RU2165595C1 - System to conduct topographic survey of roadbed ( versions ) and method of conducting of topographic survey - Google Patents
System to conduct topographic survey of roadbed ( versions ) and method of conducting of topographic survey Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165595C1 RU2165595C1 RU2000102556/28A RU2000102556A RU2165595C1 RU 2165595 C1 RU2165595 C1 RU 2165595C1 RU 2000102556/28 A RU2000102556/28 A RU 2000102556/28A RU 2000102556 A RU2000102556 A RU 2000102556A RU 2165595 C1 RU2165595 C1 RU 2165595C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- vehicle
- gps
- gps receiver
- receiver
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R11/00—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
- B60R11/02—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for for radio sets, television sets, telephones, or the like; Arrangement of controls thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R11/00—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for
- B60R2011/0001—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for characterised by position
- B60R2011/004—Arrangements for holding or mounting articles, not otherwise provided for characterised by position outside the vehicle
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике для топографической съемки с использованием GPS-сигналов, данные которой могут быть использованы при реконструкции и ремонте дорог, взлетно-посадочных полос и т.п., а также могут найти применение при паспортизации, инвентаризации или составлении кадастра автодорог. The invention relates to measuring equipment for topographic surveying using GPS signals, the data of which can be used in the reconstruction and repair of roads, runways, etc., and can also be used for certification, inventory or compilation of a cadastre of roads.
До недавнего времени для выполнения топографических съемок поверхностей дорог использовались механические приборы, такие как геодезические инструменты. Для определения плана и продольного профиля трассы применялись топографические съемки и нивелирование поверхностей. Данные, полученные с помощью этой техники, основаны на визуальных измерениях и, следовательно, обладают невысокой точностью. Кроме того, они трудоемки и требуют много времени на выполнение. Until recently, mechanical instruments, such as surveying instruments, were used to perform topographic surveys of road surfaces. To determine the plan and the longitudinal profile of the route, topographic surveys and leveling of surfaces were used. The data obtained using this technique are based on visual measurements and therefore have low accuracy. In addition, they are laborious and require a lot of time to complete.
Известны более совершенные - автоматизированные способы проведения съемок дорожного полотна. Например, в патенте США N 5075772, H 04 N 007/18, H 04 N 005/84, опубл. 24.12.91, описан способ, заключающийся в том, что на дорожное полотно дискретно равномерно наносятся пятна краски или металлические метки, относительно которых затем проводится съемка поверхности с помощью полевой установки - съемочного автомобиля, на котором в определенных положениях закреплено съемочное оборудование, включающее видеокамеры и измерительные приборы, основанные на инфракрасной или ультрафиолетовой радиации (в зависимости от вида краски пятен), или электромагнитные датчики для детектирования металлических пятен. Измеренные данные запасаются в цифровом виде или в виде мониторных изображений на магнитных лентах. Однако съемка с помощью таких приборов по пятнам не может дать сантиметровую точность измерений, необходимую для проведения микропрофилирования покрытий дорог. Known for more advanced - automated methods for surveying the roadway. For example, in US patent N 5075772, H 04 N 007/18, H 04 N 005/84, publ. 12.24.91, a method is described in which spots of paint or metal marks are discretely uniformly applied to the roadway, relative to which the surface is then shot using a field installation - a shooting car, on which shooting equipment, including video cameras, is fixed in certain positions measuring devices based on infrared or ultraviolet radiation (depending on the type of paint stains), or electromagnetic sensors for detecting metal stains. The measured data is stored digitally or in the form of monitor images on magnetic tapes. However, shooting with such instruments on spots cannot give the centimeter accuracy of measurements necessary for microprofiling of road surfaces.
С установлением Соединенными Штатами Америки серии спутников Глобальной Системы Местоопределения (Global Positioning System - GPS), позволяющей определять местонахождение конкретной точки на земле с относительно большой точностью (стандартный приемник GPS способен определять положение с точностью менее 1 м), появились топографические устройства, определяющие продольные и поперечные профили автодорог в Х-У-Z координатах с помощью спутниковых сигналов (например, патент США N 5721685, опубл. 24.02.98, G 01 В 11/30, E 01 C 19/00). Устройство по данному патенту представляет собой полевую установку в виде автомобиля, на котором спереди или сзади крепится на высоте 1 метра от поверхности сенсорная панель с размещенными на ней двумя GPS-приемниками, установленными по концам панели, а также несколько датчиков (ультразвуковых или инфракрасных), установленных между GPS-приемниками для измерения расстояния до поверхности дороги под прямыми углами к ней. Установка содержит также бортовой компьютер, соединенный с GPS-приемниками и датчиками проводной связью, установленный в автомобиле, где также помещены видеокамера и устройство измерения дистанции, производящее инициализацию. Передача цифровой информации с GPS-приемников и датчиков на бортовой компьютер производится через определенные промежутки времени. Первичные данные съемки передаются в офисный компьютер для постобработки и перевода в программный продукт - X, Y, Z-файлы. В этом устройстве повышение точности измерений достигается за счет использования большого количества ультразвуковых или других датчиков (от 4 до 9 датчиков в разных вариантах использования), что не может не сказаться на стоимости установки. With the establishment by the United States of America a series of satellites of the Global Positioning System (GPS), which allows you to determine the location of a specific point on the earth with relatively high accuracy (a standard GPS receiver is able to determine position with an accuracy of less than 1 m), topographic devices have been identified that determine the longitudinal and transverse profiles of roads in X-U-Z coordinates using satellite signals (for example, US patent N 5721685, publ. 24.02.98, G 01 11/30, E 01
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система, включающая систему спутников GPS, подвижное роверное устройство, выполненное в виде двухколесной тележки с установленной на ней платформой на высоте 3 м, на которой помещена антенна и под которой установлены: 12-канальный GPS-приемник, система счисления пути (включающая колесные кодеры, датчик ориентации и потенциометр вращения), система цифровых видеокамер переднего, бокового и заднего обзора (всего 7 камер) и бортовой компьютер. Роверное устройство подсоединено штангой к трактору, который выполняет перемещение устройства по дорожному полотну. Система включает также второй GPS-приемник, помещенный стационарно на пункте с известными координатами. Считывание данных производится при одновременном наблюдении 4 спутников, при этом считывание данных относительного положения (т. е. плана) производится от трех спутников и данных временной базы - от четвертого. В ходе съемки осуществляется считывание фазовой информации, дополняемой информацией счисления пути и цифровой информацией видеообзора. Информация передается в блок постобработки на стационарный компьютер, который преобразует выходную информацию в электронную форму (дискеты, файлы). Точность определений данной системой составляет до 1 см для стационарного GPS-приемника и до 5 см - для передвижного GPS-приемника [1]. Closest to the proposed invention is a system including a GPS satellite system, a mobile rover device made in the form of a two-wheeled trolley with a platform mounted on it at a height of 3 m, on which the antenna is placed and under which are installed: 12-channel GPS receiver, number system paths (including wheel encoders, an orientation sensor and a rotation potentiometer), a system of digital video cameras for front, side and rear viewing (7 cameras in total) and an on-board computer. The rover device is connected by a barbell to a tractor, which performs the movement of the device on the roadway. The system also includes a second GPS-receiver, placed stationary at a point with known coordinates. Data is read with the simultaneous observation of 4 satellites, while the relative position data (i.e., the plan) is read from three satellites and the time base data from the fourth. During the shooting phase information is read, supplemented by dead reckoning information and digital video review information. Information is transferred to the post-processing unit on a stationary computer, which converts the output information into electronic form (floppy disks, files). The accuracy of the definitions of this system is up to 1 cm for a stationary GPS-receiver and up to 5 cm for a mobile GPS-receiver [1].
Однако в данной системе считывание фазовой информации производится при одновременном наблюдении всего 4 спутников. Это означает, что данная система может снимать лишь плановую (в координатах X, Y) информацию и не может выполнять привязку к измерению высот (H). Кроме того, фазовая информация в этой системе является лишь дополнительной к расчетным данным, следовательно, измерение одной фазовой информации не сможет обеспечить указанную точность. However, in this system, phase information is read with the simultaneous observation of only 4 satellites. This means that this system can only take planned (in X, Y coordinates) information and cannot bind to measuring heights (H). In addition, the phase information in this system is only additional to the calculated data, therefore, the measurement of one phase information will not be able to provide the specified accuracy.
Для получения полных расчетных данных съемочное устройство имеет сложное аппаратурное исполнение. К тому же помещение всей измерительной аппаратуры на двухколесной тележке роверного устройства создает возможность механических и погодных воздействий на нее. To obtain complete calculated data, the shooting device has a complex hardware design. In addition, the placement of all measuring equipment on a two-wheeled trolley of the rover device creates the possibility of mechanical and weather influences on it.
Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является значительное упрощение устройства, используемого в системе для проведения топографической съемки с помощью сигналов GPS, и в то же время сохранение высокой точности при проведении фазовых измерений в координатах X, Y, H. Thus, the objective of the invention is to significantly simplify the device used in the system for conducting topographic surveys using GPS signals, while at the same time maintaining high accuracy during phase measurements in the coordinates X, Y, H.
Поставленная задача достигается тем, что в системе для проведения топографической съемки дорожной поверхности, содержащей: созвездие спутников GPS; передвижной GPS-приемник; устройство, несущее антенну передвижного GPS-приемника; транспортное средство для перемещения GPS-приемника и устройства, несущего антенну; средство для крепления устройства, несущего антенну, к транспортному средству; второй GPS-приемник, помещенный стационарно на пункте с известными координатами; и блок постобработки данных съемки, включающий стационарный компьютер, предлагается устройство, несущее антенну, выполнить в виде одного колеса, на котором размещено средство крепления антенны, позволяющее выставлять антенну в вертикальное положение на точке инициализации; передвижной GPS-приемник поместить в транспортное средство, а также с созвездием спутников GPS дополнительно использовать созвездие спутников ГЛОНАСС (Глобальной навигационной спутниковой системы). The problem is achieved in that in the system for conducting topographic surveys of the road surface, comprising: a constellation of GPS satellites; mobile GPS receiver; a device that carries the antenna of a mobile GPS receiver; a vehicle for moving the GPS receiver and the device carrying the antenna; means for attaching the device carrying the antenna to the vehicle; a second GPS receiver stationary at a point with known coordinates; and the post-processing unit of the shooting data, including a stationary computer, it is proposed that the device carrying the antenna be made in the form of a single wheel on which the antenna mount means are placed, which allows the antenna to be placed in a vertical position at the initialization point; Place the mobile GPS receiver in the vehicle, and with the constellation of GPS satellites additionally use the constellation of GLONASS satellites (Global Navigation Satellite System).
При этом средство крепления антенны выполнено в виде вехи, размещенной в гнезде, закрепляемом на колесе. А устройство, несущее антенну передвижного GPS-приемника, выполнено с возможностью его закрепления с левой или правой стороны транспортного средства в пределах до 0,5 м за его габарит, для обеспечения возможности совмещения фазового центра антенны со структурной линией дорожной поверхности. In this case, the antenna mounting means is made in the form of a pole located in a socket fixed to a wheel. And the device that carries the antenna of the mobile GPS-receiver is made with the possibility of fixing it on the left or right side of the vehicle within up to 0.5 m behind its size, to ensure the possibility of combining the phase center of the antenna with the structural line of the road surface.
Кроме того, средство крепления устройства, несущего антенну, к транспортному средству выполнено в виде системы штанг, закрепляемых на транспортном средстве, и соединенной с системой штанг крепежной рамы в форме треугольника, один из концов которого выдвинут в пределах до 0,5 м влево или вправо за габарит транспортного средства и является местом крепления устройства, несущего антенну. In addition, the means of attaching the device carrying the antenna to the vehicle is made in the form of a rod system mounted on the vehicle and connected to the rod system of the mounting frame in the form of a triangle, one of the ends of which is extended to the left or right up to 0.5 m beyond the size of the vehicle and is the mounting location of the device carrying the antenna.
Во втором варианте выполнения системы, также содержащей: созвездие спутников GPS; передвижной GPS-приемник; устройство, несущее антенну передвижного GPS-приемника; транспортное средство для перемещения GPS-приемника и устройства, несущего антенну; средство для крепления устройства, несущего антенну, к транспортному средству; второй GPS-приемник, помещенный стационарно на пункте с известными координатами; и блок постобработки данных съемки, включающий стационарный компьютер, предлагается: средство крепления устройства, несущего антенну, к транспортному средству разместить на крышке транспортного средства, а устройство, несущее антенну, выполнить в виде поворотной подвески коленчатой формы, конец одного колена которой размещен с возможностью поворота на крыше на средстве крепления данного устройства, а конец другого колена которой несет антенну; передвижной GPS-приемник поместить в транспортное средство, и с созвездием спутников GPS дополнительно использовать созвездие спутников ГЛОНАСС. In a second embodiment of the system, also comprising: a constellation of GPS satellites; mobile GPS receiver; a device that carries the antenna of a mobile GPS receiver; a vehicle for moving the GPS receiver and the device carrying the antenna; means for attaching the device carrying the antenna to the vehicle; a second GPS receiver stationary at a point with known coordinates; and a post-processing unit for shooting data, including a stationary computer, it is proposed: the means for attaching the device carrying the antenna to the vehicle to be placed on the vehicle cover, and the device carrying the antenna can be made in the form of a knee-shaped swivel suspension, the end of one knee of which is rotatably mounted on the roof on the mounting device of this device, and the end of the other knee which carries the antenna; place the mobile GPS-receiver in the vehicle, and with the constellation of GPS satellites additionally use the constellation of GLONASS satellites.
При этом поворотная подвеска выполнена с возможностью выдвижения в пределах до 0,5 м влево или вправо за габарит транспортного средства для обеспечения возможности совмещения фазового центра антенны и снимаемой структурной линии. At the same time, the swivel suspension is made with the possibility of extension within 0.5 m to the left or right beyond the vehicle’s overall dimension in order to ensure the possibility of combining the phase center of the antenna and the structural line to be removed.
А также для обоих вариантов характерно, что в качестве транспортного средства использован автомобиль и в нем дополнительно помещен контроллер, а также, что каждый GPS-приемник дополнительно имеет каналы ГЛОНАСС. It is also characteristic of both options that a vehicle is used as a vehicle and an additional controller is placed in it, as well as that each GPS receiver additionally has GLONASS channels.
Цель достигается также тем, что при проведении способа топографической съемки, включающего операции: инициализацию передвижного GPS-приемника и съемку точек структурных линий поверхности в координатах плана X, Y путем дискретного считывания информации от спутников GPS, определяющих положение фазового центра антенны GPS-приемника, накопления первичной информации, передачи ее для постобработки в стационарный компьютер, в который направляют также данные со стационарного GPS-приемника с пункта с известными координатами, и дифференциальной обработки информации в стационарном компьютере с помощью программного обеспечения с выводом выходной информации в электронную форму, предлагается способ выполнять с помощью вышеописанного устройства, при этом съемку выполняют с учетом также высот H точек структурных линий, считывание информации ведут дополнительно от спутников ГЛОНАСС, при этом одновременно наблюдают не менее 5 спутников, а также при продольных и поперечных наклонах антенны, обусловленных профилем поверхности, и соответствующих смещениях ее фазового центра в программное обеспечение вводят подпрограммы учета смещения фазового центра антенны в два этапа: на одном этапе определяют продольный уклон поверхности для каждой точки структурной линии, учитывают, что продольный наклон антенны равен продольному уклону поверхности, и вводят подпрограмму поправки в определение высот H снимаемых точек, на другом этапе определяют поперечный уклон поверхности для каждой точки структурной линии, сравнивают его с уклоном в точке инициализации, учитывают, что алгебраическая разность сравниваемого и исходного уклонов поверхности есть угол наклона антенны в данной точке, и вводят подпрограмму поправки в определение координат X, Y снимаемых точек. The goal is also achieved by the fact that when carrying out a method of topographic survey, which includes operations: initializing a mobile GPS receiver and taking points of structural lines of the surface in the coordinates of the X, Y plan by discrete reading information from GPS satellites that determine the position of the phase center of the GPS receiver antenna, accumulating primary information, its transmission for post-processing to a stationary computer, which also sends data from a stationary GPS-receiver from a point with known coordinates, and differential image information processing in a stationary computer using software with output information output in electronic form, a method is proposed to be performed using the above-described device, while shooting is also carried out taking into account the heights of H points of structural lines, the information is additionally read from GLONASS satellites, while simultaneously observing at least 5 satellites, as well as with longitudinal and transverse tilts of the antenna, due to the surface profile, and the corresponding displacements of its phase center in the software the software introduces the subroutines for taking into account the displacement of the antenna phase center in two stages: at one stage, determine the longitudinal surface slope for each point of the structural line, take into account that the longitudinal antenna tilt is equal to the longitudinal surface slope, and introduce the correction subroutine in determining the heights H of the points taken, at another determine the transverse slope of the surface for each point of the structural line, compare it with the slope at the initialization point, take into account that the algebraic difference of the compared and initial slopes surface is the angle of the antenna at a given point, and introduce the correction subroutine in determining the X, Y coordinates of the points taken.
При съемке фазовой информации через спутниковую систему в кинематическом режиме необходимо сохранять фазу несущей частоты, т.е. требуется "видеть" как можно большее число спутников. Если при съемке происходит потеря фазы несущей частоты, измерения прекращаются. Для продолжения работ необходимо отключать аппаратуру и снова производить инициализацию. С целью предотвращения потери фазы несущей частоты по данному изобретению используется не только созвездие американской спутниковой системы - GPS, но и российской спутниковой системы ГЛОНАСС, вдвое увеличивающей общее число спутников. А в аппаратурном исполнении применяемые GPS-приемники имеют 12 каналов GPS с кодом и фазой несущей на частоте L1 и 12 каналов ГЛОНАСС с кодом и фазой несущей на частоте L1, что дает возможность "видеть" одновременно не менее 5 спутников и проводить измерения в координатах X, Y, H непрерывно (при отсутствии препятствий). When shooting phase information through a satellite system in the kinematic mode, it is necessary to save the phase of the carrier frequency, i.e. you need to “see” as many satellites as possible. If during shooting there is a loss of phase of the carrier frequency, the measurement stops. To continue work, you must turn off the equipment and again initialize. In order to prevent loss of phase of the carrier frequency according to this invention, not only the constellation of the American satellite system - GPS, but also the Russian satellite system GLONASS is used, which doubles the total number of satellites. And in the hardware version, the GPS receivers used have 12 GPS channels with a code and a carrier phase at a frequency of L1 and 12 GLONASS channels with a code and a carrier phase at a frequency of L1, which makes it possible to “see” at least 5 satellites at the same time and take measurements in X coordinates , Y, H continuously (in the absence of obstacles).
Выполнение устройства, несущего антенну, с размещением вехи с антенной непосредственно на отдельном колесе (так называемом "пятом" колесе автомобиля) предназначено для съемки преимущественно фиксированных (имеющих покрытие) поверхностей. В данном случае колесо, несущее антенну, выполняет роль копирного колеса на снимаемой структурной линии. При размещении оси копирного колеса на структурной линии в точке инициализации веха с антенной устанавливается в вертикальное положение и позволяет навести фазовый центр антенны непосредственно на структурную линию, что дает возможность более точно считывать точки поверхности в ходе съемки с помощью GPS-примника и спутниковой системы. The implementation of the device carrying the antenna, with the placement of the pole with the antenna directly on a separate wheel (the so-called "fifth" wheel of the car) is intended for shooting mainly fixed (coated) surfaces. In this case, the wheel carrying the antenna acts as a tracing wheel on the removed structural line. When placing the axis of the trailing wheel on the structural line at the initialization point, the pole with the antenna is installed in a vertical position and allows you to direct the phase center of the antenna directly to the structural line, which makes it possible to more accurately read surface points during shooting using a GPS receiver and satellite system.
Закрепление колеса, несущего антенну, как с левой, так и с правой стороны транспортного средства (автомобиля) дает возможность выполнять съемку как кромки, так и оси покрытий при движении автомобиля в соответствии с Правилами дорожного движения: т.е. по правой полосе движения. The fastening of the wheel that carries the antenna, both on the left and on the right side of the vehicle (car) makes it possible to shoot both the edge and the axis of the coatings when the car is moving in accordance with the Rules of the road: on the right lane.
Второй вариант выполнения устройства с размещением вехи с антенной на подвеске, закрепляемой на крыше автомобиля, предназначен для проведения съемок преимущественно нефиксированных поверхностей (верха земляного полотна, бровок, кромок автодорог с переходным типом покрытия и т.п.), при этом подвеска антенны позволяет устанавливать ее так, что фазовый центр антенны находится непосредственно над снимаемой структурной линией поверхности. Подвеска автомобиля в ходе съемки усредняет снимаемую поверхность и дает более точное ее представление. Выдвижение подвески антенны за габарит автомобиля позволяет увеличить ширину снимаемой поверхности, а поворот ее за любой габарит автомобиля позволяет проводить съемку с обеих сторон автомобиля. Т.о. конструкция устройства, несущего антенну, в обоих вариантах позволяет размещать антенну непосредственно над снимаемой структурной линией и точно наводить на эту линию ее фазовый центр, что дает возможность проводить измерения не только в координатах X, Y (т.е. фиксировать плановое положение), но и снимать высоты Н точек структурных линий. В сочетании с возможностью считывания информации от более 5 спутников одновременно получают более точное представление снимаемой структурной линии в координатах X, Y, Н. The second embodiment of the device with the placement of a pole with an antenna on a suspension bracket mounted on the roof of a car is intended for surveying predominantly unfixed surfaces (top of the subgrade, edges, edges of highways with a transitional type of coating, etc.), while the antenna suspension allows you to install it so that the phase center of the antenna is located directly above the removable structural line of the surface. The car suspension during shooting averages the surface being removed and gives a more accurate representation of it. The extension of the antenna suspension beyond the vehicle’s dimensions allows you to increase the width of the surface to be removed, and turning it beyond any vehicle’s dimensions allows shooting from both sides of the car. T.O. the design of the device carrying the antenna, in both versions, allows you to place the antenna directly above the removed structural line and precisely point its phase center to this line, which makes it possible to carry out measurements not only in the X, Y coordinates (i.e., fix the planned position), but and take the heights H of the points of the structural lines. In combination with the ability to read information from more than 5 satellites, a more accurate representation of the recorded structural line in coordinates X, Y, N. is simultaneously obtained.
Размещение измерительной аппаратуры в автомобиле исключает влияние механических и погодных воздействий на нее, что также влияет на повышение точности измерений. А использование в составе аппаратуры контроллера (например, типа Hushy), управляющего процессом съемки и задающего режим ее проведения: длину эпохи измерений, присвоение имен снимаемым точкам и др., позволяет автоматизировать процесс проведения съемки и повысить точность измерений. The placement of measuring equipment in the car eliminates the influence of mechanical and weather influences on it, which also affects the increase in measurement accuracy. And the use of a controller (for example, of the Hushy type) as part of the equipment that controls the shooting process and sets the mode of its conduct: the length of the measurement era, naming the surveyed points, etc., allows you to automate the shooting process and increase the accuracy of measurements.
Выполнение способа, включающего передачу данных съемки с передвижного GPS-приемника в стационарный компьютер и их камеральную обработку (с учетом данных стационарного GPS-приемника) с помощью штатного программного обеспечения WinPrizm, в которое вводятся подпрограммы поправок, учитывающих влияние продольных и поперечных наклонов антенны при расчете плановых координат X, Y и высот H, также направлено на повышение точности измерений. The implementation of the method, including the transfer of survey data from a mobile GPS-receiver to a stationary computer and their cameral processing (taking into account the data of a stationary GPS-receiver) using the standard WinPrizm software, into which correction subroutines are introduced that take into account the influence of the longitudinal and transverse tilts of the antenna when calculating the planned coordinates X, Y and heights H are also aimed at improving the accuracy of measurements.
В результате, с учетом того что паспортная точность применяемого для съемки комплекта двух приемников GG24 Ashtech (GPS + ГЛОНАСС) при определении координат фазового центра антенны составляет среднюю квадратичную ошибку:
в статике - расстояний ± (10 мм + 1 ppm · d),
превышений ± (17 мм + 1,7 ppm · d),
в кинематике - расстояний ± (15 мм + 1 ppm · d),
превышений ± (22 мм + 1,7 ppm · d),
где d - измеряемое расстояние в км, ppm = 1 · 10-6, точность предлагаемой системы и способа, которая в основном зависит от точности наведения фазового центра антенны на структурную линию, составляет ± 5 см в плане и ± 25 мм по высоте, что значительно превышает требования СНиП в части топографических съемок автодорог на стадии изысканий для рабочего проекта; ± 20 см в плане и ± 6 см по высоте.As a result, taking into account the fact that the nameplate accuracy of the set of two GG24 Ashtech receivers (GPS + GLONASS) used for shooting when determining the coordinates of the antenna phase center is the mean square error:
in static - distances ± (10 mm + 1 ppm · d),
excess ± (17 mm + 1.7 ppm · d),
in kinematics - distances ± (15 mm + 1 ppm · d),
excess ± (22 mm + 1.7 ppm · d),
where d is the measured distance in km, ppm = 1 · 10 -6 , the accuracy of the proposed system and method, which mainly depends on the accuracy of pointing the antenna phase center to the structural line, is ± 5 cm in plan and ± 25 mm in height, which significantly exceeds the requirements of SNiP in terms of topographic surveys of roads at the survey stage for a working draft; ± 20 cm in plan and ± 6 cm in height.
Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами:
фиг. 1 - блок-схема предлагаемой системы;
фиг. 2 - вид сбоку устройства, несущего антенну, прикрепленного к автомобилю;
фиг. 3 - вид сверху устройства, несущего антенну, прикрепленного к автомобилю;
фиг. 4 - торцевой вид устройства крепления подвески с антенной на крыше автомобиля;
фиг. 5 - вид сверху устройства крепления подвески с антенной на крыше автомобиля.The invention is illustrated by the accompanying drawings:
FIG. 1 is a block diagram of a proposed system;
FIG. 2 is a side view of a device carrying an antenna attached to a car;
FIG. 3 is a top view of a device carrying an antenna attached to a car;
FIG. 4 is an end view of a suspension mounting device with an antenna on a car roof;
FIG. 5 is a top view of a suspension mounting device with an antenna on a car roof.
Общая схема системы для выполнения топографической съемки показана на фиг. 1. Система имеет созвездие спутников 1, включающее спутники системы GPS и системы ГЛОНАСС, сигналы с которых поступают на антенну 2, связанную с GPS-приемником 3, который в свою очередь связан с контроллером 4. Данные изменений GPS-приемника 3 поступают в блок постобработки на стационарный компьютер 5, в который также поступают данные с GPS-приемника 6, установленного стационарно на базовой станции и имеющего информацию с известными координатными данными X, Y, H от Государственной геодезической станции. Антенна GPS-приемника 6 базовой станции также имеет связь со спутниками 1. A general diagram of a system for performing topographic surveys is shown in FIG. 1. The system has a constellation of satellites 1, including satellites of the GPS system and the GLONASS system, the signals from which are fed to the antenna 2 connected to the GPS receiver 3, which in turn is connected to the controller 4. The change data of the GPS receiver 3 is fed to the post-processing unit to a stationary computer 5, which also receives data from a GPS receiver 6, installed stationary at the base station and having information with known coordinate data X, Y, H from the State Geodetic Station. The antenna of the GPS receiver 6 of the base station also communicates with satellites 1.
Устройство для выполнения топографической съемки в качестве примерного исполнения показано на фиг. 2 и 3. Подвижное устройство, несущее антенну 2 передвижного GPS-приемника 3, выполнено в виде одного колеса 7, на держателе которого размещено средство крепления антенны в виде соединительного устройства 8 для крепления втулки 9, выполняющей роль гнезда, в котором размещается и настраивается в вертикальное положение веха 10 с антенной. Устройство, несущее антенну, через посредство соединительного устройства 8 крепится к одному концу треугольной крепежной рамы 11, которая выполнена с возможностью установки данного конца (и, следовательно, устройства, несущего антенну) в левое или в правое положение за габарит автомобиля. Одна неподвижная сторона 12 крепежной рамы 11 жестко крепится к двум вертикальным штангам 13, соединенным под прямыми углами с верхними горизонтальными штангами 14, закрепленными на устройстве 15 крепления на крышке автомобиля. Вертикальные штанги 13 внизу съемно крепятся к буксировочным петлям автомобиля. Антенна 2 имеет проводную связь с GPS-приемником 3, размещенным в автомобиле и связанным с контроллером 4. Данное съемочное устройство выполнено разборным. После разборки все его составные части помещаются в тот же автомобиль, который используется для съемки, для транспортировки к новому участку работы. Время сборки устройства около 20 минут. A device for performing topographic surveys as an exemplary embodiment is shown in FIG. 2 and 3. The mobile device carrying the antenna 2 of the mobile GPS receiver 3 is made in the form of a single wheel 7, on the holder of which there is mounted antenna fastening means in the form of a connecting device 8 for fixing the sleeve 9, which acts as a socket in which it is placed and tuned in the vertical position of the pole 10 with the antenna. The device that carries the antenna, through the connecting device 8, is attached to one end of the triangular mounting frame 11, which is configured to install this end (and, therefore, the device that carries the antenna) in the left or right position for the size of the vehicle. One fixed side 12 of the mounting frame 11 is rigidly attached to two vertical rods 13, connected at right angles to the upper horizontal rods 14, mounted on the mounting device 15 on the car cover. The vertical rods 13 below are removably attached to the towing hinges of the car. Antenna 2 has a wired connection with a GPS receiver 3 located in the car and connected to the controller 4. This shooting device is made collapsible. After disassembling, all its components are placed in the same car that is used for shooting, for transportation to a new site of work. The assembly time of the device is about 20 minutes.
На фиг. 4 и 5 показан второй вариант конструкции и крепления устройства, несущего антенну GPS-приемника 3, - на крыше автомобиля. Устройство 15 крепления, размещаемое в поперечном направлении на крыше автомобиля, например, на его водостоках, содержит две пары крепежных скоб 16, закрепляемых с противоположных сторон крыши. Каждая пара скоб 16 крепится с двух сторон к одной их двух направляющих 17 с помощью зажимных муфт 18, позволяющих изменять расстояние между парой скоб 16. На каждой из направляющих 17 между муфтами 18 размещена зажимная муфта 19. Между муфтами 19, в поперечном направлении от направляющих 17 размещена жесткая пластина 20, на которой вертикально закреплена втулка 21, служащая гнездом для размещения одного конца поворотной подвески 22, имеющей коленчатую форму. На втором конце поворотной подвески в положении вертикально вверх размещена втулка 23, служащая гнездом для размещения вехи 24 с антенной. Антенна имеет проводную связь с GPS-приемником 3, связанным с контроллером 4, помещенными в автомобиле. Данный вариант съемочного устройства выполнен также разборным и помещается в автомобиле при перемещении до объекта работ и обратно. Время сборки ≈ 10 мин. In FIG. 4 and 5 show a second embodiment of the design and mounting of the device carrying the antenna of the GPS receiver 3, on the roof of the car. The mounting device 15, mounted in the transverse direction on the roof of the car, for example, on its gutters, contains two pairs of mounting
Топографическая съемка выполняется следующим образом. Topographic survey is performed as follows.
Для проведения съемочных работ используется комплект автономного спутникового определения координат X, Y, H - GG24 Ashtech, который работает с двумя системами спутников: GPS и ГЛОНАСС. В качестве транспортного средства использован автомобиль. For shooting, a set of autonomous satellite coordinates determination X, Y, H - GG24 Ashtech is used, which works with two satellite systems: GPS and GLONASS. A vehicle was used as a vehicle.
При выполнении съемки фиксированных поверхностей (цементобетонных, асфальтобетонных покрытий автодорог и аэродромов) используется устройство с креплением антенны на "пятом" колесе автомобиля. На точке инициализации, выбираемой на поверхности с продольным уклоном, близким к нулю, продольная ось копирного колеса устанавливается на структурную линию (кромку, ось покрытия), веха с антенной выставляется вертикально на высоте ≈ 3 м для избежания помех от движущегося транспорта. Измеряется поперечный уклон покрытия, на котором в данное время находится автомобиль. When shooting fixed surfaces (cement concrete, asphalt concrete coatings of roads and airfields), a device with an antenna mount on the "fifth" wheel of the car is used. At the initialization point selected on a surface with a longitudinal slope close to zero, the longitudinal axis of the trailing wheel is mounted on a structural line (edge, coating axis), the pole with the antenna is aligned vertically at a height of ≈ 3 m to avoid interference from moving vehicles. The transverse slope of the coating on which the vehicle is currently located is measured.
До этого стационарный GPS-приемник устанавливается на пункте, имеющем координаты X, Y, H в заданной системе координат. После измерения высоты фазового центра антенны и выполнения инициализации измерительной аппаратуры автомобиль начинает движение таким образом, чтобы ось копирного колеса находилась над снимаемой структурной линией. Съемка производится дискретно в кинематическом режиме. В зависимости от требуемой дискретности выбирается длина эпохи кинематических измерений и скорость движения автомобиля. Так, при длине эпохи измерений 2 секунды и скорости 40 км/ч дискретность составляет 20 м. Prior to this, a stationary GPS-receiver is installed at a point having coordinates X, Y, H in a given coordinate system. After measuring the height of the phase center of the antenna and initializing the measuring equipment, the car begins to move in such a way that the axis of the trailing wheel is above the structural line to be taken. Shooting is performed discretely in kinematic mode. Depending on the required discreteness, the length of the era of kinematic measurements and the speed of the car are selected. So, with a length of the measurement era of 2 seconds and a speed of 40 km / h, the resolution is 20 m.
При необходимости фиксации встречающихся элементов ситуации (начало-конец ограждений, дорожные знаки, пикетаж и т.д.) выполняется остановка, точное наведение антенны. Название структурных линий в элементов ситуации задается с контроллера. If it is necessary to fix the meeting elements of the situation (the beginning and end of the fences, road signs, picket, etc.), a stop is performed, the antenna is accurately guided. The name of the structural lines in the elements of the situation is set from the controller.
После завершения съемки одной структурной линии положение антенны при необходимости перестраивается для съемки следующей линии. After completing the survey of one structural line, the position of the antenna, if necessary, is rebuilt to take the next line.
В процессе съемки с контроллера необходимо следить, чтобы одновременно в зоне видимости антенны находилось как минимум пять спутников, в противном случае происходит потеря фазы несущей частоты, после чего необходимо выключить приемник и заново выполнить инициализацию. Завершаются кинематические наблюдения на статической точке. In the process of shooting from the controller, it is necessary to ensure that at least five satellites are simultaneously in the antenna’s visibility range, otherwise the carrier phase will be lost, after which it is necessary to turn off the receiver and re-initialize. Kinematic observations at a static point are completed.
Другой разновидностью выполнения устройства на колесе является размещение вехи с антенной на полевом курвиметре, перемещаемом рядом вручную. Такое устройство используется для съемки структурных линий сложной конфигурации, например кромки асфальтобетонного покрытия в городской черте, имеющего повороты под 90 градусов без закруглений, или в случаях, когда требуется дискретность 1-3 м. Another variation of the implementation of the device on the wheel is the placement of a pole with an antenna on a field curvimeter, manually moved nearby. Such a device is used to shoot structural lines of a complex configuration, for example, the edges of asphalt concrete pavement in an urban area, which has 90-degree turns without rounding, or in cases where a resolution of 1-3 m is required.
Топографическая съемка нефиксированных поверхностей (бровок земляного полотна, кромок и оси щебеночного или песчано-гравийного покрытия автодорог) выполняется следующим образом: антенна устройства на подвеске, закрепленной на крыше автомобиля на высоте ≈ 3 м от поверхности дороги, устанавливается таким образом, чтобы ее фазовый центр находился над снимаемой структурной линией. Далее измерения выполняются аналогично съемке фиксированных поверхностей. Topographic surveying of non-fixed surfaces (subsoil brow edges, edges and axis of gravel or sand and gravel road surfaces) is performed as follows: the device’s antenna on the suspension mounted on the car roof at a height of ≈ 3 m from the road surface is installed so that its phase center was above the removable structural line. Further measurements are performed similarly to shooting fixed surfaces.
Обработка результатов измерений выполняется в штатном программном обеспечении WinPrizm, куда переписываются файлы измерений с базового и подвижного приемника. Результатом обработки является файл координат и высот кинематических и статических точек, который экспортируется в одну из САПР, где строится и оценивается цифровая модель снятой поверхности. Processing of the measurement results is carried out in the standard WinPrizm software, where the measurement files are copied from the base and mobile receiver. The result of the processing is a file of coordinates and heights of kinematic and static points, which is exported to one of the CAD systems, where a digital model of the removed surface is built and evaluated.
В процессе движения, из-за непостоянства продольных и поперечных уклонов покрытия, антенна получает продольные и поперечные наклоны. Продольный наклон не влияет на плановое положение, так как фазовый центр смещается вдоль структурной линии, но дает значительное приращение высоте антенны. Поперечный наклон смещает фазовый центр в плане и почти не влияет на высоту антенны. В связи с этим, полученные в WinPrizm дискретные координаты и высоты структурных линий исправляются в созданном программном обеспечении "GPS поправки", которое на первом этапе анализирует продольный уклон поверхности для каждой точки конкретной структурной линии, принимает, что продольный наклон антенны равен продольному уклону поверхности, и вводит поправки в высоты определяемых точек. На втором этапе для каждой точки определяется поперечный уклон поверхности. Исходными данными для вычисления поперечного уклона являются результаты WinPrizm по соседним структурным линиям. Вычисленный поперечный уклон сравнивается с измеренным на точке инициализации, на котором антенна была выставлена вертикально. Принимается, что алгебраическая разность текущего и исходного уклонов поверхности есть угол наклона антенны в данной точке, после чего в координаты вводятся соответствующие поправки. In the process of movement, due to the inconsistency of the longitudinal and transverse slopes of the coating, the antenna receives longitudinal and transverse slopes. The longitudinal slope does not affect the planned position, since the phase center shifts along the structural line, but gives a significant increase in the antenna height. The transverse slope shifts the phase center in plan and has almost no effect on the height of the antenna. In this regard, the discrete coordinates and heights of the structural lines obtained in WinPrizm are corrected in the created GPS correction software, which at the first stage analyzes the longitudinal surface slope for each point of a particular structural line, assumes that the longitudinal antenna slope is equal to the longitudinal surface slope, and makes corrections in the heights of the determined points. At the second stage, for each point, the transverse slope of the surface is determined. The initial data for calculating the transverse slope are the results of WinPrizm on adjacent structural lines. The calculated lateral slope is compared with that measured at the initialization point at which the antenna was positioned vertically. It is assumed that the algebraic difference between the current and initial surface slopes is the angle of the antenna at a given point, after which corresponding corrections are introduced into the coordinates.
Исправленные координаты и высоты точек всех снятых структурных линий передаются в САПР. Полученные прямоугольные координаты конвертируются в широко известный программный комплекс КРЕДО-ДИАЛОГ, где по материалам съемки строится цифровая модель местности по существующему покрытию, выполняется трассирование, определяются координаты углов поворота трассы, радиусы вертикальных и горизонтальных закруглений и их вид (круговая, круговая с переходной, клотоидная), разбивается пикетаж, оценивается план трассы, продольный и поперечные профили, выполняется микропрофилирование - намечаются мероприятия по исправлению продольного и поперечных профилей покрытия, вычисляются объемы выравнивающих слоев. Corrected coordinates and point heights of all captured structural lines are transmitted to CAD. The obtained rectangular coordinates are converted into the well-known CREDO-DIALOGUE software package, where a digital terrain model is constructed based on the existing coverage, tracing is performed, the coordinates of the rotation angles of the route, the radii of vertical and horizontal curves and their appearance (circular, circular with transitional, clothoid ), the picket is broken, the route plan, longitudinal and transverse profiles are evaluated, microprofiling is carried out - measures to correct the longitudinal and transverse coating profiles, the volumes of the leveling layers are calculated.
В дальнейшем, после выполнения ремонта или реконструкции автодороги, аналогично выполняется исполнительная съемка, оценивается качество строительных работ, включая ровность покрытия, фактический объем уложенных слоев - как пространство между двух поверхностей. Материалы съемки и проектные данные можно конвертировать в геоинформационную систему, например в MapInfo. In the future, after repair or reconstruction of the road is completed, an executive survey is carried out similarly, the quality of construction work is assessed, including the evenness of the coating, the actual volume of layers laid - as the space between two surfaces. Survey materials and project data can be converted into a geographic information system, for example, MapInfo.
Применение данного метода позволяет увеличить производительность труда в зависимости от конкретных условий в 20-30 раз по сравнению с традиционными инструментальными методами. The application of this method allows to increase labor productivity depending on specific conditions by 20-30 times in comparison with traditional instrumental methods.
Используемая литература. Used Books.
1. Патент США N 5517419, МПК кл. С 01 С 7/04, от 14.05.96. 1. US patent N 5517419, IPC CL C 01 C 7/04, dated 05/14/96.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000102556/28A RU2165595C1 (en) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | System to conduct topographic survey of roadbed ( versions ) and method of conducting of topographic survey |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000102556/28A RU2165595C1 (en) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | System to conduct topographic survey of roadbed ( versions ) and method of conducting of topographic survey |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2165595C1 true RU2165595C1 (en) | 2001-04-20 |
Family
ID=20230140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000102556/28A RU2165595C1 (en) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | System to conduct topographic survey of roadbed ( versions ) and method of conducting of topographic survey |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2165595C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2628541C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-18 | Владимир Васильевич Щербаков | Determination method of the rail track spatial coordinates and geometrical parameters and device for its implementation |
CN112004719A (en) * | 2018-12-20 | 2020-11-27 | 株式会社久保田 | Working vehicle |
JP2022097656A (en) * | 2018-12-20 | 2022-06-30 | 株式会社クボタ | Work vehicle |
RU2816552C1 (en) * | 2023-08-08 | 2024-04-01 | Дмитрий Борисович Алешин | Shooting pole |
-
2000
- 2000-02-02 RU RU2000102556/28A patent/RU2165595C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2628541C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-18 | Владимир Васильевич Щербаков | Determination method of the rail track spatial coordinates and geometrical parameters and device for its implementation |
CN112004719A (en) * | 2018-12-20 | 2020-11-27 | 株式会社久保田 | Working vehicle |
JP2022097656A (en) * | 2018-12-20 | 2022-06-30 | 株式会社クボタ | Work vehicle |
EP3900983A4 (en) * | 2018-12-20 | 2022-08-31 | Kubota Corporation | Work vehicle |
US11535172B2 (en) | 2018-12-20 | 2022-12-27 | Kubota Corporation | Work vehicle |
JP7277648B2 (en) | 2018-12-20 | 2023-05-19 | 株式会社クボタ | work vehicle |
CN112004719B (en) * | 2018-12-20 | 2023-08-15 | 株式会社久保田 | Work vehicle |
RU2816552C1 (en) * | 2023-08-08 | 2024-04-01 | Дмитрий Борисович Алешин | Shooting pole |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11060245B1 (en) | Method for operating paving train machines | |
US9784843B2 (en) | Enhanced roadway mark locator, inspection apparatus, and marker | |
Puente et al. | Review of mobile mapping and surveying technologies | |
Peyret et al. | High-precision application of GPS in the field of real-time equipment positioning | |
US6425186B1 (en) | Apparatus and method of surveying | |
US5721685A (en) | Digi-track digital roadway and railway analyzer | |
US9298991B2 (en) | GPS-based machine vision roadway mark locator, inspection apparatus, and marker | |
AU2012266566B2 (en) | Method and device for determining an area cut with a cutting roll by at least one construction machine or mining machine | |
JP5055137B2 (en) | Construction machine control method and control system | |
JP6348847B2 (en) | Road marking locator, inspection device, and analysis device | |
EP3885080B1 (en) | A method for interactively providing waypoints to a mobile robot for use in the marking of a geometric figure on a ground surface | |
WO2019117097A1 (en) | Marker installation method and marker installation system | |
WO2021016376A1 (en) | Drill planning tool for topography characterization, system and associated methods | |
CN111142104A (en) | Automatic full-coverage scanning device for three-dimensional geological radar | |
RU2436043C1 (en) | Method for alignment of inertia navigation system axes with that of land-based vehicle and measurement facility for its implementation | |
RU2165595C1 (en) | System to conduct topographic survey of roadbed ( versions ) and method of conducting of topographic survey | |
US9869063B1 (en) | Stringless paving train method and apparatus | |
CN112240762A (en) | Ground photogrammetry data acquisition system | |
US5141307A (en) | Surveying method | |
Julge et al. | Performance analysis of a compact and low-cost mapping-grade mobile laser scanning system | |
CN212779208U (en) | Highway cross section surveys device based on GPS RTK and laser rangefinder | |
CN211878177U (en) | Automatic full-coverage scanning device for three-dimensional geological radar | |
US9200414B1 (en) | Stringless paving train method and apparatus | |
Psarianos et al. | A cost-effective road surveying method for the assessment of road alignments | |
Aksamitauskas et al. | Advantages of laser scanning systems for topographical surveys in roads engineering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040203 |