О создании постоянно действующих станций Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.783:528.33:528.1

В.В. Яхман

СГГ А, Новосибирск

О СОЗДАНИИ ПОСТОЯННО ДЕЙСТВУЮЩИХ СТАНЦИЙ

Предлагается технология создания постоянно действующих станций спутниковых измерений. Особое внимание уделяется анализу ошибок, допущенных разными организациями при создании постоянно действующих станций. Приводятся требования, предъявляемые к организационному и техническому обеспечению постоянно действующих станций. Разбираются основные причины, негативно сказывающиеся на процессе создания постоянно действующих станций в России.

V.V. Yakhman SSGA, Novosibirsk

ESTABLISHMENT OF STANDING STATIONS

The technology of standing stations for satellite measurements is offered. Special attention is given to the analysis of mistakes made by different organizations when establishing standing stations. The requirements to the organizational backing and maintenance of the standing stations are enumerated. The main obstacles to the establishment of standing stations in Russia are analyzed.

Создание сетей постоянно действующих станций спутниковых

наблюдений (ПДС) началось еще в процессе создания спутниковых радионавигационных систем, т.е. задолго до их ввода в эксплуатацию. В процессе развития сетей ПДС и их совершенствования расширялся круг решаемых задач, наращивалось их функциональное назначение,

совершенствовалось их техническое, информационное и организационное обеспечение. Оставалось неизменным лишь их основное функциональное назначение - выполнение непрерывных качественных спутниковых

наблюдений.

По охвату территории сети ПДС, предназначенные для решения

геодезических задач, условно можно разделить на глобальные, региональные, континентальные, локальные и муниципальные.

По характеру работы ПДС могут быть активными или пассивными. Под активной сетью ПДС следует понимать сеть непрерывно действующих станций спутниковых наблюдений, которые предоставляют пользователям не только файлы сырых измерений, но и различные информационные услуги. Такие сети работают на территории США, Канады и в некоторых странах Западной Европы. В качестве примера таких систем можно привести Активную сеть США (CORS-Continuously Operated Reference Stations -Непрерывно действующие опорные станции, 1994 г), Канадскую активную сеть (CACS-Canadian active control system - Канадская активная контрольная система, 2004 г). Причем данные и различные информационные услуги этих систем общедоступны по линиям связи. Есть и коммерческие системы

активных станций, которые предоставляют сервисные услуги за определенную плату (Omnistar, StarFire и другие). Подробное описание данных систем активных ПДС на русском языке приводится в монографии [1].

Сети станции ПДС действуют и в России. Различными министерства и ведомствами созданы свои сети пассивных ПДС (РАН, Госстандарт РФ, Росавиакосмос, Роскартография, и др.). В процессе создания ими накоплен большой научно-производственный опыт по выполнению таких работ. Однако в технической литературе данные работы освещены очень слабо. Например, в соответствии с распоряжением Роскартографии от 10 апреля 2001 г. с целью повышения эффективности использования создаваемых Роскартографией спутниковых геодезических сетей, а также для обеспечения потребителей высокоточными геодезическими данными в г. Новосибирске организованы регулярные спутниковые наблюдения на постоянно действующей станции (ПДС) спутниковых определений координат [2]. Работы, связанные с выполнением постоянных спутниковых измерений на ПДС, начаты в августе 2001 г. Постоянные спутниковые измерения велись с рабочих центров пункта ФАГС «Новосибирск» (NSK1, NSK2) с известными координатами в СК42 и WGS84, оснащенных устройством принудительного центрирования, суточными сеансами с 0h 00m до 23h 55m всемирного времени двухсистемной (ГЛОНАСС/GPS) двухчастотной аппаратурой фирмы Торсоп (40 канальный приемник LEGACY-E GGD GPS/ ГЛОНАСС L1/ L2, антенна типа Regant I GPS/ ГЛОНАСС). В сентябре 2002 г. была приобретена и установлена метеостанция, позволяющая фиксировать влажность и температуру с точностью 1% и 0.1оС соответственно, а также записывать измерения в файл с дискретностью 20 минут. В 2003 году на станции была установлена аппаратура, позволяющая транслировать дифференциальные поправки, как к кодовым, так и к фазовым измерениям. В дальнейшем работы сети ПДС Роскартографии были приостановлены из - за недостаточного финансирования. Возможно, это одна из причин приостановки работ по совершенствованию сети ранее созданных ПДС, принадлежащих ряду министерств и ведомств. Так на заседании научно-технического совета Росавиакосмоса в 2003 году было приняло решение о использовании ранее созданных ПДС в интересах ограниченного круга пользователей. Предложение ЦНИИ машиностроения о целесообразности развертывания на территории России региональных дифференциальных навигационногеодезических систем для обеспечения широкого круга пользователей и коммерческого использования ГЛОНАСС по непонятным причинам на этом заседании принято не было.

В последнее время на территории России стали создаваться сети активных ПДС (Спутниковая сеть Центра спутниковых технологий ФГУП « Госземкададастрсъемка - ВИСХАГИ на территории Московской области, СТП Тверской и Архангельской областях и многие другие).

Учитывая то, что в последнее время созданием сетей ПДС стали заниматься множество различных коммерческих организации и объединений,

а в технической литературе на данный момент отсутствуют детально проработанные технологические решения, автору хотелось бы обратить внимание геодезистов на отдельные технологические особенности выполнения таких работ. Более того, на настоящий момент отсутствуют какие-либо нормативно-технические акты и правовые документы, регламентирующие основные требования по созданию и функционированию ПДС. По этой причине в различных министерствах и ведомствах созданы свои сети ПДС, которые за редким исключением могут использоваться для решения геодезических задач. Для решения геодезических задач должна создаваться сеть активных станций, а не отдельные пассивные станции, которые не обеспечивают контроль определения координат пунктов.

При эксплуатации сети активных ПДС необходимо обеспечить следующие основные условия ее работы:

- Постоянную безопасную доступность обслуживающего персонала к центрам станции и к техническому оборудованию;

- Качественный прием сигналов от спутников (открытый радиогоризонт, отсутствие различных источников помех и т. д.);

- Стабильное положение фазового центра спутниковой антенны (стабильное пространственное положение антенны, отсутствие в непосредственной близости источников изменения диаграммы направленности антенны и т. д.);

- Обеспечение надежного информационного и управляющего каналов связи;

- Обеспечение надежного бесперебойного питания оборудования;

- Обеспечение постоянной работоспособности оборудования (защита от источников вывода в нерабочее состояние, кражи и т. д.);

- Постоянная возможность контроля работоспособности станции;

- Наличие рабочего помещения для выполнения основных и профилактических работ;

- Возможность установки на центрах станции дополнительной спутниковой аппаратуры и другого вспомогательного оборудования;

- Сервисные услуги должны быть приемлемыми как для рядовых, так и прогрессивных пользователей.

Обеспечение данных условий должно учитываться, начиная с самого первого этапа ее создания - составление бизнес плана. При создании и эксплуатации такой сети должны применяться самые прогрессивные технологии.

В работе [3] приводится описание современной инфраструктуры сети активных станций, частично затронуты вопросы, связанные с ее созданием и работой. Следует отметить, что в данной работе отсутствует описание технологических особенностей выполнения работ по геодезическому обеспечению создания сети активных ПДС. В частности при описании проектирования сети ПДС автор посоветовал руководствоваться

требованиями следующего нормативно-технического акта (НТА) [4]. Однако данный НТА регламентирует технологию производства работ по созданию и реконструкции городских геодезических сетей и не в полной мере раскрывает технологию создания высокоточных геодезических сетей (ВГС), к каким следует отнести работы, связанные с созданием сети активных станций ПДС. Поэтому в данной работе предпринята попытка раскрыть технологические особенности выполнения следующих видов работ: предпроектного

обследования и рекогносцировки геодезических пунктов и нивелирных знаков, проектирование сети активных ПДС, изготовление и закладка центров, выполнение высокоточных геодезических измерений по

определению координат и высот центров сети ПДС.

При выполнении работ по предпроектному обследованию и

рекогносцировки геодезических пунктов и нивелирных знаков необходимо собрать и изучить материалы ранее выполненных геодезических работ, геологические карты и карты геолого-тектонических нарушений. В отличии от рекомендаций [4], работы по обследованию и рекогносцировке

геодезических пунктов и нивелирных знаков следует выполнять в полевых условиях, а не в камеральных (ну, как можно по карте определить высоту здания, которое является препятствием для приема сигналов от спутников или выявить источники радиопомех таких, как навигационное оборудование частей ПВО, антенн сотовой связи и т. д. ?). При выполнении данной работы необходимо на всех существующих геодезических пунктах АГС и СГС выполнить полуинструментальную съемку препятствий, выполнить пробные спутниковые измерения с использованием современной спутниковой аппаратуры с целью оценки качества приема сигналов от спутников на разных несущих частотах. Целесообразно совместить с данной работой и контрольные измерения по определению качества, ранее созданной геодезической основы. Если взаимное положение пунктов, ранее созданной геодезической основы будет отличаться более чем 10 см, то в проекте создания сети активных станций необходимо предусмотреть работы по реконструкции, ранее созданной геодезической основы. Более того, при проведении данных работ необходимо выявить области, в которых прием сигнала от спутников будет затруднен (лесопарковые зоны, территории с многоэтажной застройкой) и отобразить их на картах. Заключительным этапом выполнения данных работ будет являться рекогносцировка основных и резервных центров сети активных ПДС.

В дополнение к работам по проектированию сети активных ПДС, изложенным в работе [3] необходимо учесть еще и работы по определению координат центров в государственной и местной системе координат и высот. В проекте обязательно необходимо запроектировать привязку центров сети активных ПДС к пунктам существующей геодезической основы.

При изготовлении и закладке центров сети активных ПДС необходимо руководствоваться требованиями (НТА) [5]. Целесообразно предусмотреть закладку несколько рабочих центров, с которых могут выполняться спутниковые измерения. Необходимость создания нескольких рабочих

центров вызвана тем, что при профилактических работах или замене спутниковой аппаратуры работа ПДС по приему сигнала от спутников не должна прерываться. В этом случае спутниковые наблюдения можно выполнять с дублирующего центра. Если рабочие центры заложены на здании, то необходимо осуществлять контроль за пространственным смещением центров (особенно по высоте). Малые смещения спутниковой антенны (фазового центра) по высоте не будут выявлены с помощью датчика наклона, рекомендованного для этих целей в работе [3]. Для этой цели целесообразно установить следящую систему контроля смещения антенны, работающую в реальном времени либо периодически выполнять геодезические измерения по определению высоты антенны. Из опыта выполнения работ по выполнению высокоточных спутниковых измерений с центров пунктов установленных на зданиях не выше трех этажей следует [2, 6], что суточные колебания спутниковой антенны могут достигать 3 - 10 мм в плане и 0.5 - 7 мм по высоте. Сезонные колебания спутниковой антенн по высоте могут достигать 10-27 мм. Для выявления сезонных колебаний спутниковой антенн необходимо предусмотреть закладку стенных реперов в боковую поверхность центров активных ПДС и выполнить не менее четырех циклов нивелирования повышенной точности. Если рабочие центры заложены на здании, то не рекомендуется закладывать центры пунктов типа 192, так как их высота должна быть не выше одного метра [5], что неизбежно вызовет прерывание приема сигнала от спутников при осмотре спутниковых антенн. Для предотвращения прерывания приема сигнала от спутников и загрязнения корпусов спутниковых антенн или защитных колпаков от птиц и продуктов их жизнедеятельности рекомендуется периодически воспроизводить запись крика хищных птиц (вороны) с помощью обычных компьютерных динамиков.

В работе [3] для защиты оборудования станции от попадания молнии рекомендуется устанавливать молниеотвод (громоотводов не бывает) в непосредственной близости от спутниковой антенны. Этого категорически делать не надо, так как может измениться диаграмма направленности антенны из за введения металлического стержня молниеотвода в антенное поле. При создании ПДС «Новосибирск» было принято решение о создании четырех молниеотводов (если устанавливается один, то его диаметр должен будет увеличен в несколько раз), защищающих рабочее поле трех рабочих центров, удаленных от спутниковой антенны на расстоянии 9 м.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии [Текст]: в 2 т. - М.: Картоцентр, Новосибирск: Наука. - 2005. - 334 с. - 2006. -360 с.

2. Яхман, В.В. Вопросы создания и функционирования станций постоянных спутниковых наблюдений [Текст] / В.В. Яхман, Г.А. Бикмухаметова //Современные проблемы геодезии и оптики: сб. матер. ТЛТТ междунар. научно-техн. конф., посвященной 70-летию СГГА. Ч.Ш. - Новосибирск: СГГА. - 2003. - С. 188-190.

3. Евстафьев, О.В. Наземная инфраструктура ГНСС для точного позиционирования [Текст] / О.В. Евстафьев. - М. : ООО «Издательство «Проспект», 2009. - 48 с.

4. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS [Текст] - М.: ЦНИИГАиК. - 2003. -182 с.

5. Правила закрепления центров спутниковой геодезической сети [Текст]. - М.: ЦНИИГАиК, 2001.

6. Яхман, В.В. Технологические аспекты создания высокоточных геодезических сетей с применением современных спутниковых приемников [Текст] /В.В. Яхман, Н.В. Гонцова, Ю.В. Сурнин //Современные проблемы геодезии и оптики: Сб. материалов [.III междунар. научно-техн. конф., посвящ. 70-летию СГГА. Ч.ІІІ/ СГГА.- Новосибирск, 2003,

С. 185-188.

© В.В. Яхман, 2010