Методика выполнения работ

1. Преобразовать геодезические координаты пунктов B, L, H в пространственные координаты X, Y, Z в системе ITRF2000 на эпоху t0 с параметрами эллипсоида WGS-84.

(18)

Параметры эллипсоида WGS-84: a=6378137.000 м, e2 =0..

2. Найти скорости движения тектонических плит в районе пунктов по формуле:

(19)

Углы вращения плиты wx,, wy,, wz, на которой находится пункт, выбираются из таблицы 1 в соответствии с принадлежностью пункта к той или иной тектонической плите (рис. 1). Размерность полученных скоростей м/год.

3. Вычислить промежуток времени в годах от эпохи t0 до эпохи t.

4. Ввести поправки за движение плит в прямоугольных координатах пункта:

(20)

5. Вычислить расстояния между пунктами по прямоугольным координатам в эпохи t0 и t и найти изменение в расстоянии.

6. Преобразовать векторы скоростей движения пунктов из прямоугольной системы в геодезическую B, L, H

, где (21)

7. Ввести поправки за движение плит в геодезические координаты по формуле, аналогичной (3).

8. Убедиться в правильности преобразований, получив по исправленным геодезическим координатам прямоугольные по формуле (1).

9. Сравнить полученные скорости по модели NUVEL-NNR1A с данными обработки в МГС.

Контрольные вопросы

1. С какой точностью необходимо вычислять промежуток времени между эпохой отсчетной основы и эпохой наблюдений?

2. Что такое DOY, как вычислить эту величину?

3. Что такое JD, как она вычисляется?

4. Можно ли использовать параметр GPS Week для вычисления разности эпох?

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

5. Какова величина изменений в координатах пунктов от геодинамических эффектов?

6. Какие системы отсчета учитывают изменения в положении центра масс Земли?

7. Может ли расстояние между пунктами не изменяться с течением времени из-за движения тектонических плит?

8. В каких случаях можно пренебречь влиянием геодинамических эффектов на координаты?

Практическая работа № 3.

Решение базовой линии

по наблюдениям приемников разных компаний и с использованием

точных эфемерид и координат начального пункта

Общие теоретические сведения

Формат RINEX. Каждый приемник производит запись данных измерений в бинарный файл, формат которого доступен для чтения только в программном обеспечении той компании, которая производит данную аппаратуру. Чтобы иметь возможность в одной программе совместно обрабатывать данные, полученные приемниками разных компаний-производителей, был разработан формат RINEX (Receiver Independent Exchange - независимый обмен данными между приемниками) [2, 4].

Для преобразования файла измерений из формата компании в RINEX формат, используется программа-конвертор (табл. 3), которая может работать в главной программе или автономно.

Таблица 3.

Программы-конверторы различных компаний

№№ п. п.

Компания

Расширение для файлов наблюдений

Программа-конвертор

1

Trimble Navigation

dat

dat2rin

2

Trimble Navigation

dat/T00/T01/T02/r17/r27

Convert to RINEX

3

Javad, Topcon

jps, tps

jps2rin

4

NovAtel

CONVERT

5

Ashtech, Thales Navigation

RINEX CONVERTER

Примечание. Программы-конверторы можно найти на сайтах компаний, производящих аппаратуру. Конвертор TEQC, предлагаемый консорциумом UNAVCO, поддерживает преобразования в RINEX формат файлов наблюдений из приемников компаний Trimble, Javad, Topcon, Ashtech, AOA, Leica, Navcom, CMC, Rockwell, Motorola, Texas Instruments, JPL, IGS, ARGO (http://facility. unavco. org/software/teqc/teqc. html).

Разработано уже несколько версий формата RINEX. Они отличаются возможностями обработки файлов с разным содержанием (например, только GPS, или GPS+ГЛОНАСС, или GPS+SBAS и др.). Главная программа обработки откажется читать RINEX файл, если версия формата выше, чем та, которая в ней заложена. Часто применяется CompactRINEX, ASCII-файл, файл в формате RINEX сжатый по алгоритму, разработанному Yuki Hatanaka.

Программа-конвертор запускается с управляющими ключами. Чтобы выяснить их содержание, программа запускается без исходных данных, после чего на экране (например, с помощью команды Ctrl-O) можно узнать значения управляющих параметров (рис. 3).

Рис. 3. Управляющие параметры для программы jps2rin. exe

При конвертировании исходный файл преобразуется в несколько ASCII файлов. Их количество зависит от версии формата RINEX, содержания исходного файла наблюдений и установок управляющих параметров. Имена этих файлов имеют следующий вид:

ssssdddf.yyt

Здесь: ssss: 4-символьное обозначение имени станции;

ddd: день года для записи первого измерения;

|f: последовательный номер файла/символ в пределах суток (суточный файл: f = 0, часовые файлы: a = 1-й час: 00h-01h; b = 2-й час: 01h-02h, и т. д., x = 24-й час: 23h-24h;

yy: две последние цифры года;

t: тип файла: O: файл наблюдений, N: файл навигационного сообщения GPS, M: файл метеорологических данных, G: файл навигационного сообщения ГЛОНАСС, L: файл навигационного сообщения Galileo, файл смешанного навигационного сообщения GNSS, H: файл навигационного сообщения SBAS (Payload navigation message file), B: файл переданных по радио данных SBAS (отдельная документация), C: файл поправок часов (отдельная документация), S: сводный файл (используемый, например, МГС, не стандартный).

Эти файлы можно редактировать в любом текстовых редакторах, например, FAR или Notepad, например, исправить идентификатор пункта или высоту антенны.

Формат sp3. Форматы стандартных орбит обеспечивают много преимуществ, очевидные при обмене орбитами. . ASCII и бинарные форматы удовлетворяют этой функции, но ASCII делает это с большей общностью, потому что бинарные форматы зависят от операционной системы. Формат sp1 был введен Национальной геодезической службой США в 1985 г. После нескольких лет использования выяснилось, что необходимы некоторые усовершенствования. Были добавлены «тип орбиты», система координат и номер недели GPS для первого наблюдения. Более серьёзным в начальной версии формата был пропуск поправки часов спутника. Таким образом, появились новые версии формата, названные sp2 и sp3. В отличие от навигационных файлов, они содержат данные, полученные по результатам обработки. Имя файла имеет вид:

igsnnnnd.sp3

Здесь igs – название организации, выпускающей эфемеридный файл,

nnnn – номер недели GPS,

d – номер дня в неделе (0 – воскресенье, 1 – понедельник и т. д.). Неделя начинается в полночь по времени GPS Time с субботы на воскресенье.

Таким образом, чтобы найти на сайте нужный файл, необходимо по дате наблюдений найти номер недели GPS и номер дня в неделе. Для этого вначале по дате наблюдений (D, M, Y) вычисляется юлианская дата JD:

. (22)

Здесь оператор INT используется для выделения целой части от вещественного числа. Для вычисления номера недели GPS по юлианской дате JD для дня наблюдений используется формула:

WN=INT[JD.5)/7], (23)

в которой Тогда номер дня недели находится как

d = JD.5 – WN´7. (24)

Влияние погрешностей в координатах начала базовой линии и в эфемеридах спутников. Это влияние можно представить как несоответствие положения пункта или спутника, используемого для вычислений, и действительных положений объектов. В результате вносятся погрешности в коэффициенты и свободные члены уравнений поправок, и найденное положение конца базовой линии оказывается ошибочным. Обозначим: M – погрешность в положении начала базовой линии, D- длина базовой линии, MD – ее погрешность, ME – погрешность эфемерид, H – высота полета спутника над земной поверхностью, R - радиус Земли. Тогда имеют место следующие соотношения:

(25)

Таким образом, обработчик должен обеспечивать надлежащую точность и в эфемеридах спутников, и в координатах пунктов.

Бюджет времени: 4 часа в аудитории и 4 часа самостоятельно.

Цель работы: ознакомиться с форматами RINEX и SP3, с методикой преобразований файлов наблюдений из формата производителя аппаратуры в формат RINEX, а также освоить методику обработки ГНСС измерений, выполненных приемниками разных компаний, и с использованием точных эфемерид. научиться обрабатывать наблюдения, выполненные приемником компании Javad, программой TGO компании Trimble.

Задача работы: Перевести файл измерений в RINEX формат и произвести обработку базовой линии с бортовыми эфемеридами, с точными эфемеридами, а также с точными координатами начальной точки базовой линии. Сравнить результаты трёх обработок базовой линии.

Исходные данные: каждый студент получает файл измерений в формате dat и в формате jps (или в другом фирменном формате), с указанием, какие данные подлежат редактированию. Имеется набор файлов точных эфемерид в формате sp3. Основная обрабатывающая программа – Trimble Geomatics Office (TGO) [5], имеется также набор утилит-конверторов.

Методика выполнения работы

1. Работа с программой-конвертором JPS2RIN_gui.exe. Запустить программу-конвертор JPS2RIN_gui. exe. Эта программа предназначена для преобразования файлов данных с расширением jps, полученных с помощью приёмников компании Javad, в формат данных RINEX. Программа работает в операционной системе Windows. После запуска программы появляется окно, показанное на рис. 4.

Рис. 4. Окно программы JPS2RIN_gui. exe

В этом окне необходимо указать:

- режим обработки – одиночный файл (Single File Processing) или пакетная обработка (Batch Processing);

- имя входного файла (или файлов) в поле Input File, используя браузер Browse;

- директорию (папку) Output Directory, куда будет записываться файл RINEX. Для этого нажимается кнопка Browse (просмотр) и выбирается папка для записи. Указывается название выходного файла, и сохраняется выбранный путь, для чего нажимается кнопка Accept (то есть принять).

После проведенной подготовки нажимается кнопка Execute и на выходе в указанной папке (директории) получаются файлы в формате RINEX. Составьте таблицу, в которую запишите следующую информацию:

- имена файлов в формате RINEX и их тип,

- дата и время начала и конца наблюдений, их дискретность,

- название пункта, тип приемника, тип антенны, высота антенны, тип высоты антенны.

Выполните редактирование RINEX файла наблюдений в соответствии с указаниями преподавателя. Вычислите день года DOY, номер недели GPS (Week Number), день недели. Проверьте результаты по GPS-календарю (http://www. ngs. noaa. gov) Сформируйте имя файла для формата sp3.

2. Работа с программой Trimble Geomatic Office. Создайте в программе новый проект с названием, состоящим из инициалов студента и названия группы. Для этого нажимается кнопка File/New Project. В появившемся окне New Project указывается имя проекта (Name) и место, где будет сохранён проект (Folder). Выбирается шаблон проекта (Template) – по умолчанию metric. Нажимается кнопку OK. В появившемся окне Project Properties указываются свойства проекта. По умолчанию задается система координат WGS-84.

В созданный проект импортируются RINEX файлы, полученные в результате конвертирования. При импортировании программа попросит указать навигационный файл. Для этого нажимается кнопка BROWSE и указывается папка, где располагается заданный файл. При импорте файла проверяется правильность редактирования RINEX файла наблюдений (название пункта, тип приемника, тип антенны, высота антенны, метод измерения высоты антенны), и в случае необходимости вносятся соответствующие изменения.

Образовавшаяся базовая линия обрабатывается с бортовыми эфемеридами, с точными эфемеридами, с точными эфемеридами и фиксацией координат одного из пунктов на их точных значениях. Для замены бортовых эфемерид на точные эфемериды редактируется стиль обработки и производится импорт файла точных эфемерид. Если файл наблюдений имеет суточную продолжительность, то дополнительно импортируются файлы на смежные даты.

Все результаты обработки сохраняются в проекте.

По результатам обработки базовой линии представляется отчёт с двумя сводками (табл. 4 и 5). Производится анализ результатов и делаются выводы.

Таблица 4.

Характеристики качества решения базовой линии

№№ п. п.

Стиль обработки

Маска

высоты

Удаленные спутники

Тип

решения

Variance Ratio

Reference Variance

RMS

Таблица 5

Вектор базовой линии из разных решений

№№ п. п.

Стиль обработки

Длина

линии

Приращения координат и их СКП

DX/sDX

DY/sDY

DZ/sDZ

N/sN

E/sE

H/sH

Контрольные вопросы

1. Для какой цели разработан формат RINEX?

2. Какие исходные данные указываются в утилите для конвертирования в формат RINEX?

3. Какие файлы получаются после конвертирования в RINEX формат?

4. Какие данные можно редактировать в файле с расширением. obs?

5. В каких RINEX данных можно найти день года DOY?

6. Что такое «юлианская дата»?

7. В чем разница между навигационным RINEX файлом и файлом эфемерид в формате sp3?

8. Какие возможны способы получения общеземных координат для начальной точки сети?

Практическая работа № 4.

Компоненты базовых линий и их ковариационные матрицы

Общие теоретические сведения

Базовые линии являются основным элементом для построения геодезических сетей по спутниковым наблюдениям. В результате обработки одновременных наблюдений на пунктах A и B относительным методом получается вектор базовой линии AB с компонентами из разностей общеземных координат (рис. 5) и ковариационная матрица размера 3´3 [2].

Рис. 5. Базовая линия на эллипсоиде

Вектор D позволяет передавать координаты от базовой станции на другой конец базовой линии:

, (26)

и вычислять расстояние между пунктами:

. (27)

От компонент DX, DY, DZ можно перейти к топоцентрическим координатам E, N, U. В этой системе начало находится в пункте базовой станции, основная плоскость перпендикулярна к нормали к эллипсоиду в этой точке, ось E направлена на восток, ось N – на север, ось U - в геодезический зенит [1].

. (28)

где матрица вычисляется по геодезическим координатам начала вектора базовой линии:

. (29)

Ковариационная матрица координат E, N, U находится в соответствии с правилом передачи погрешностей:

. (30)

По координатам N, E, U, можно вычислить разность геодезических высот между пунктами:

(31)

геодезический азимут с пункта А на пункт В:

, (31)

где - поправка за высоту наблюдаемого пункта B, вычисляемая по азимуту АAB и радиусу кривизны нормального сечения эллипсоида в этом азимуте:

(32)

. (33)

В формулах (32) и (33): NA – радиус кривизны эллипсоида в первом вертикале в пункте A, - второй эксцентриситет эллипсоида, Bm – средняя широта между пунктами.

Высота точки B над эллипсоидом (рис. 12.1) вычисляется по формулам:

(34)

а расстояние между пунктами на эллипсоиде по геодезической линии:

, (35)

где угол определяется из выражения:

(36)

Ковариационная матрица для параметров AAB, SAB, DHAB находится так же в соответствии с правилом передачи погрешностей с использованием матрицы В (матрица Якоби) [1, 2, 3]:

, (37)

(38)

Бюджет времени: 6 часов в аудитории и 6 часов самостоятельно.

Цель работы: научиться вычислять компоненты базовых линий с различными формами представления с оценкой их точности.

Задача работы: по компонентам базовой линии DX, DY, DZ и общеземным координатам начала базовой линии вычислить топоцентрические координаты E, N, U, а также расстояние на эллипсоиде по геодезической линии, ее азимут и разность геодезических высот. Найти средние квадратические погрешности указанных параметров.

Исходные данные: каждый студент выполняет задание в соответствии с вариантом (табл. 6). При вычислениях используются параметры эллипсоида WGS-84: a=6378137.000 м, e2 =0., =0..

Таблица 6

Исходные данные для базовых линий

№№ вар.

Компоненты векторов и матриц

По X

По Y

По Z

1

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

-7 756.044

-7 000.343

5 527.415

Ковар. матрица

1.3988E-6

-7.8109E-7

-1.1520E-6

4.6833E-6

5.1035E-6

1.5631E-5

2

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

-3 093.370

1 492.197

- 762.135

Ковар. матрица

4.2258E-7

-3.9125E-7

-3.6063E-7

3.0066E-6

2.8031E-6

4.1543E-6

3

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

-2 961.700

-3 338.671

2 576.106

Ковар. матрица

1.7900E-6

1.2511E-6

1.5939E-6

3.9988E-6

3.0652E-6

7.4091E-6

4

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

8 022.982

-8 389.087

5 123.681

Ковар. матрица

7.6124E-7

8.6124E-8

-1.1082E-7

2.0314E-6

2.0314E-6

8.3564 E-6

5

Координаты пункта

515764.073

3625632.983

5204666.025

Базовая линия

11930.907

-4557.615

1951.052

Ковар. матрица

1.5501E-006

3.3742E-006

2.3948E-005

4.3537E-006

2.9712E-005

4.2252E-005

6

Координаты пункта

515764.073

3625632.983

5204666.025

Базовая линия

5891.751

-1875.720

706.146

Ковар. матрица

4.8932E-007

1.6714E-007

9.6443E-7

1.7234E-007

4.0892E-007

1.2742E-006

7

Координаты пункта

515764.073

3625632.983

5204666.025

Базовая линия

12581.303

-4168.337

1618.578

Ковар. матрица

3.5487E-007

4.3484E-007

4.0388E-006

-6.4315E-008

-1.9882E-006

5.1885E-006

8

Координаты пункта

515764.073

3625632.983

5204666.025

Базовая линия

12059.382

-3995.877

1551.977

Ковар. матрица

1.0025E-006

8.7900E-007

3.1637E-006

1.0337E-006

3.2160E-006

6.3765E-006

9

Координаты пункта

515764.073

3625632.983

5204666.025

Базовая линия

7999.494

-2653.161

1031.698

Ковар. матрица

6.8214E-007

2.6446E-007

2.5032E-006

3.0558E-007

1.6734E-006

4.6241E-006

10

Координаты пункта

515764.073

3625632.983

520466.025

Базовая линия

7999.516

-2653.146

1031.710

Ковар. матрица

6.8214E-007

2.6446E-007

2.5032E-006

3.0558E-007

1.6734E-006

4.6241E-006

11

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

7 756.044

7 000.343

-5 527.415

Ковар. матрица

1.3988E-6

-7.8109E-7

-1.1520E-6

4.6833E-6

5.1035E-6

1.5631E-5

12

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

3 093.370

-1 492.197

762.135

Ковар. матрица

4.2258E-7

-3.9125E-7

-3.6063E-7

3.0066E-6

2.8031E-6

4.1543E-6

13

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

2 961.700

3 338.671

Ковар. матрица

1.7900E-6

1.2511E-6

1.5939E-6

3.9988E-6

3.0652E-6

7.4091E-6

14

Координаты пункта

3

5

Базовая линия

8 389.087

Ковар. матрица

7.6124E-7

8.6124E-8

-1.1082E-7

2.0314E-6

2.0314E-6

8.3564 E-6

15

Координаты пункта

527694.980

3621075.368

5206617.077

Базовая линия

-11930.907

4557.615

-1951.052

Ковар. матрица

1.5501E-006

3.3742E-006

2.3948E-005

4.3537E-006

2.9712E-005

4.2252E-005

16

Координаты пункта

521655.824

3623757.264

5205372.171

Базовая линия

- 5891.751

1875.720

- 706.146

Ковар. матрица

4.8932E-007

1.6714E-007

9.6443E-7

1.7234E-007

4.0892E-007

1.2742E-006

17

Координаты пункта

528345.376

3621464.646

5206284.603

Базовая линия

-12581.303

4168.337

-1618.578

Ковар. матрица

3.5487E-007

4.3484E-007

4.0388E-006

-6.4315E-008

-1.9882E-006

5.1885E-006

18

Координаты пункта

527823.455

3621637.106

5206218.002

Базовая линия

-12059.382

3995.877

-1551.977

Ковар. матрица

1.0025E-006

8.7900E-007

3.1637E-006

1.0337E-006

3.2160E-006

6.3765E-006

19

Координаты пункта

523763.567

3622979.822

5205697.723

Базовая линия

- 7999.494

2653.161

- 1031.698

Ковар. матрица

6.8214E-007

2.6446E-007

2.5032E-006

3.0558E-007

1.6734E-006

4.6241E-006

10

Координаты пункта

523763.590

3622979.837

5205697.735

Базовая линия

-7999.516

2653.146

-1031.710

Ковар. матрица

6.8214E-007

2.6446E-007

2.5032E-006

3.0558E-007

1.6734E-006

4.6241E-006

Методика выполнения работы

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3