Первые GPS/ГЛОНАСС измерения в СГГА

Хроника

К.М. Антонович СГГ А, Новосибирск

ПЕРВЫЕ GPS/ГЛОНАСС ИЗМЕРЕНИЯ В СГГА

K.M. Antonovich SSGA, Novosibirsk

THE FIRST GPS/GLONASS POSITIONING AT THE SIBERIAN STATE ACADEMY OF GEODESY

Светлой памяти Геннадия Спиридоновича Шептунова

Американская спутниковая радионавигационная система NAVSTAR (GPS) начала работать с 1980 г., российская система ГЛОНАСС - с 1982 г. Применение этих систем в геодезии коренным образом изменило технологию построения геодезических сетей.

В СГГА первый спутниковый приемник появился летом 1992 г., почти сразу после того, как был разрешен ввоз зарубежной аппаратуры в Россию. Это был кодовый приемник Transpak-II американской фирмы Trimble Navigation, предназначенный для навигации. Приемник позволял определять положение на земной поверхности с погрешностью 30-100 м в общеземной системе WGS-84. Он имел небольшой вес (около 1 кг), был достаточно удобен в эксплуатации, результаты получались практически моментально, не нужно было делать никаких вычислений. Однако сразу же выяснилось, что выдаваемые прибором координаты из системы WGS-84 необходимо трансформировать в российскую систему СК-42, причем поправки за переход значительно превышали ошибки позиционирования, а параметры преобразования в открытой печати тогда ещё отсутствовали.

Позже выяснилась еще одна коварная особенность нового метода геодезии, с которой первым у нас столкнулся заведующий лабораторией космической геодезии Н.К. Шендрик. Осенью 1994 г. его командировали на север продемонстрировать летчикам гражданской авиации возможности навигационных GPS приемников. Николай Кириллович договорился с авиаторами г. Нефтеюганск о демонстрации возможностей прибора Transpak-II. Но уже в диспетчерской, включив прибор, заподозрил неладное. Прибор отказывался работать. Подумал, что приемник сломался. Обескураженный, Николай Кириллович вернулся в гостиницу, начал разбираться с прибором, и выяснил, что он в абсолютном порядке и прекрасно наблюдает спутники. Почему же в гостинице прибор работал, а на аэродроме - отказал? Оказалось, виноват радиолокатор, который глушил сигналы спутников. После того, как причина была выявлена, демонстрация прошла с огромным успехом. В дальнейшем мы не раз сталкивались с радиопомехами, которые не давали аппаратуре нормально работать. Да-

146

Хроника

же на крыше лабораторного корпуса СГГА находились места, где аппаратура работала нормально, а всего в одном метре сбоила из-за помехи.

В конце 1992 г. на кафедре астрономии и гравиметрии появился еще один комплект аппаратуры. Теперь это была дифференциальная система Pathfinder из базового и мобильного приемников. Базовый приемник должен устанавливаться на пункте с известными координатами. У него 8 каналов, он наблюдает практически все спутники, начиная с некоторого угла высоты. Сравнивая имеющиеся координаты с найденными по измерениям, приемник формирует поправки, которыми исправляются координаты мобильного приемника. У мобильного приемника 6 каналов, но измерения производятся по четверке спутников, имеющих наилучшую геометрию для засечки пункта. В дифференциальном режиме обеспечивалось определение координат с ошибкой 2-5 м, в зависимости от удаления мобильного приемника от базовой станции. Допускалось удаление до 500 км.

Зима 1992/93 г. ушла на изучение системы, пробные измерения. Вся документация к системе была на английском языке. Пришлось вспомнить забытые навыки перевода. К началу полевых работ был готов перевод «Руководства по работе с приемником» и часть «Руководства по работе с программным обеспечением». Позднее, следующей зимой, я закончил перевод всей документации, 960 страниц текста.

Летом 1993 г. выполнялась первая с истории СГГА хоздоговорная НИР с использованием спутниковой аппаратуры. Был заключен договор с Областным земельным комитетом на определение границ фермерских хозяйств в Тогучин-ском районе Новосибирской области. Работы выполняла кафедра астрономии и гравиметрии. Было организовано несколько выездов в Сурковский совхоз. Кроме автора этих строк, в них участвовал С.В. Кужелев, наш главный теоретик по работе со спутниковой аппаратурой. Н.К. Шендрик обеспечивал техническую поддержку аппаратуры. Кроме того, выезжали на полевые работы

А.В. Елагин, В.А. Ащеулов, а в сентябре мы взяли с собой Диму Михайлова, студента специальности «космическая геодезия». Г.С. Шептунов занимался организационными вопросами. Наша работа заключалась в нахождении границ хозяйств в соответствии с дежурным планом Райкомзема, закладке межевых знаков, определении их координат в системе СК-42, вычерчивании планов и оформлении Государственных актов, согласовании границ хозяйств с соседями. Для перевозки столбов межевых знаков использовался мотоцикл, на котором лихо гонял Сергей Кужелев. Ну а мы с Г.С. Шептуновым (а потом и с Д. Михайловым) предпочитали передвигаться на велосипедах.

Хорошо помню, как пошел в первый раз на маршрут с приемником. У него простенькая операционная система (удаленные файлы не восстанавливаются!), память 180 килобайт. Первую точку отстоял нормально. А на второй точке приемник «заснул», никак не записывает наблюдения. Я знаю, что аккумулятор разряжается, всего 2-3 часа работы. А вот что можно делать с приемником во время наблюдений, я тогда еще не представлял. Просто прекратил наблюдения,

147

Хроника

а минут через 20 снова включил приемник, вижу, работает нормально. Причина непонятного поведения приемника была в том, что у него оказалось мало спутников в зоне радиовидимости (обычно достаточно четыре спутника). Впоследствии я освоил все премудрости зарубежного приемника и с удовольствием выполнял на нем любые операции.

К.М. Антонович

Своеобразно происходила сдача материалов измерений. Заказчик привез на объект работ тахеометр и сверял измеренные расстояния с результатами вычислений по выданным нами координатам. На сдачу работ ездил Г.С. Шептунов. Я посоветовал ему брать межевые знаки, расположенные по широте, поскольку обработка четко показывала, что долготы получаются почти в два раза точнее, чем широты. Геннадий Спиридонович прислушался к моему совету, и сдача материалов прошла успешно. Почти все расхождения уложились в один метр.

Несмотря на то, что эта аппаратура была современной, нас не устраивала ее точность. Поэтому в 1994 г. во время выполнения хоздоговорных работ по определению границ фермерских хозяйств в Каргатском районе спутниковый метод применялся очень мало. Эта кодовая аппаратура для геодезических работ больше не применялась, только для навигации и для учебных практик. К примеру, система Pathfinder использовалась в учебных практиках по морской геодезии вплоть до 2003 г.

148

Хроника

Академии была нужна фазовая спутниковая аппаратура, но эта аппаратура в несколько раз дороже кодовой навигационной и топографической аппаратуры. Нужно сказать, что руководство академии в лице ректора И. В. Лесных и проректора по НИР В.А. Середовича понимало важность обеспечения академии геодезическими приемниками и принимало соответствующие меры. В 1995 г. в академии появилась швейцарская аппаратура Leica GPS System 200, а следом - американская 4000 SST фирмы Trimble Navigation. В каждом комплекте было по два двухчастотных приемника, позволявших наблюдать одновременно до 8 спутников. Эта аппаратура уже позволяла измерять расстояния на сантиметровом уровне точности. Программное обеспечение этих комплектов работало только с ключами (специальные заглушки, вставлявшиеся в порт компьютера). Ключ от GPS System 200 был передан на кафедру инженерной геодезии, а от 4000 SST - на кафедру астрономии и гравиметрии. Соответственно стали появляться специалисты по работе с соответствующими приемниками, поскольку у каждого из них были свои особенности и по архитектуре, и по интерфейсу, и по программному обеспечению. На кафедре инженерной геодезии таким специалистом стал В.А. Скрипников, на кафедре кадастра - И.М. Долганов, а на кафедре астрономии - Н.К. Шендрик, С.В. Кужелев, Г.С. Шептунов, Ю.В. Сурнин, А.Н. Клепиков. Начались работы по построению геодезических сетей в Новосибирской области, в Тюмени и других местах Сибири.

С 1995 г. в академии начались работы по созданию геодезической сети Эталонного пространственного полигона ПГЭ-СГГА. На нем предполагалось делать метрологические поверки спутниковой аппаратуры, и поэтому требования к точности были очень высокие. Часть пунктов геодезической сети полигона была совмещена с пунктами высотной и плановой Государственной геодезической сети. Но кроме них, было заложено еще пять пунктов, как этого требовала геометрия сети. Они имели устройства для принудительного центрирования, специально предназначенные для работы со спутниковой аппаратурой. Три столба появилось на крыше лабораторного корпуса СГГ А. В создании всех этих пунктов ведущую роль сыграл Г.С. Шептунов. Здесь во всей силе проявились организационные способности Геннадия Спиридоновича. После его смерти в 2002 г. один из пунктов получил название Шептуновский.

Первая наблюдательная кампания на сети ПГЭ-СГГА началась 30 мая 1996 г. сеансом из 4 приемников на Бердском базисе и длилась почти до середины июля. Конечно, у наблюдателей не хватало опыта, и допускались «детские» ошибки. Обработка первых наблюдений показала, что точность новой сети на порядок уступает паспортной точности приемников, причем наихудшие наблюдения получаются на тех пунктах, где сохранились металлические пирамиды. На этих пунктах ошибки наблюдений увеличивались в несколько раз и вызывались дифракцией сигналов, огибающих ноги пирамид, в результате чего измеренные расстояния до спутников оказывались немного длиннее. Когда пирамиды на время сеанса стали удалять, точность заметно повысилась.

149

Хроника

К.М. Антонович во время сеанса наблюдений с приемником 4000SST на пункте Коченево. Металлическая пирамида удалена на время сеанса

Интересный случай произошел у меня с Н.К. Шендриком во время гидрографических съемок в районе Нижне-Вартовска и Лангепаса. Измерение глубин производилось электронным эхолотом, координатная привязка показаний эхолота выполнялась фазовой аппаратурой 4000 SST. С помощью этих приемников мы также строили съемочное обоснование для тахеометрической съемки прибрежной полосы, а гидрологи использовали эти же точки для определения отметок урезов воды. Для этого полученные при построении спутниковой сети геодезические высоты преобразовывались в принятую в России систему нормальных высот по результатам привязки к нивелирной сети. Но на этом объекте высотная привязка была выполнена только в начале сети, а дальше реперов на берегах Оби просто не было, их смыла река. И вот гидрологи забеспокоились: Обь «потекла» в обратную сторону. Это означало, что отметки урезов, расположенных ниже по течению, оказались выше, чем у тех, что были выше по течению Оби. На поиски дополнительной высотной точки для привязки у нас ушла неделя. Только после того, как мы нашли этот репер, почти за 100 километров от начала сети, отнаблюдали его и включили в уравнивание, река «потекла», как положено, на север.

Постепенно накапливался опыт выполнения геодезических работы спутниковым методом геодезии. С 1996 г. в СГГА начался выпуск инженеров специальности «космическая геодезия», прозорливо предусмотренный академиком

В.В. Бузуком. Дисциплина «GPS-технологии» была включена в учебные планы специальностей «астрономо-геодезия», «прикладная геодезия», «информационные системы», «аэрофотогеодезия», «исследование природных ресурсов». Не-

150

Хроника

сколько раз проводились курсы повышения квалификации для преподавателей. Появились специалисты по спутниковому методу в ПО «Инжгеодезия» (В.В. Яхман, В.М. Селянинов, В.А. Ушаров, Л.И. Баталова и др.). По крупицам накапливался опыт. Но даже сейчас, спустя много лет после начала этих работ, я не могу сказать, что мне известно все по GPS/ГЛОНАСС геодезии. Постоянно появляется новая аппаратура, новые технологии. Очень быстро развивается спутниковая геодезия. Она стала одним из основных методов определения координат.

Ю.В. Сурнин с приемником 4000SE на привязке скважины на Салымском нефтегазовом месторождении

Получено 15.12.2010

© К.М. Антонович, 2010

К.М. Антонович - докт. техн. наук, профессор. Тел.: 361-01-59.

151