Разработка методов и программного обеспечения для повышения точности опорных сетей Буркина-Фасо и Того на основе GPS измерений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат технических наук Нубукпо Гумену Коджо

• Нубукпо Гумену Коджо
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нубукпо Гумену Коджо

Введение.^

Глава 1: Методы построения геодезических сетей и их априорная оценка точности при спутниковых наблюдениях.

1.1 Классификация спутниковых геодезических сетей. Методы их измерения.

1.2. Некоторые сведения о глобальных спутниковых сетях.

1.3 Методы, используемые при создании спутниковой триангуляции.

1.4. Методы построения спутниковой трилатерации.^

1.4.1. Принципы измерения длин линий, используемые в спутниковой геодезии.^

1.4.2. Интегральный доплеровский счет.

1.5. Абсолютные и относительные методы спутниковых измерений.

1.6. Основные разновидности дифференциальных методов.

1.7. Задачи и методы априорной оценки точности.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Уравнивания и оценка точности при улучшении геодезических опорных доплеровских сетей Республик Того и Буркина-Фасо.

2.1. Описания сетей Республик Буркина-Фасо и Того.

2.1.1. Описания сети Республики Буркина-Фасо.

2.1.2. Описания сети Республики Того.

2.2. Методы уравнивания сетей, построенных спутниковыми методами.

2.2.1. Параметрический способ уравнивания.

2.2.2. Уравнивание сетей трилатерации.

2.3. Алгоритм уравнивания, используемый при уравнивании геодезической сети.-.

2.4. Уравнивания и оценка точности доплеровской опорной сети Республик Буркина-Фасо и Того.

2.4.1. Уравнивание доплеровской сети Республики Того.

Буркина-Фасо.

2.5. Улучшение опорной доплеровской сети с помощью GPS-сети.

2.5.1. Улучшение сети Республики Буркина-Фасо.

2.5.2. Улучшение сети Республики Того.

Вывод по второй главе.

Глава 3. Исследования полученной точности при улучшениях старых доплеровских сетей с использованием каркаса из GPS-иаблюдений.

3.1. Выбор весов при улучшении опорных геодезических сетей GPS-наблюдениями.

3.2. Исследование зависимости точности доплеровской опорной сети от количества GPS-станций.

3.2.1 Сравнительный анализ полученных точностей при уравнивании старой доплеровской сети и новой измеренной GPSсети.

3.2.2. Исследования по совместному уравниванию старой и новой сети. а) Исследование сети Республики Буркина-Фасо. б) Исследование сети Республики Того.

Выводы по третьей главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и программного обеспечения для повышения точности опорных сетей Буркина-Фасо и Того на основе GPS измерений»

В основных направлениях экономического и социального развития Республики Буркина-Фасо и Республики Того в период между 1985г и 2000г. ставилась задача обеспечения экономического прогресса общества.

В этой связи многие задачи предстояло решить геодезистам для создания надёжных опорных геодезических сетей. Предстояло обновить сети, используя современные методы космической геодезии. Создание современных геодезических сетей требует повышенной точности геодезических работ. Это обстоятельство заставляет геодезистов совершенствовать и разрабатывать новые приборы, методики измерений, методы их обработки и алгоритмы для обработки результатов измерений.

Обработка измерительной информации на ЭВМ позволяет в короткие сроки выполнить вычислительные операции и провести их анализ, что позволяет повысить производительность труда.

Данная диссертационная работа посвящена вопросам совершенствования методов и алгоритмов для повышения точности существующих сетей путём измерения каркаса GPS-станций на пунктах существующих опорных сетей. Для Республик Того и Буркина-Фасо такие исследования проводятся впервые, и все исследования, представленные в диссертации, будут использоваться на практике, а алгоритмы будут внедрены в геодезическое производство.

Методика создания геодезических сетей с помощью GPS-измерений широко применяется как русскими, так и зарубежными геодезистами. Однако имеется ряд проблем, которые необходимо решить, при улучшении геодезических сетей с помощью каркаса GPS-измерений. К таким проблемам можно отнести:

- проблему выбора оптимального метода математической обработки геодезических измерений;

- выбор оптимального количества опорных каркасных пунктов, которые должны быть использованы при улучшении старой сети;

- проблему расположения всех пунктов опорной каркасной GPS-сети относительно старой геодезической сети;

- проблему выбора весовых коэффициентов при совместных уравниваниях сетей различных точностей.

С целью повышения точности старой геодезической сети с использованием каркаса GPS-измерений возникает необходимость решить перечисленные задачи. Поэтому решение вышеприведенных задач автором положено в основу диссертационной работы и актуальность поставленных в работе задач, бесспорно, высока.

Диссертация состоит из трёх глав, заключение, списка цитируемой литературы и приложений.

В первой главе приведена классификация сетей, рассмотрены теории уравнивания и оценки точности геодезических сетей при спутниковых наблюдениях. В этой главе рассмотрены различные спутниковые сети и методы их измерений. Рассмотрены методы уравнивания сетей и проблемы априорных оценок точностей спутниковых сетей.

Во второй главе выполнены уравнивания и оценка точности при улучшении старых геодезических опорных сетей. В этой главе описаны сети, которые подлежат улучшению. Выполнены уравнивания доплеровских сетей с целью улучшения их точности с помощью GPS-сетей.

В третьей главе исследована точность улучшенной старой доплеровской опорной сети при помощи GPS-наблюдений. В этой главе, в частности, рассмотрена зависимость точности доплеровской опорной сети от количества каркасных GPS-станций. Кроме этого, исследован выбор весов при улучшении опорных геодезических сетей GPS-наблюдениями. В заключении представлены результаты проделанной работы и даны конкретные рекомендации к практическому использованию составленных автором методов, алгоритмов и программ.

В приложениях находятся карты с расположением всех пунктов и таблицы координат этих пунктов геодезических сетей Республик Того и Буркина-Фасо. Также приведены результаты некоторых исследований и программ, составленных автором в среде программирования MathCAD"basic" для обработки результатов уравнивания старых доплеровских сетей с помощью каркаса GPS-станций.

Автор считает своим долгом выразить благодарность всему коллективу кафедры Астрономии и космической геодезии за содействие и поддержку при работе над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Нубукпо Гумену Коджо

Выводы по третьей главе

Имеющиеся сети Республик Буркина-Фасо и Того, созданные французскими геодезистами при помощи доплеровских установок, технически и морально устарели. Их точность (~0,5м) не соответствовала требованием геодезических работ текущего времени. К сожалению, кардинальное решение проблемы перенаблюдение всей старой сети республик GPS-наблюдениями натолкнулись на финансово-экономические трудности. Но и сеть Республики Буркина-Фасо, и сеть Республики Того частично была отнаблюдены высокоточными GPS-измерениями.

Поэтому была поставлена задача: разработать методику улучшения сетей вышеуказанных республик, на базе имеющихся высокоточных GPS-определений. Отметим, что разработанный метод вполне годится для повышения точности доплеровской сети не только Республики Буркина-Фасо, или Республики Того, но и всех стран, западной Африки, где сети создавались доплеровскими установками французскими геодезистами.

Показано, что разработанный нами метод даёт значительное повышение точности. То есть наличие GPS-сети и выбор весовых коэффициентов значительно улучшат точность старых доплеровских геодезических сетей. В главе 3 показано, что для обновления сети Буркина-Фасо, состоящей из 54 существующих старых пунктов, построенных доплеровским методам, достаточно иметь всего около 15 каркасных пунктов (отнаблюдены были 18). Этот вывод, вытекает из того факта, что на 7-ом этапе уравнивания (когда применялось 16 опорных пунктов) точность стабилизировалась и составила порядка 14см. Таким образом, точность доплеровской сети до уравнивания составляла около 50см, а после переуравнивания точность сети Республики Буркина-Фасо составила приблизительно 14см (см таблицу 3.5). Далее нами были учтены имеющиеся связи в доплеровских и GPS-сетях. С учётом этих связей повторно была переуравнена сеть Республики Буркина-Фасо и получена точность всей геодезической сети, которая после данного (комбинированного) переуравнивания составила около ~11см. Как мы видим, после уравнивания двумя независимыми методами, методом поэтапного и методом комбинированного уравнивания, полученные результаты практически не отличаются друг от друга. Можно констатировать, что эти 2 метода взаимно дополняют друг друга и доказывают правильность выбранного нами подхода. Кроме этого, можно сказать, что обновление сети с числом каркасных пунктов ~ (15-16) даёт практически ту же самую точность, что и при использовании 18 опорных пунктов GPS-сети.

Заключение

В первой части первой главы диссертационной работы рассмотрены классификации спутниковых геодезических сетей и методы их измерений. При рассмотрении старых методов построения геодезических сетей был сделан вывод, что имеется необходимость в использовании новых методов при построении опорных сетей. Это методы спутниковых измерений. Цель данной работы состоит в создании ситуации, когда высокоточные опорные сети, на которых базированы производственные и научные геодезические сети, в прошлом недостаточного уровня точности, будут улучшены глобальными спутниковыми системами нового поколения. При анализе различных геодезических спутниковых методов заслуживают внимания такие методы, как глобальная триангуляция, основанная на использовании угловых измерений, и глобальная спутниковая трилатерация, базирующаяся на измерении расстояний до спутников с применением излучений различных участков спектра электромагнитных волн. Из-за того, что метод спутниковой триангуляции не давал достаточной точности, в дальнейшем была рассмотрена спутниковая трилатерация, которая положена в основу данной работы. Рассмотрены методы уравнивания сетей, алгоритмы, используемые при их уравнивании. Довольно подробно рассмотрен параметрический и коррелатный метод уравнивания. Сделан вывод о дальнейшем использовании параметрического способа, так как он менее трудоёмкий и более экономичный, нежели коррелатный, и по точности ни в чём не уступает коррелатному. Точность геодезической сети до улучшения составляла примерно 50см, а после уравнивания с помощью каркаса GPS-станций точность составила в среднем 14см для методики с постепенным увеличением количества опорных пунктов и 11см для метода комбинированного уравнивания с одновременным использованием, как доплеровской сети, так и GPS-сети. Исходя из сказанного выше, отметим, что разработанный в диссертационной работе метод улучшения доплеровских сетей вполне пригоден для повышения точности таких сетей

76 как для Республики Буркина-Фасо, так и для Республики Того и любых других сетей аналогичного состава и точности. Показано, что метод даёт значительное повышение точности. То есть наличие каркасной GPS-сети и выбор весовых коэффициентов значительно улучшат точность старых геодезических сетей. Выполненные исследования и расчёты показывают, что для эффективного применения изложенного в работе метода достаточно иметь опорную GPS-сеть, пункты который совмещены с пунктами старой сети. Можно также прийти к выводу, что при среднем одинаковом расстоянии между пунктами около 100км можно выбрать -30-35% опорных GPS-пунктов от общего количества пунктов. Опорные каркасные пункты должны быть отнаблюдены при условии, что эти каркасные пункты были равномерно распределены по всей площади старой уравниваемой сети. Заметим, что выбор весов тоже очень важен для дальнейшего качественного уравнивания старых сетей. В нашем случае при уравнивании с постепенным увеличением количества опорных пунктов мы выбирали веса соотношением, ш Р

-Ш- 5 чхо наглядно подтверждено полученными результатами mGPS Рд уравнивания старых доплеровских сетей и опорных GPS-сетей. Результаты данной диссертационной работы (методы, алгоритмы, программы) вполне пригодны для любых стран Западной Африки, где в своё время сети были построены доплеровскими измерениями с указанной точностью и одинаковыми методами измерений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нубукпо Гумену Коджо, 2009 год

1. В. Н. Баранов, Е.Г. Бойко, И.И. Краснорылов, М.М. Машимов, Ю.В. Плахов, М.С. Урмаев, С.Н. Яшкин. Космическая геодезия, М.: Недра 1986г.

2. Е.Г. Бойко., Б.М. Кленицкий., И.М. Ландис. Использование искусственных спутников Земли для построения геодезических сетей. М.: Недра 1977г.

3. В.В. Бойков., В.Ф. Галазин., Е.В. Кораблев. Применение геодезических спутников для решения фундаментальных и прикладных задач. Геодезия и картография 1993г.

4. Е.Г. Бойко. Решение и оценка точности пространственной линейной засечки. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка 1986г.

5. Е.Г. Бойко., Г.М. Фоломкин. Условные уравнения в пространственных сетях с измеренными сторонами. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка 1987г.

6. В.Д. Большаков, Ю.И. Маркузе, В.В. Голубев. Уравнивание геодезических построений. М.: Недра 1989г.

7. В.В. Воеводин. Ю.А. Кузнецов. Матрицы и вычисления. М.: Недра 1984г.

8. П.А. Гайдаев. Математическая обработка геодезических сетей. М.: Недра 1977г.

9. А.А. Генике, Г.Г. Побединский, Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. М.: Картоцентр 2004г.

10. А.А. Генике, Г.Г. Побединский. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и её применение в геодезии. М.: Картоцентр-Геодезиздат, 1999г.

11. А.А. Дражнюк., H.JI. Макаренко. Л.П. Пеллинен. Проблемы современной геодезии. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка 1988г.

12. И.И. Краснорылов., Ю.В. Плахов. Основы космической геодезии. М.: Недра 1976г.

13. Ю.И. Маркузе, В.Д. Большаков. Практикум по теории математической обработки геодезических измерений. М.: Недра,1984г.

14. Ю.И. Маркузе. Алгоритмы для уравнивания геодезических сетей на ЭВМ. М.: Недра 1989г.

15. Ю.И. Маркузе., Хоанг Нгок Ха. Уравнивание пространственных наземных и спутниковых геодезических сетей. М.: Недра 1991г.

16. Ю.И. Маркузе., Е.Г. Бойко., В.В. Голубев. Вычисление и уравнивание геодезических сетей. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат 1994г.

17. М.М. Машимов. Современные и перспективные задачи геодезии. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка 1983г

18. М.М. Машимов. Уравнивание геодезических сетей. М.: Недра, 1979г.

19. Н.В. Яковлев. Высшая геодезия. М.:Недра,1990г.

20. В.И. Крылов Космическая геодезия Москва 2002г.21. www.gisa.ru/16114.htlm, www.news.cosmoport.com/2006/07/07/1.htm

21. Institut geographique du Burkina-fasso. Reseau geodesique du Burkina-fasso. Ouagadougou, 2004r.

22. Rapport de Г evaluation de la campagne Doppler execute a la Republique Togolaise (TOGODOC) 1986r.24. www.sopac.ucsd.edu/