АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ОНЛАЙН-СЕРВИСОВ ПОСТОБРАБОТКИ GNSS-ДАННЫХ

ACCURACY ANALYSIS OF ONLINE GNSS PROCESSING SERVICES

Evgeniy Bogdanets

research fellow of Perm National Research Polytechnic University, department of mine surveying, geodesy and geoinformational systems,

Russia, Perm

Olesya Cheryomukhina

fifth grade student of Perm National Research Polytechnic University, oil and mining faculty, department of mine surveying, geodesy and geoinformational systems,

Russia, Perm

Alexey Zyryanov

fifth grade student of Perm National Research Polytechnic University, oil and mining faculty, department of mine surveying, geodesy and geoinformational systems,

Russia, Perm

АННОТАЦИЯ

Целью данной статьи является определение наиболее точного онлайн-сервиса для постобработки GNSS-данных. Рассмотрены характеристики семи бесплатных онлайн-сервисов. В качестве критерия точности предложена средняя квадратическая погрешность (СКП) определения местоположения. В результате выбор оптимального онлайн-сервиса сделан с учётом полученного значения СКП местоположения, доступности и удобства его использования.

ABSTRACT

The main purpose of this paper is to determine the most precise online postprocessing service for GNSS data. The characteristics of seven free online-services are considered. Root sum square uncertainty is suggested as criteria of accuracy. As the result, the choice of optimal online-service is based on criteria of accuracy, access and convenience in use.

Ключевые слова: спутниковые технологии; онлайн-сервис; постобработка; GNSS-данные.

Keywords: satellite technology; online-service; postprocessing; GNSS data.

На сегодняшний день позиционирование посредством спутниковых систем широко применяется в различных областях жизнедеятельности человека. Основой данного метода является глобальная навигационная спутниковая система (Global Navigational Satellite System – GNSS), которая сформирована на основе двух разработок: американской – GPS и советской – GLONASS. Совместное применение зарубежной и отечественной разработок позволяет решать множество инженерных задач.

Не смотря на то, что изначально спутниковый метод позиционирования был создан для решения вопросов обороны и безопасности, сейчас этот метод используют практически во всех отраслях экономики: транспорт, сельское хозяйство, энергетика, персональная навигация, строительство, геодезия, картография, землеустройство и др.

Совершенствование спутниковых технологий позволило применять данную систему для решения высокоточных задач в области горной и нефтяной промышленности, например, для создания геодинамических полигонов на месторождениях углеводородов для наблюдений за оседаниями и деформациями земной поверхности, а также в области фундаментальных наук о Земле для наблюдений за движением тектонических плит, вулканической активностью и т.д. [2, с.202].

Важно отметить, что навигационное сообщение, которое получает приёмник, не передаёт как таковые координаты определяемой точки, однако сообщение содержит в себе следующие данные: альманах, эфемериды спутника, поправку часов спутника относительно времени системы и коэффициенты для учёта влияния атмосферы при выполнении одночастотных измерений, которые в дальнейшем используются для точного вычисления местоположения объекта. Для этого применяют систему постобработки.

На сегодняшний день на рынке существует несколько бесплатных онлайн-сервисов постобработки, которые имеют свои особенности при использовании и отличаются точностью определения конечных координат. Таким образом, актуальным является выбор наиболее точного и оптимального онлайн-сервиса для постобработки GNSS-данных.

Для анализа были выбраны семь онлайн-сервисов: OPUS (Online Positioning User Service), APPS (Automatic Precise Positioning Service), CSRS-PPP (Canadian Spatial Reference System Precise Point Positioning Service), GAPS (GPS Analysis and Positioning Software), AUSPOS (Geoscience Australia Online GPS Processing Service), Magic GNSS, Trimble RTX™ (Trimble CenterPoint™ RTX™ Post-Processing Service). Отметим, что все выбранные сервисы являются зарубежными разработками, что свидетельствует о значительном прогрессе заграничных технологий в области постобработки спутниковых данных.

В свою очередь на конечный результат, т.е. определение местоположения, влияют два основных фактора: процесс обработки данных (алгоритм, математическая модель) и точность исходных GNSS-данных.

Общим для данных онлайн-сервисов является то, что результаты обработки приходят на электронную почту пользователя, а их особенности представлены в табл.1.

Таблица 1.

Характеристика выбранных онлайн-сервисов постобработки GNSS-данных

Согласно табл.1 можно увидеть, что каждый из сервисов имеет свои особенности. В свою очередь, большинство сервисов, например, AUSPOS, CSRS-PPP, Magic GNSS и GAPS работает с IGS данными, что позволяет использовать при обработке точные данные орбит и часов.

В рамках данного исследования для выполнения постобработки исходными данными являются GNSS измерения за 161 и 171 GNSS-сутки двенадцати постоянно действующих базовых станций (БС) в формате ITRF. Эти станции объединены в геодезическую сеть специального назначения (GNSS-сеть), расположенную на территории месторождения углеводородов в Западной Сибири. Эта сеть была создана в 2012 году для создания единой геодезической основы на месторождении. Схема расположения БС представлена на рис.1.

Для выбора наиболее точного сервиса постобработки необходимо проанализировать значение средней квадратической погрешности (СКП) определения координат БС. В качестве «эталонного» положения БС было принято положение в результате обработки трёхсуточных GNSS-данных для каждой БС (за 160, 161, 162 и 170, 171, 172 сутки соответственно) с помощью сервиса AUSPOS. Данный сервис был выбран в качестве исходного на основе исследований источника [1]. Далее необходимо было определить координаты для двенадцати БС на семи выбранных сервисах для выбранных GNSS-суток. Результаты математической обработки представлены в табл.2.

Рисунок 1. Схема расположения БС

Таблица 2.

Полученные значения СКП по координатам X, Y, Z

Таким образом, в результате анализа можно сделать следующие выводы. Первое, наиболее точным сервисом постобработки является AUSPOS. Это может быть обусловлено тем, что «эталонное» значение координат было вычислено также с помощью сервиса AUSPOS. Также к числу наиболее точных сервисов можно отнести CSRS-PPP и APPS. Второе, наиболее грубым является Magic GNSS. Отличительным является то, что результаты постобработки были представлены в географических координатах, что потребовало преобразования их в прямоугольные с помощью сервиса ngs.noaa.gov и могло повлечь к завышению значения конечных СКП. Третье, выбор оптимального сервиса необходимо производить с точки зрения простоты и удобства использования. Наиболее удовлетворяет данным параметрам сервис AUSPOS: он не требует регистрации и является достаточно доступным для начинающего пользователя. В заключении отметим, что практически все полученные СКП сопоставимы с миллиметровой точностью, что является хорошим показателем для применения данной технологии в горной и нефтяной промышленности.

Список литературы:

1. Ocalan T., Erdogan B., Tunalioglu N. Analysis of web-based online services for GPS relative and precise point positioning techniques // Boletim de Ciencias Geodesicas. – 2013, №2 – P.191-207.
2. Wang G. Teaching high-accuracy Global Positioning System to undergraduates using online processing services / G. Wang // Journal of geoscience education. – 2013, № 61. – P.202-212.