її обслуговування, у тому числі охорону. Скорочується кількість польових бригад, які потрібно транспортувати до місця роботи і назад. Простіше планувати час на виконання робіт, оскільки дані з базової станції, що постійно діє, доступні цілодобово.
- Економія ресурсів Потрібна менша кількість польового персоналу, транспорту, ДПС обладнання для виконання того ж обсягу робіт. Резервувати обладнання для використання як польові базові станції більше не потрібно, а вже наявні супутникові приймачі можна використовувати більш ефективно, оптимізуючи інвестиції на придбання нового обладнання.
- Гарантія точності результатів Всі визначення виконуються в системі координат вихідного пункту, розташування якого точно виміряно і постійно контролюється. Виключаються помилки встановлення польових приймачів над відомими точками.
Важливо відзначити, що наявність постійно діючої базової станції дає переваги при виконанні будь-яких видів ДПС зйомок. Наприклад, при роботі в статиці тепер потрібно на один приймач менше, оскільки дані з базовоїстанції можуть використовуватись у спільній обробці результатів вимірювань. Відомо, що для точної обробки статичних вимірювань слід використовувати не менше трьох ГНСС приймачів (щоб можна було утворити жорсткі фігури у вигляді трикутників). У разі використання даних з базової станції достатньо двох приймачів для досягнення того ж рівня точності вимірювань. При роботі в режимі кінематики (наприклад, методом «Стій/іди») знадобляться лише ГНСС ровер, а всі результати будуть оброблені з використанням файлів вимірювань наявної базової станції. При зйомці RTK постійно діюча базова станція забезпечить поправками необмежену кількість RTK роверів в зоні свого покриття.
Слід зазначити, що управління роботою базової станції, що постійно діє, як правило, здійснюється дистанційно з центру управління за допомогою спеціального програмного забезпечення, тобто постійного знаходження персоналу в місці встановлення обладнання не потрібно. Програмне забезпечення для управління роботою базової станції, що постійно діє, виконує такі функції:
- Дистанційне налаштування параметрів роботи базового приймача; оновлення версій внутрішнього програмного забезпечення;
- Передача результатів вимірювань базового приймача (у внутрішньому форматі) персональний комп'ютер центру управління;
- Перетворення результатів вимірювань у міжнародний формат обміну даними RINEX, збереження файлів даних у цьому форматі, надання RINEX фалів користувачам для їхньої спільної обробки з файлами даних, отриманими власними приймачами;
- Передача RTK поправок користувачам RTK роверів для забезпечення координатних визначень на сантиметровому рівні точності, передача поправок може здійснюватисяу різний спосіб – через мережу Інтернет (NTRIP), з використанням УКХ або GSM модемів;
- Передача DGPS поправок для забезпечення координатних визначень на субметровому рівні точності мобільними приймачами (додаток ГІС, навігація тощо).
У лінійці ДПС обладнання Topcon є приймачі NET-G3A, спеціально розроблені для використання на базах, що постійно діють. Для управління роботою базової станції Topcon, що постійно діє, пропонує програмний продукт TopNET RTK з модулями TopNET-S (Сервер), TopNET-N (Формування КЕЛ поправок) і TopNET-R (Віддалене управління базовою станцією). Базова станція може працювати як в автономному режимі ( одиночна станція), і у складі мережі станцій. Поодинокі базові станції використовуються тоді, коли район робіт у діаметрі не перевищує в середньому 50 км. Таке обмеження пов'язане з принципами ДПСС визначень – чим більша відстань між пунктами, тим менша точність отримання координат. Видалення RTK ровера більш ніж на 25 км від базової станції призводить до помітної деградації точності координат, що отримуються. Якщо потрібно забезпечити покриття більшої території, станції можуть бути об'єднані в мережу.
У разі об'єднання кількох базових станцій мережу управління усіма станціями здійснюється з єдиного обчислювального центру. Централізовано прийняті з усіх базових приймачів дані спільно обробляються отримання «мережевого рішення». Під «мережевим рішенням» розуміється процес формування коригуючої інформації (RTK поправок), що передається всім зареєстрованим користувачам (роверам) біля покриття мережі. І тут є два підходи – робота від найближчої базової станції чи робота від «віртуальної» базової станції.
В першомуУ разі технологія роботи полягає в наступному:
- Приймач кожного зареєстрованого користувача при підключенні до сервера мережі базових станцій повідомляє своє наближене місцезнаходження (отримане в режимі автономних визначень);
- Сервер з урахуванням отриманої інформації підключає цей мобільний приймач до найближчої базової станції мережі отримання від неї RTK поправок.
Для реалізації цього рішення Topcon пропонує програмний продукт TopNET+ з модулями TopNET-S (Сервер), TopNET-R (Віддалене керування базовою станцією) та TopNET-N (Управління мережею та передачею диференціальних поправок). Недоліком такого рішення є погіршення точності координатних визначень з віддаленням ровера від базової станції. Більш того, можуть виникати «стрибки» в координатах під час перемикання з однієї на іншу базову станцію мережі, якщо приймач активно переміщається в ході виконання робіт.
Уникнути таких негативних явищ можна за допомогою технології віртуальних базових станцій (VRS), що дозволяє сформувати рівноточне поле поправок на всю територію роботи мережі. У цьому випадку технологія роботи буде виглядати так:
- Приймач кожного зареєстрованого користувача при підключенні до сервера мережі базових станцій повідомляє своє наближене місцезнаходження (отримане в режимі автономних визначень);
- Сервер з урахуванням отриманої інформації формує віртуальну базову станцію в безпосередній близькості (у декількох десятках або сотнях метрів) від приймача користувача і розраховує RTK поправки таким чином, якби вони передавались базовою станцією, що реально існує в цьому місці.
За такого підходу точність отримання RTK рішень на всій територіїпокриття мережі однакова і залежить від розташування роверів щодо реальних базових станцій. Більше того, при такому рішенні зона покриття мережі збільшується, а базові станції можна встановлювати зі збільшеними інтервалами щодо один одного. Ключовою умовою реалізації такого рішення є наявність GPRS покриття на всій території роботи мережі, оскільки єдиним каналом доступу роверів до RTK поправок є Інтернет (NTRIP). Для реалізації такого рішення у програмному пакеті TopNET+ до модулів TopNET-S, TopNET-R та TopNET-N потрібно додати модуль TopNET-V (Формування єдиного поля поправок). І за будь-якого типу мережного рішення користувачі мають можливість отримати файли «сирих» даних із кожної базової станції їхнього використання у постобработке.
Але, мабуть, ключовою перевагою використання інфраструктури мереж базових станцій, що постійно діють, є можливість створення єдиного координатно-часового простору на території цілих регіонів.
Інфраструктура мереж постійно діючих базових станцій може створюватись поетапно. Можна починати з установки одиночних базових станцій у місцях найбільшої господарської активності, а згодом об'єднати в мережу з тим чи іншим мережевим рішенням. Число станцій вже діючої мережі можна також нарощувати за необхідності.
Рисунок нижче ілюструє один із варіантів структури мережі базових станцій із мережним RTK рішенням: