ОӘК 042-18-14 23/01-2013 №2 Баспа 02. 09. 2013ж

5В071100 «Геодезия және картография» мамандығына

Семей

2013

МАЗМҰНЫ

Тақырыбы «Жаңа геодезиялық аспаптар және геодезиялық өлшемдер технологиясы пәні, мақсаты мен міндеттері»

Инженер-геодезист геодезиялық аспаптарды таңдау үшін және оларды оңтайлы қолданып, қажет болған жағдайда ақаулықтарын жоя білуі керек, сондықтан олардың құрылымын жетік меңгерулері шарт, сонымен қатар жаңа жоғары өнімді геодезиялық құралдардың өңдеуіне қатысулары шарт.

Қазiргi геодезиялық құралдарға қойылатын шарттар келесідей талаптармен анықталады:

- геодезиялық өлшемдердiң еңбек өнiмдiлiгiнiң жоғарылату қажеттiлiгімен және экономиканың даму қарқынымен;

- геодезиялық жұмыстарды автоматтандыру өзектiлiгі және үлкен масштабтағы түсiрістер;

- құралдарды эксплуатациялау, тасымалдау және сақтау шарттарымен;

- зауыт-аспап жасап шығарушылардың техникалық және технологиялық мүмкiндiктермен;

- тұтынушылардың сұраныстарымен.

Заманауи геодезиялық құралдар еңбектiң жоғарғы өнiмдiлiгiн далалық жағдайларда тасымалдау және эксплуатациялаудың жоғары сенімділігін, сонымен қатар өлшеу опрецияларының оңай және ыңғайлылығын қамтамасыз етуi керек.

Қойылған талаптарды тек қана габариті және массасы аз, коорозияларға және басқа қоршаған орта күштеріне қарсы тұра алатын, ыңғайлы автоматтандыру элементтері бар құралдар қанағаттандыра алады.

Геодезиялық өлшемдер кеңістікте координата мен бұрыштарды өлшеудің негізін қалайды. Қазіргі уақытта геодезиялық өлшемдерде қолданатын аспаптар, заман талабына сай, лазерлі- компьютерлі технологияларға көшті. Сондықтанда, өлшемдердің дәлдігін қажет еткенде қандай технология әдісімен орындалғанын қарастырады.

Қазіргі геодезиялық аспап – ол электроника, дәл механика, оптика, және басқа ғылымдардан тұратын жоғарғы технологиялық өнім. Ал спутниктік навигациялық жүйені қолдану геодезиялық аспаптардың жаңа цивилизациясы болып саналады.

Материалдарды сандық өңдеу әдісінің дамуы стандартты түрдегі өнімдер – сандық карта, әр түрлі мақсаттағы пландар, сандық фотопландар, сонымен қатар өнімнің жаңа түрлерін – 3D модельдер, оперативті және планды мониторингке ақпараттар алуға мүмкіндік беретін жаңа эффектілі технологияны түзеді.

Келешектегі даму бағыты – ол өлшемдерді толығымен автоматтандырып, және жаңа технологиялар құрастыру.

Стандартты технологияларға қарағанда, арнайы әдістер кез – келген бір өлшеуді тез арада және өте жоғары дәлдікпен алуға мүмкіндік тудырады.

Технология саласындағы прогресстер салдарынан қағаз карталар толығымен сандық карталарға ауыстырылды.

Геодезиялық жүйелердің даму тенденциясына электронды тахеометрді жатқызуға болады. Соңғы кездері электронды тахеометрдің жай аспаптардан робот тәрізді станцияларға өзгерту тенденциясы орын алады.


Дәріс № 2

Тақырыбы «Геодезиялық аспаптардың дамуының негізгі тенденциялары»

Координаталар жүйесінде орналасуын дәл анқытау үшін бір қабылдағыштың фазалық өлшемдерін, қабылдағыш пен спутниктің сағаттарының синхронды емес қателігін жою үшін келесі қабылдағыштың өлшемдерімен комбинирленеді. Фильтрация процедурасынан кейін бір қабылдағыштың екіншісіне қатысты координаталары есептелінеді. RTK жүйесіне GPS қабылдағыштан, антенналардан, радиомодем мен радиоантеннадан тұратын базалық және қозғалмалы станциялар кіреді.

Заманауи көпірлер ауыр салмақтағы жүктемелерді көтере алады. Қазіргі уақытта осы көпірлердің деформациясын бақылауда RTK GPS технологиясын қолданған тиімді. Бұл жүйенің басқа жүйелерден артықшылығы ол ығысуларды нақты және тез бақылайды. Шығындар мен уақытты да үнемдейді. RTK GPS технологисын Гонконгта аспалы көпірдің деформациясын бақылау үшін тәжірибе жүргізген.Тәжірибе нәтижесінде көпір деформациясы сантиметрлік дәлдік деңгейде бақыланған. Осы мәліметтердің негізінде инженерлер көпірлердің ұзақ мерзімде қызмет көрсетуі үшін бақылаулар жүргізе алады.

RTK GPS технологиясын басқа елдерде аспалы көпірдің деформациясын бақылауда қолдануына байланысты, біздің қаламыздағы Ертіс өзені арқылы өтетін аспалы көпірдің деформациясын бақылауда да қолдануға болады.

Бұндай ұзын көпірлер жүктемелер әсерінен бірнеше сатиметрден метрге дейін ығысуы мүмкін. Бұл деформациялар қозғалушы транспортқа қауіпті жағдай туғызбайды, олар тек көпірдің біртұтастығына әсер етуі мүмкін. Сондықтан да шынайы уақыттағы GPS өлшеулердің дәлдігі сантиметрлік деңгейге дейін жеткізілген. Шынайы уақытта GPS-пен өлшеу көпірдің жел, температура және транспорттық жүктемелер әсеріне бақылау жүргізуге қажетті құрал болып саналады.

GPS жүйесі 5 жүйеден тұрады: GPS-қабылдағыштар, мәліметтерді жергілікті және глобальді жүйеде қабылдау, және компьютерлік жүйеден тұрады. Бұл жүйе бақылаудың дәлдігін және анықтығын жоғарылатады.

Ең озық технологиялардың бірі RTK (шынайы уапқыттағы кинематика)- шынайы уақытта координаттарды сатиметрлік дәлдікпен қамтамасыз ететін әдіс.

Соңғы 15 жыл ішінде GPS технологиясын қолдану геодезияда және навигацияда үнемі дамып отырды.

Геодезияда жергілікті жерге бекітілген бір немесе бірнеше анықталған пункттерді анықтау жұмыстары көбінесе орындалады. Әдетте жаңа пункттердің координаталары қатыстық әдіспен есептеледі. Бұл жағдайда алынатын мәліметтің дәлдігі пункттердің арақашықтығына тәуелді. Көптеген жағдайларда шынайы уақытта пункттердің кординаталарын анықтаудың қажеті жоқ. Бірақ, бірнеше геодезиялық мәселелер, мысалы жобаны жер бетіне шығару шынайы уақытта өлшеуді қажет етеді.

Бастапқы кездерде барлық түсіріс әдістерінде мәліметтер қабылдағышқа келесі өңдеу үшін жазылатын. Қозғалмалы қабылдағышпен алынған координаттар жеткілікті дәлдікті бере алмады. Бірақ көптеген жұмыстар далалық өлшеулер жүргізу кезінде нақты координатты қажет ететіндіктен, базалық және қозғалмалы қабылдағыш радиобайланыс орнату қажет болды.

RTK режимінде түзетпелерді беру үшін радиоканал қолданылады. Кодты DGPS режимінде RTCMSC-104 түзетпелері әдетте 200 бит\сек жылдамдықта беріледі. Ал RTK режимінде мәліметтердің берілу жылдамдығы 2400 бит \сек-тан кем болмау керек.

Егер мәлімет беруші антенаны 30 метр биіктікте орналастырсақ, ал қабылдағышты 2 метр биіктікте орналастырсақ, онда радиосигналдың максимальды таралу ұзақтығы 28 км-ді құрайды. Бірақ мұндай ұзақтыққа жету қиын. Радио сигналдың жолындағы кез-келген кедергі оның таралу ұзындығына әсер етеді. Атмосфералық аномалиялардың салдарынан радиосигналдың таралу ұзақтығы есептелгеннен көп болуы мүмкін.

Шынайы уақыттағы кинематика технологиясын кадастрлық түсірістерді жүргізу үшін де қолданады. Американдық орман шаруашылығы қызметі осы технологияны бірнеше жобаларда қолданды. Жерге орналастырушылар жердің орналасуы мен шекараларын анықтау үшін құралдардың тұтас компастан бастап GPS технологиясына дейін спектрін қолданады. Бұл құрал әртүрлі түсірістерде дәлдігін, сенімділігін және жеңілдігін жоғарлатты.

GPS геодезистке жердегі пункттің орналасуын анықтауға, сызықты тез бекітуге мүмкіндік береді. RTK технологияны қолданушы топограф пунктті жер бетіне есептелгеннен бірнеше сантиметр артық шығарады.

RTK жүйесі әдетте екі немесе одан көп GPS-қабылдағыштан, үш немесе одан да көп радимодемнен тұрады. RTK жүйесінде бір қабылдағыш базалық станцияда белгілі координаттарымен тұрады және радио бойынша координат түзетпелерін бір немесе бірнеше қозғалмалы қабылдағыштарға береді. Шынайы уақытта нүктелерді жер бетіне шығару, оның нақты координаттарын жазу, азимуттарды есептеу және жақын пункттерге дейінгі арақашықтықта есептеу және бастапқы реперлердің орналасуын анықтауға болады.

Қорытындылай келе RTK технологиясы бүкіл әлемде геодезиялық өндіріс жұмыстырында кең қолданыста деп айтуға болады. Технологияның алдағы уақытта одан әрі даму потенциалы және зор болашағы бар.

Дәріс № 3

Тақырыбы «Глобальды спутниктік позиционирлеу жүйелерінің мәні және даму тарихы»

Жүйенің негiзін жер бетiнiң кез келген нүктесiнен бақылау кезінде 4 тен 12ге дейінгі аралықта спутниктердің көрiнуі үшiн, бiр-бiрiне 60° бұрышпен орналасқан әртүрлi алты айналма орбитамен қозғалатын, сонымен қатар бiртұтас желiде жұмыс iстейтiн NAVSTAR - 24 серiктері құрайды.

Әрбiр орбитада 4 спутниктен орналасқан, орбиталардың биiктiгi шамамен 20200 км тең, әрбiр спутниктің жерді айналу периоды - 12 сағатқа тең. Бұл жүйе толықтай автономды емес, оның жұмысқа қабiлеттiлiгi жердегі бақылау станцияларымен қадағаланады. Бақылау станциялары Гавайяда(Hawaii), аралдарда (Ascension Island ), Диего-Гарсия (Diego Garcia Naval Base ) және Колорадо-Спрингс (Colorado Springs ) территорияларында орналасқан.

Барлық мәлiмет орбиталарға және навигациялық мәлiметтерге қажетті түзетулерді енгізетін, Колорадода Falcon әскери базасында орналасқан бас командалық станцияға жазылып берiледi. 1978 жылдың ақпанында орбитаға спутникті шығару кезінде, заманауи GPS –тің пайда болуына себепкер болған технологияны қолданды. Жүйе толық қуаттылықта тек қана 1993 жылдың желтоқсанында жұмыс iстей бастады. Әрбiр спутниктің салмағы 900 кг-нан астам және ашық күн батареялармен өлшемі 5метр шамасында болады, радиохабарлағыштың қуаты 50 ваттты құрайды.

Жүйенiң әрбiр спутнигінің орташа жұмыс жасау мерзiмдерi шамамен 10 жыл, бұл мерзім аяқталысымен орбитаға жаңа спутник шығарылады.

Жүйенiң жұмысы негiзінде жердегi объектілердiң тұрған орынының координаталарын анықтау табылады. Қашықтық бастауыш мектептiң математика курсынан белгiлi формула бойынша есептеледі. Қашықтық - уақыттың жылдамдыққа көбейтіндісіне тең.

Осы жағдайда жылдамдық- радиотолқындардың таратылу жылдамдығына тең - 300000 км/с, және егер бұл сигнал спутниктен нақты қай уақытта жіберілгенін білсек, оған дейiнгi қашықтықты есептеу мүмкiн болар еді.

Көлденең жазықтықтағы объектiнiң тұрған орынын анықтау үшiн, жүйенiң үш спутнигінен алынған сигналдарды есептеу жеткiлiктi. Мысалы, бір спутникке дейінгі қашықтық белгілі деп санасақ, оның қоршауындағы сфера радиусын сипаттай аламыз. Ал, екінші спутникке дейінгі қашықтық белгілі болған жағдайда, анықталатын орын, екі сфераның қиылысуында орналасады, ал үшінші спутник дөңгелектегі екі нүктені анықтайды. Олардың ішінен қайсысы анықтауға қажет орын екенін табу ғана қалды. Сонымен үш спутникке дейінгі қашықтықты білу арқылы, анықталатын нүктенің координатасын есептеуге болады.

20 мың километр биіктіктен жерге дейін (300000 км/с жарық жылдамдығымен) сигнал болмашы қысқа уақытта, шамамен 0,06 секундта жетеді, сондықтан спутниктің хабарлағышының уақыты мен жердегі қабылдағыштың жұмыс жасау уақытының бір-бірімен келісуі есептеулердің өте күрделі мәселесі болып табылады. Жердегі қабылдағышты спутниктің уақытына салыстырмалы байлануы арқылы, координаталарды есептеу кезіндегі қателіктерді болдырмау мәселесі шешілді.

Ең маңызды сәт ол GPS-қабылдағыш спутниктің Жерге қатысты қайда орналасықанын «түсіну» болып табылады.

Спутниктен жіберілген сигналда, осы спутник орналасқан орбита параметрлері туралы және жүйенің барлық басқа спутниктері туралы мәлімет болады. GPS - қабылдағыш, бұл сигналды қабылдап, ары қарай қолдану үшiн спутниктен алынған мәлiметтi сақтайды. Бұл мәлiметтер қабылдағыштың сағатының түзетпесі және қойылуы үшiн қолданылады.

Қабылдағыш- координатаны анықтаумен қатар, қозғалыс жылдамдығын, оның бағытын есептеу, нақты пунктке дейін қажет уақытты есептеу және басқа мәліметтерді анықтауда қолданылып, микро-компьютер тәріздес болып келеді.

Глобальді позиционирлеу жүйесі GPS арқылы навигациялау технологиясы.

Глобальді геодинамикалық процесстерді зерттеу жердің құрылысы мен эволюциясы, оның физикалық өрістері мен геосфера туралы білімді жақсартуға мүмкіндік береді. Спутниктік геодезиялық әдістің дамуы геодинамикалық процесстердің зерттелуіне үлкен үлес қосты. Бұл әдістер тек өте шектелген, локальды мастабтарға, жердегі өлшеулер жүргізуге мүмкіндік береді. Бұл торларды тұрғызу және теңестіру процесстері қателіктердің жиналуын жою үшін, ірі масштабтардағы геодинамикалық процесстерді оқытуды қажет етпейді.

Сонымен қатар Жер бетіндегі нүктелердің өзара орналасуын анықтайтын жаңа дәлдікті технологиялар мыңдаған км-ге, бірінен бірі қашық орналасқан нүктелердің өзара қозғалысын, жолдарын анықтауға, оларды салыстыруға мүмкіндік береді.

Қозғалыстар туралы глобальді геодинамикалық торлардың пункттерінің өзара орналасу жағдайларының өзгерісі арқылы айтуға болады. Көпжылдық зерттеулер нәтижесінде, уақыт бойынша әлдеқайда тұрақты болып горизонталь ауысулар, ал вертикаль ауысулар жоғары жиілікті вариациямен сипатталатынын байқадық. Осыған байланысты жақсы нәтижені спутниктік глобальді навигациялық жүйе СРНС (GPS және Глонасс) бақылаулары береді, олардың горизонталь ауысуларының өлшенген дәлдігі бірнеше мм, ал вертикль см-ге жетеді. 70-90 жж геодезиялық тұрғызылулардың негізгі элементтерінің бірі болып қайталап нивелирлеудің қысқа түзулері болса, қазіргі кезде осындай түзулерді қысқа СРНС өлшеулерінің базалық түзулерін өлшеумен ауыстырылды.

Навигацияда глобальді позиционирлеу жүйесін (GPS) қолдану арқылы технологиялар жоғары қарқынмен дамып, жаңартылуда. Глобальді позиционирлеу жүйесі – бұл, объектінің орналасуын он шақты метрден кем емес дәлдікпен, яғни оның енін, ұзындығын, биіктігін, және бағыты мен қозғалыс жылдамдығын анықтайтын жоғары дәлділік жүйе. GPS- тің құрамына бірқатар ЖЖС және бір жүйеге жинақталған жердегі бақылау станциалары кіреді. Спутниктерден сигнал алып, және алынған ақпараттарды есептеп, қорыту арқылы өзінің орнын анықтайтын жеке GPS қабылдағыштар болады. GPS спутниктік жүйенің құрамына кем дегенде әр түрлі орбиталарда орналасқан 24 ЖЖС кіреді. Бір спутниктің айналу периоды жуықтап алғанда 12 сағатқа тең.

Спутниктер Жерге өзінің дәрежесі туралы, шынайы уақытты, шынайы күнді, барлық спутниктердің орбитальді мәліметтерін, барлық баяндаманың жіберілген ағындағы уақытын тұрақты жіберіп тұрады.

GPS – қабылдағыш спутниктерден алынған ақпараттар арқылы әр спутникке дейінгі аралықты анықтап және өзінің координатасын есептейді.

Қазіргі уақытта GPS жүйесі навигациялық және картографиялық мақсаттарда жиі қолданылады. Алғашқы GPS – қабылдағыштар 1980 жылдың басында пайда болды. Геодезиялық құралдардың дамуының негізгі ерекшелігі, ол өлшеу процесстерін жеңілдетіп, барлығын бір аспапқа жинау болып саналады. GPS жүйесін 2 классқа бөледі: навигациялық қабылдағыштар, және геодезиялық дәлдік жүйелері.

GPS- қабылдағыш модельдерін ерекшеліктері бойынша 4 топқа бөледі: жеке GPS қабылдағыштар, көліктегі, теңіздегі, және авиациялық GPS қабылдағыштар.

Жүйенің негізі болып Жер бетінде 19100 км биіктікте, 3 орбитальді жазықтықта қозғалатын 24 спутник саналады. Өлшеу принципі америкалық GPS (НАВСТАР) жүйесіне ұқсас болып келеді. Бірінші ГЛОНАСС спутнигі орбитаға 1982 жылдың 12 қазанында шығарылды. 1993 жылдың 24 қыркүйегінде жүйе ресми түрде эксплуатацияға қабылданды. Жүйедегі спутниктер санынан глобальді территориялар масштабын жабуы анықталады. Спутниктің көшелердің планын көрсетіп, бақылаушының орнын анықтайтын Glospace навигатор- аспап экраны бар. Алғашқы рет ГЛОНАСС пен GPS-ті бірге қолдануға арналған Glospace спутниктік навигаторлар 2007 жылдың 27 желтоқсанында шықты. Қазіргі уақытта ғарыштық аппарат ГЛОНАСС-ты қолданғандағы координаталарды анықтау қателігі 50 метрге тең, ал борттық жиілік стандарты жақсартылған ғарыштық аппарат ГЛОНАСС-М қателігі 15 метрге тең. Америкалық GPS жүйесінің дәлдігі 3 метрге тең. Жердің кез –келген нүктесінің координатасын анықтау дәлдігін арттыру үшін әр түрлі глобальді навигациялық спутниктік жүйелерді бірге қолданады, мысалы ресейлік ГЛОНАСС пен еуропалық Galileo –ның бірге қолдану арқылы дәлдікті арттырады. ГЛОНАСС нарықта навигациялық тапсырмаларды шешу мақсатында әлі аса жетілмеген, бұл мақсатта GPS- ты қолданған тиімді.