Человек всегда хотел знать, где он находится в окружающем его мире, и разрабатывал разные методы определения своего местоположение в пространстве. Он освоил множество способов: от ориентирования на местности по окружающим его предметам до применения магнитного компаса и навигации по звездам. Современный человек использует искусственные ориентиры для определения местоположения на Земле в виде наземных маяков и созвездий навигационных искусственных спутников Земли. По мере накопления опыта и знаний в области навигации и ориентирования у него возникли задачи и потребности определять местоположение, координаты и размеры различных объектов на Земле все с более и более высокой точностью для возрастающих хозяйственных и производственных нужд.
Приборы и оборудование для определения пространственных координат с помощью сигналов искусственных спутников Земли успешно применяются уже более 30 лет. В настоящее время спутниковые приемники, работающие по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS, обладают множеством преимуществ по сравнению с их первыми образцами — они компактны, потребляют мало энергии, имеют удобный интерфейс и множество дополнительных функций. Однако, как и раньше, технология определения координат дифференциальным способом с точностью лучше метра требует наличия минимум одного опорного (базового, референцного) приемника и одного подвижного приемника, используемого непосредственно для измерения координат объекта.
На территориях, где измерения выполняют несколько организаций, и имеется большое количество пользователей спутниковой навигационной информации, возникают ситуации, когда одновременно работает несколько опорных спутниковых приемников, выполняющих одинаковые функции. Каждая организация и каждый пользователь прилагают усилия и несут затраты на обеспечение функционирования и эксплуатации собственного опорного приемника или дифференциальной станции. В густонаселенных областях и крупных городах геодезисты сталкиваются с проблемой, когда опорный геодезический пункт с известными координатами занят коллегами из другой организации, и они вынуждены простаивать, ожидая очереди для установки опорного приемника на этот пункт. В данной ситуации более эффективно иметь одну общую постоянно действующую спутниковую дифференциальную станцию или несколько станций, объединенных в сеть, для одновременною обслуживания всех заинтересованных пользователей. Такой коллективный подход позволил каждому потребителю нести меньшие затраты, непрерывно выполняя необходимый объем работ, а новые пользователи получат выгоду оттого, что им не надо тратить средства на приобретение и эксплуатацию собственного опорного спутникового приемника. Несколько дифференциальных станций, объединенных в сеть, позволят получить дополнительные преимущества, такие как увеличение надежности и точности спутниковых геодезических измерений, а также возможность расширения территории, на которой выполняются работы.
При создании постоянно действующих дифференциальных станций или систем для точного позиционирования важным фактором становится унификация и надежность данных, передаваемых различным пользователям. Создание инфраструктуры точного позиционирования вырастает в крупное мероприятие, где необходимо учесть множество и других факторов — технических, организационных и финансовых.
В наши дни большинство новых достижений в различных областях появляется на стыке разных наук и технологий. Системы точного позиционирования основаны на современных методах геодезии, спутниковой навигации, коммуникационных и компьютерных технологиях, знание которых необходимо при создании таких систем.
Создание систем точного позиционирования может перерасти в отдельный бизнес, который, безусловно, будет развиваться по мере увеличения областей применения спутниковых навигационных технологий и количества пользователей, а услуги будут все более востребованы.
Данная монография посвящена вышеуказанным и многим другим аспектам создания инфраструктуры точного позиционирования ГНСС. В ней описаны общие принципы и подходы к созданию, как одиночных спутниковых дифференциальных станций, так и сетей из них; оборудование, программное обеспечение и алгоритмы, применяемые в системах спутникового позиционирования; приведены примеры уже созданных систем. В большей части использована и объединена информация зарубежных компаний и специалистов, приведен опыт реализации проектов в Европе, Азии и Америке, а также опыт автора, полученный при реализации некоторых проектов в России. При подготовке иллюстраций использованы материалы зарубежных и отечественных компании — производителей ГНСС оборудования.
Надеюсь, что материалы, изложенные в книге, будут полезны российским специалистам, а также организациям и предпринимателям, занимающимся созданием и развитием современных технологий в геодезии, точной навигации, топографо-геодезических съемках, земельном кадастре, обеспечении строительных работ, мониторинге деформаций объектов и сооружений и других областях человеческой деятельности, где требуется знание о точном местоположении.
Появление этой книги стало возможным благодаря помощи редакции журнала «Геопрофи» в подготовке отдельных публикаций в журнале и книги в целом, а также финансовой поддержке 000 «Фирма Г.Ф.К.» в ее издании. Автор благодарит В.В. Бойкова за замечания и предложения, высказанные по содержанию книги, а также всех тех, кто оказал помощь в данной работе.
О.В. Евстафьев