Геодезическое применение технологий ГНСС

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирская Государственная Геодезическая Академия»
(ФГБОУ ВПО «СГГА»)
Кафедра инженерной геодезии и информационных систем
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________ В.А. Ащеулов
« ____ » _____________ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ
ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ
для направления подготовки дипломированного специалиста
120100 – ГЕОДЕЗИЯ
специальность 120101 – Прикладная геодезия
код квалификации – 65 (инженер)
Новосибирск
2012 г.
1
1.1
ТРЕБОВАНИЯ К УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной
программы
Основные разделы дисциплины (извлечение из Государственного образовательного
стандарта):
 Основы использования спутниковых навигационных систем в геодезии
 Секторы спутниковой системы: космический, управления и контроля, потребителя, их
назначение;
 Методы измерений и вычислений, используемые в спутниковых системах;
 Планирование спутниковых измерений;
 Источники ошибок спутниковых измерений и методы борьбы с ними;
 Практические аспекты полевых наблюдений;
 Создание сетей при помощи спутниковых навигационных систем.
1.2
Общая характеристика направления подготовки дипломированного специалиста
Специалист по направлению подготовки (специальности) 120101 - Прикладная геодезия соответствии с видами профессиональной деятельности подготовлен решать следующие профессиональные задачи
а) в области производственно-технологической деятельности:
 проведение специальных геодезических измерений при эксплуатации поверхности
Земли (включая объекты континентального шельфа, транспортной инфраструктуры, нефте- и газодобычи);
 создание, развитие и реконструкция государственных геодезических сетей и координатных построений специального назначения;
 инженерно-геодезическое обеспечение городского хозяйства, кадастра
 объектов недвижимости и землеустройства;
 обеспечение единой системы координат на территориях промышленных площадок,
городов и других участков земной поверхности;
б) в области проектно-изыскательской деятельности:
 выполнение математической обработки результатов полевых геодезических измерений;
 разработка проектов производства геодезических работ (ППГР);
в) в области организационно-управленческой деятельности:
 разработка планов, установление порядка выполнения полевых и камеральных инженерно-геодезических работ;
 организация и управление инженерно-геодезическими работами в полевых и камеральных условиях;
г) в области научно-исследовательской деятельности:
 участие в проведении научно-исследовательских работ и научно-технических разработок;
 проведение полевых испытаний новых геодезических приборов;
 сбор, систематизация и анализ научно-технической информации по заданию (теме).
2
2
2.1
ОСОБЕННОСТИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного освоения
дисциплины
Для успешного изучения дисциплины студенту необходимо знать:
 высшую геодезию (виды систем координат и систем времени, преобразование
между системами координат, иерархию государственных геодезических сетей и требования к их созданию);
 астрономию (основные точки и направления небесной сферы, понятие орбит, законы движения объектов в околоземном пространстве (возмущенное и невозмущенное движение);
 космическую геодезию (теорию движения ИСЗ, методы их наблюдений);
 общую электронику (способы передачи информации, виды сигналов, принципы
работы приемных и передающих антенн);
 теорию математической обработки геодезических измерений (решение систем линейных уравнений, ковариационные матрицы, дисперсии, нормальное распределение
ошибок)
2.2
Обеспечение последующих дисциплин образовательной программы:
Не предусмотрено программой
2.3
Области применения полученных знаний и умений:
Полученные в процессе изучения дисциплины знания выпускник может применять
для:
 получения измерительной пространственной информации о физической поверхности Земли и объектах околоземного пространства;
 отображения физической поверхности Земли или отдельных ее территорий на планах и картах;
 осуществления координатно-временной привязки объектов, явлений и процессов
на физической поверхности Земли;
 организации и осуществления работ по сбору и распространению геопространственных данных, как на территории Российской Федерации в целом, так и на отдельных
ее регионах с целью развития их инфраструктуры.
2.4
Итоговый контроль:
Уровень усвоения студентами материалов курса проверяется на экзамене, который
проводится в форме ответов на вопросы билета.
2.5
Современные информационные технологии, используемые при чтении дисциплины:
 иллюстративный материал лекций выполнен в виде тематических презентаций;
 знакомство с устройством спутниковой аппаратуры и режимами позиционирования
происходит на примере приемника Trimble 5700, R7, R8;
 освоение методики обработки полевых спутниковых измерений осуществляется в
программе Trimble Business Center, v. 2.50.
3
3
ЦЕЛИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина «Геодезическое применение технологий ГНСС» относится к базовой
части профессионального цикла образовательных программ по направлению подготовки
120101 «Прикладная геодезия».
Целью данной дисциплины является получение знаний о методах и средствах определения координат объектов на поверхности Земли и в околоземном пространстве с использованием ГНСС ГЛОНАСС, GPS NAVSTAR, GALILEO и др.
Задачами преподавания дисциплины, связанными с ее содержанием, являются:
 формирование у студентов достаточного объёма знаний о технологиях ГНСС;
 знакомство студентов с основными типами спутниковых геодезических измерений;
 ознакомить студентов с основными принципами создания и использования спутниковых геодезических сетей;
 обеспечить студентов возможностью выполнять полевые наблюдения актуальной
спутниковой аппаратурой потребителя;
 привить практические навыки обработки полевых спутниковых наблюдений в
коммерческих программных пакетах.
Студент будет иметь представление:
 о принципы функционирования ГНСС;
 о проектировании спутниковые геодезические сети разного назначения;
Студент будет знать
 основы формирования навигационных сигналов и передачи информации в ГНСС
ГЛОНАСС и GPS NAVSTAR;
 устройство и принципы работы аппаратуры потребителей, типы приемников и работу с ними для абсолютных, дифференциальных и относительных определений координат пунктов;
 действие ошибок и способы уменьшения их влияние на результаты спутниковых
наблюдений;
Студент будет уметь
 уметь самостоятельно выполнять все этапы определения координат пунктов (проектирование работ, полевые наблюдения, математическая обработка измерений, преобразование координат) с помощью технологий ГНСС.
4
ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы
Аудиторная нагрузка:
Лекции
Лабораторные (практические) занятия
Самостоятельная работа:
Курсовой проект
Индивидуальные задания по решению задач
Подготовка оформление и защита лабораторных
работ
Коллоквиум
Подготовка к итоговому контролю
Всего по курсу
Вид итогового контроля
4
Количество часов
Семестры
Всего
VII
36
36
12
12
24
24
34
34
34
34
27
97
27
97
экзамен
5
5.1
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекционные занятия
Номер
Темы лекционных занятий
часы
лекции
1.
ВВЕДЕНИЕ. СПУТНИКОВЫЕ МЕТОДЫ В ГЕОДЕЗИИ. ГЛОБАЛЬНЫЕ
НАВИГАЦИОННЫЕ
СПУТНИКОВЫЕ
СИСТЕМЫ.
ВИДЫ
СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Содержание курса. Связь с дисциплинами “Прикладная геодезия”, “Выс1
шая геодезия”. Спутниковые радионавигационные системы. Три сегмента
системы. Типы спутниковой аппаратуры. Архитектура спутникового приемника.
2.
ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ГНСС
1
Структура сигнала. Навигационное сообщение. Псевдодальности. Фазы.
3.
МЕТОДЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
Абсолютный, дифференциальный (по кодовым и фазовым наблюдениям),
2
относительный методы позиционирования. Метод множественных опорных станций. Концепция виртуальной опорной станции.
4.
ОШИБКИ НАБЛЮДЕНИЙ
Виды ошибок и величина их влияния. Способы ослабления действия оши1
бок наблюдений.
5.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Особенности составления проекта геодезической спутниковой сети. Вы1
бор метода позиционирования, аппаратуры, параметров миссии
6.
МЕТОДИКА СПУТНИКОВЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.
Режимы статики и быстрой статики. Режимы кинематики Stop&Go и не2
прерывной кинематики. Способы инициализации. Съемки в реальном
времени. Определение элементов приведения. Полевые контроли.
7.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ СПУТНИКОВЫХ
НАБЛЮДЕНИЙ
Общий порядок обработки. Процессор вычисления базовых линий. Кри2
терии оценки качества решения. Уравнивание геодезической сети. Критерии состоятельности уравнивания.
8.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЛАНОВЫХ И ВЫСОТНЫХ КООРДИНАТ
2
12
5.2
Лабораторный практикум
Лабораторный практикум предусматривает обязательное выполнение работ в компьютерной аудитории группами студентов по вариантам
Номер
занятия
1, 2, 3
4, 5, 6
Тема лабораторных занятий
ПОСТРОЕНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Знакомство с нормативной документацией по составлению проектов.
Создание рабочей схемы сети. Составление программы спутниковых
наблюдений.
ФАЗОВАЯ СПУТНИКОВАЯ АППАРАТУРА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ.
Знакомство с комплектом с аппаратуры. Характеристики приемника.
Настройки стилей съемки. Методика выполнения спутниковых наблю5
Часы
6
6
5, 6, 7
дений. Статическая съемка. Кинематика разных режимов.
ОБРАБОТКА СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ В ПРОГРАММНОМ
КОМПЛЕКСЕ TGO.
Знакомство с программным комплексом. Планирование спутниковых
наблюдений. Импорт данных в проект. Процессор вычисления базовых
линий. Модуль уравнивания. Преобразование координат.
12
24
5.3
Курсовой проект
Нет
5.4
Самостоятельная работа студента (СРС) по дисциплине и контроль её выполнения
Вид СРС
Подготовка
реферата
Содержание СРС
Темы рефератов приводятся в разделе 6.1.
- изучение основная и дополнительная литература
по дисциплине с целью получить представление о
предмете реферата;
- обзор электронных и печатных изданий профессиональной направленности с
целью осветить текущее
состояние вопроса;
- анализ тенденций и перспектив развития ситуации.
Подготовка, - изучение теоретического
оформление материала по темам лабораи
защита торных работ;
лаборатор- подготовка ответы на конных работ
трольные вопросы;
- оформление отчёта согласно требованиям, приведенным в сборнике описаний лабораторных работ
(практикумов) по данной
дисциплине.
Подготовка - изучение теоретического
к экзамену
материала по лекциям и
учебным пособиям;
- подготовка ответы на экзаменационные вопросы;
Вид контроля выполнения СРС
- доклад по теме реферата;
- участие в обсуждении других
рефератов;
- защита отчётов по лабораторным
работам (проверяются результаты
выполнения работы, содержание
отчёта);
- вопросы на знание терминологии
по теме лабораторной работы
(проверяется усвоение теоретического материала).
При наличии конспекта лекций и
выполненных лабораторных работы студент получает допуск к экзамену. Экзамен принимается устно в форме ответов на вопросы
билета.
Итого СРС за семестр:
6
Объём
СРС, ч.
6
20
10
36
6
6.1
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Темы рефератов
1. Глобальная навигационная спутниковая система GALILEO. История, современное состояние, перспективы развития.
2. Глобальная навигационная спутниковая система COMPAS. История, современное состояние, перспективы развития.
3. Постоянно действующие станции наблюдений. Концепция, области применения, примеры реализации в Российской Федерации.
4. Методика спутниковых геодезических измерений. Режимы статики и быстрой статики.
5. Методика спутниковых геодезических измерений. Режимы кинематика и «Стой-Иди».
Виды инициализации.
6. Обзор новинок рынка спутниковой геодезической аппаратуры 2005-2011 гг. Фирма
Trimble Navigation.
7. Обзор новинок рынка спутниковой геодезической аппаратуры 2005-2011 гг. Фирма
Leica Geosystems.
8. Обзор новинок рынка спутниковой геодезической аппаратуры 2005-2011 гг. Фирма
Topcon Positioning.
9. Обзор новинок рынка программного обеспечения технологий ГНСС 2005-2011 гг.
6.2
Список вопросов для подготовки к экзамену:
1. Глобальные навигационные спутниковые системы: преимущества и недостатки использования спутниковых технологий в геодезии.
2. Глобальные навигационные спутниковые системы: три сегмента системы.
3. Глобальные навигационные спутниковые системы: структура сигнала, навигационное сообщение, альманах.
4. Подсистема аппаратуры пользователей: типы спутниковой аппаратуры, архитектура спутникового приемника, его основные блоки.
5. Виды измерений в технологиях ГНСС: псевдодальность и принцип ее измерения,
уравнение псевдодальности.
6. Виды измерений в технологиях ГНСС: фаза и принцип ее измерения, уравнение
фазы.
7. Источники погрешностей при спутниковых измерениях: ошибки эфемерид, модель
поправки часов. Способы ослабления их влияния.
8. Источники погрешностей при спутниковых измерениях: ионосферная задержка,
тропосферная задержка, многопутность. Способы ослабления их влияния.
9. Методы позиционирования по наблюдениям ГНСС: абсолютный, дифференциальный и относительный.
10. Методы позиционирования по наблюдениям ГНСС: использование постоянно действующих станций, метод множественных опорных станций, концепция виртуальной
опорной станции.
11. Проектирование геодезических сетей: составления проекта геодезической спутниковой сети.
12. Проектирование геодезических сетей: методы создания сетей (лучевой, сетевой и
смешанный), их преимущества и недостатки.
13. Методика полевых спутниковых геодезических измерений: режимы статики и
быстрой статики.
14. Методика полевых спутниковых геодезических измерений: режимы кинематики
«Стой-Иди» и непрерывной кинематики. Способы инициализации.
7
15. Математическая обработка результатов спутниковых наблюдений: общий порядок
обработки и результаты промежуточных этапов.
16. Математическая обработка результатов спутниковых наблюдений: процессор вычисления базовых линий, критерии оценки качества результатов вычислений.
17. Математическая обработка результатов спутниковых наблюдений: уравнивание
геодезической сети, критерии состоятельности уравнивания.
18. Преобразование плановых и высотных координат в спутниковых технологиях.
6.3
Перечень используемых методических разработок
Построение опорных геодезических сетей космическими методами [Текст]: методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Космическая навигация» / Е.Г. Гиенко. – Новосибирск: СГГА, 2009. – 37 с.
Примеры выполнения лабораторных работ.
6.4
1.
2.
3.
4.
5.
Библиографический список основной и дополнительной литературы
а) основная
Синякин А.К. Физические принципы работы GPS/ГЛОНАСС [Текст] : монография /
А.К. Синякин, А.В. Кошелев, 2009. - 109 с.
Яценков В.С. Основы спутниковой навигации.Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС
[Текст] [Текст] / В. С. Яценков, 2005. - 272 с.
Технологии геодезических и картографических работ [Электронный ресурс] : учеб.
пособие / Афонин К.Ф ; СГГА. - Новосибирск : СГГА, 2007. - 100 с. – Режим доступа:
http://lib.ssga.ru/. –загл. с экрана.
Математическая обработка полевых геодезических измерений. Предварительные
вычисления [Электронный ресурс] : учеб. пособие / П.А. Карев ; СГГА. - Новосибирск : СГГА, 2010. - 67 с. – Режим доступа: http://lib.ssga.ru/. –загл. с экрана.
Карпик, А. П. Методологические и технологические основы геоинформационного
обеспечения территорий [Электронный ресурс] : монография / А.П. Карпик ; СГГА. Новосибирск : СГГА, 2004. - 260 с. – Режим доступа: http://lib.ssga.ru/. –загл. с экрана.
б) дополнительная литература
6. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии
(том 1). – М.: Картгеоцентр; Новосибирск: Наука. – 2005. – 334 с.
7. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии
(том 2). – М.: Картгеоцентр; Новосибирск: Наука. – 2006. – 360 с.
8. Физические принципы работы GPS/ГЛОНАСС [Текст]: монография / А.К. Синякин,
А.В. Кошелев. – Новосибирск: СГГА, 2009. – 110 с.
9. Евстафьев О.В. Наземная инфраструктура ГНСС для точного позиционирования. – М.:
ООО "Издательство "Проспект", 2009. – 48 с.
10. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS ГКИНП (ОНТА)-01-271-03. – М.: ЦНИИГАиК, 2003. – 65 с.
11. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с
применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС И GPS
ГКИНП (ОНТА)-02-262-02. – М.: ЦНИИГАиК, 2002. – 55 с.
12. РТМ 68-14-01 Спутниковая технология геодезических работ. Термины и определения.
8
7
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекционная аудитория с мультимедиа проектором.
Приемники Trimble (5700/R8/R7) (в количестве не менее 1 на 3-х студентов).
Компьютерный класс с установленным пакетом Trimble Business Center, v. 2.50 (не
менее 1 рабочего места на 2-х студентов).
9
Разработчик: Лагутина Е.К. – к.т.н., ст. преподаватель кафедры инженерной геодезии и информационных систем (ИГиИС) ФГБОУ ВПО «СГГА».
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ИГиИС
протокол № от « ____ » _____________ 2012 г
Зав. кафедрой ИГиИС
__________________ / В.А. Скрипников /
Одобрено научно-методическим советом института геодезии и менеджмента (ИГиМ)
протокол № от « ____ » _____________ 2012 г
Председатель
__________________ / С.В. Середович/
Директор ИГиМ
_________________ / С.В. Середович /
« _____ » ________________ 20 ____ г.
10