Выбор места для установки постоянно действующей дифференциальной станции ГНСС
В данном разделе остановимся на выборе подходящего места для дифференциальной станции и планировании мест установки дифференциальных станций сети.
Одиночная станция обеспечивает работу пользователей спутниковой аппаратуры в окружающей ее области, формируя дифференциальные поправки для определения точного местоположения в режиме реального времени и данные для вычисления координат в процессе их постобработки. При этом область, в которой возможно получение гарантированного результата, ограничивается примерно радиусом 25–30 км вокруг станции при определении пространственного местоположения с сантиметровой точностью и около 300 км при определении местоположения с точностью не хуже 1 м. Таким образом, дифференциальную станцию необходимо устанавливать так, чтобы ее рабочий диапазон охватывал район, где могут находиться и работать пользователи. Как уже говорилось, точность определяемых координат подвижной станции будет напрямую зависеть от ее удаленности от дифференциальной станции. С учетом вышесказанного, наиболее оптимально располагать одиночную дифференциальную станцию в центре района работ. При этом центр управления с программным обеспечением дифференциальной станции может находиться и вне данного района, если соединение с приемником ГНСС осуществляется по каналу удаленной связи с помощью протокола TCP/IP.
Сеть дифференциальных станций может охватывать значительно большую территорию. Станции сети располагают таким образом, чтобы их рабочие зоны неразрывно покрывали необходимую территорию, а лучше еще и перекрывались между собой, позволяя пользователю в смежных зонах выбирать от какой станции работать или работать с несколькими станциями одновременно. По мере удаления от одной станции или приближении к другой точность определения местоположения может варьироваться. Если необходимая территория покрыта рабочими зонами сразу нескольких дифференциальных станций и программное обеспечение сервера центра управления сети формирует сетевые дифференциальные поправки, то внутри зоны покрытия точность определяемых координат будет постоянна. Существуют области вне сети, где определение координат также возможно, но в них точность будет ухудшаться по мере удаления от границ сети (ближайшей дифференциальной станции). При создании локальных и региональных сетей для покрытия больших территорий и выборе расположения дифференциальных станций и конфигурации сети важно учесть несколько факторов, на которых остановимся подробней.
Как сказано выше, базовая станция должна быть установлена таким образом, чтобы ее данные обеспечивали возможность точного позиционирования (в режимах RTK и с постобработкой) в районе, где пользователи будут выполнять измерения и определение координат объектов. Выбор места установки постоянно действующей как одиночной, так и дифференциальной станции сети необходимо осуществлять с учетом ряда факторов:
- обеспечения стабильности положения антенны;
- наличия беспрепятственного обзора неба;
- отсутствия в непосредственной близости объектов, которые могут быть источниками многолучевости;
- отсутствия в близлежащей области радиопередатчиков, которые могут быть источником помех;
- наличия линий коммуникаций для управления приемником дифференциальной станции и систем связи, с помощью которых пользователи будут получать данные для работы в режиме RTK и файлы для постобработки;
- наличия надежного бесперебойного электропитания оборудования;
- обеспечения защиты оборудования от воздействия внешней среды, молний и грозовых разрядов;
- обеспечения сохранности оборудования.
При выборе места для размещения оборудования постоянно действующей спутниковой дифференциальной станции должен быть учтен ряд условий. Место установки оборудования должно быть выбрано с учетом обеспечения его сохранности. Если дифференциальная станция устанавливается на открытом пространстве, то желательно, чтобы ГНСС-антенна была установлена на возвышенном пилоне, а остальное оборудование размещено закрываемом шкафу или лучше внутри самого пилона. При этом может потребоваться установка системы вентиляции, кондиционирования или обогрева, в зависимости от местных климатических условий, а также установка вокруг пилона высокого забора для защиты оборудования от вандалов и любопытных прохожих. Чаще всего оборудования постоянно действующей спутниковой дифференциальной станции размещают на существющем здании, что имеет определенные преимущества, поскольку электричество и линия связи обычно доступны и оборудование будет находиться в относительной сохранности.
Лучше если спутниковый приемник будет размещен в серверной стойке или в металлическом монтажном шкафу, закрепляемом внутри помещения на капитальную стену. Место установки приемника должно предусматривать возможность прокладки кабеля от спутниковой антенны к месту размещения спутникового приемником дифференциальной станции. Помещение, где устанавливается оборудование должно соответствовать требованиям противопожарной безопасности и находиться под наблюдением ответственных лиц.
Как уже отмечалось, место установки спутниковой антенны рефренцной станции необходимо выбирать с учетом того, что спутниковая антенна должна быть жестко закреплена на стабильном основании, что бы исключить любые ее смещения в пределах миллиметровой точности. Несмотря на то, что предпочтительно размещать ГНСС-антенны как можно выше, не рекомендуются использовать башни и высотные здания (небоскребы), поскольку они зачастую подвергаются разнопериодичным деформациям от воздействия внешних факторов, таких как ветровая нагрузка, неравномерный нагрев от солнечных лучей, вызывающие колебания и вращение здания, осадка фундамента и вертикальная деформация несущих конструкций. Здания с плоской крышей средней высоты и относительно широким основанием, как правило, более стабильны и хорошо подходят для размещения на них ГНСС-антенн дифференциальных станций.
Установка спутниковой антенны дифференциальной станции допускается только на строениях из кирпича или железобетона, при этом желательно, чтобы здание было построено не менее чем за 5 лет до начала работ по установке антенны. Не допускается использовать деревянные здания, здания с верхним этажом, сделанным из легковозводимых конструкций (мансардные этажи, созданные из чердачных помещений), а также конструкции с металлическим каркасом или металлическими несущими стенами.
Рис.14 Расположение антенны дифференциальной станции: неправильное (вверху); правильное (внизу)
Антенна спутникового приемника на дифференциальной станции, как правило, должна быть установлена так, чтобы имелась возможность отслеживать спутники, находящиеся под углом более 10º над горизонтом (угол отсечки или «маска»). Для решения некоторых задач может даже потребоваться наблюдать спутники ГНСС на горизонте, когда высота спутника над горизонтом равна 0º. Препятствия могут привести к потере спутниковых сигналов, если они находятся на пути радиоволн сигналов ГНСС от спутника ГНСС до антенны приемника. Близко расположенные объекты также могут стать причиной помех из-за эффекта многопутности (многолучевости) спутниковых сигналов, когда антенна принимает отраженные от них радиоволны ГНСС и путь сигнала ГНСС становиться длиннее, а приемник, рассчитывая дальность до каждого навигационного спутника, считает что спутниковый сигнал идет по прямой. Эффект многопутности оказывает негативное влияние на качество данных и, следовательно, на точность. Исходя из этих соображений, в месте расположения антенны должны отсутствовать деревья, сооружения и другие препятствия, выше угла 10º над горизонтом антенны. Это особенно важно для дифференциальных станций, которые формируют высокоточную геодезическую сеть. Лучше всего, если препятствий не будет совсем. Удостовериться, что место для размещения дифференциальной станции выбрано правильно, можно опытным путем. Для этого можно временно установить спутниковый приемник и антенну на планируемом месте, выполнить сбор спутниковых данных в течение нескольких дней, а затем проанализировать данные, используя специальное программное обеспечение, например TEQC с сайта UNAVCO (www.unavco.org/facility/software/preprocessing/preprocessing.html) или смоделировать работу дифференциальной станции в режимах реального времени и с постобработкой для пользователей.