и 
Объяснение систем координат GNSS
Содержание
Когда следует обращать внимание на системы координат, а когда нет?
Это можно сделать НЕ Если задача сводится только к..., необходимо подумать о системах координат. относительные координаты как:
- Робот перемещается, используя относительные координаты, например, переместившись на 5 метров на восток.
- Трактор должен проезжать по полю с точностью до сантиметра от прохода до прохода.
- Дрону нужно всего лишь "вернуться в точку взлета".
- Сравнение точек, зарегистрированных одним и тем же приемником, без привязки к картам (проверка, вернулся ли трактор в то же место на поле).
НУЖНО уделять внимание системам координат, если задача включает в себя сравнение измерений GNSS с картами сторонних источников, ГИС-системами или официальной документацией.:
- Геодезия, кадастр, землемерные работы, например, измерение границ земельных участков и сравнение их с кадастровой картой.
- Объединение данных GNSS, полученных с помощью карт, подготовленных сторонними поставщиками, или с измерениями, проведенными вашим колледжем с использованием другого оборудования.
- Передача данных о местоположении третьим сторонам (например, кадастровым органам или подрядчикам), например, когда вы предоставляете координаты планируемого места раскопок подрядчику, который будет использовать свое собственное RTK-оборудование для определения точной точки на местности на основе вашей карты.
Если это ваш случай, продолжайте читать — Теперь для вас важны системы координат.
Объяснение систем координат
Одна из самых частых причин Неверные данные в полевых условиях — это несоответствие систем координат между вашими roverбаза или NTRIP СЕРВИС.
Чтобы избежать дорогостоящих ошибок, важно понимать, как работают системы координат и как каждая часть вашей GNSS-системы влияет на конечное положение.
Даты
При измерении чего-либо всегда необходима отправная точка, или «нулевая точка». Если два человека используют разные отправные точки, их измерения нельзя сравнивать. То же самое относится и к положению на Земле.
Поскольку Земля не является идеальной сферой, в геодезии в качестве простой модели Земли используется эллипсоид. данная величина определяет этот эллипсоид, его положение относительно центра Земли, а также способы измерения широты, долготы и высоты.
- Глобальные системы координат охватывают всю планету. Они используются системами GPS/GNSS. Со временем они обновляются по мере улучшения качества измерений. Но глобальные системы координат привязаны к центру Земли, поэтому координаты медленно меняются по мере движения тектонических плит (примерно на 10 см в год). Точка, измеренная сегодня, не будет иметь точно такие же координаты через 10 лет.
Примеры: WGS84, ITRF. - Локальные системы координат фиксируют координаты относительно одной тектонической плиты, региона или страны. Все объекты на этой платформе движутся синхронно, поэтому координаты остаются стабильными с течением времени.
Примеры: GDA94 (Австралия), NAD83 (Северная Америка), ETRS89 (Европа).
В качестве опорных точек также могут выступать:
- статический: Координаты не меняются со временем.Если тектоническая активность незначительна или отсутствует вовсе, а движения земной коры из года в год пренебрежимо малы.
Примеры: ETRS89 используется в Европе.
- Динамический режим: координаты постоянно обновляются по мере движения Земли.Глобальные системы координат, как правило, динамичны и обновляются несколько раз в год, поскольку континенты смещаются относительно друг друга.
Примеры: WGS84, ITRF, IGS.
- Полудинамический: Обновление координат после событий деформацииНапример, землетрясения, или каждые несколько лет. Местные региональные/национальные системы отсчета в странах, где наблюдается тектоническая активность, обычно являются полудинамическими.
Примеры: NAD83(2011) используется в США, GDA2020 используется в Австралии.
Эпохи
Для динамических и полудинамических базовых данных вы также можете использовать их. Необходимо знать дату и время измерения местоположения, поскольку местоположение зависит от времени. а также X, Y, Z.
Например, правильное название последней горизонтальной системы отсчета, используемой в Соединенных Штатах, — NAD83 (2011) Эпоха 2010.00 или N83 г. н.э. (2011 г.) Эпоха 2025.00 г.
Когда вы объединяете опорную точку («где») и эпоху («когда»), вы получаете то, что в геодезии называется система отсчетаПри сравнении ваших измерений с существующей картой или набором данных всегда убедитесь, что они используют одну и ту же систему координат (базу данных и эпоху) — в противном случае координаты могут не совпадать правильно.
Прогнозы
Проекция — это математический метод для отображения искривленной поверхности Земли на плоской карте (в 2D). Это необходимо, поскольку широта и долгота неудобны для определения расстояний, углов и т.д. CAD Работа.
Географическая система координат собирает информацию об эллипсоиде, геоиде и опорной системе координат, указывая местоположение объекта в трехмерном пространстве. Проектируемая система координат содержит информацию о системе координат, а также более подробные сведения, такие как математическая модель. проекции.
Примеры картографических проекций:
- UTM (универсальная поперечная проекция Меркатора) Это наиболее распространенная проекция для GNSS, картографии и геодезии. Например, в Центральной Европе используется зона UTM 32N.
- Веб-Меркатор Это проекция, используемая Google Maps, OpenStreetMap и другими онлайн-картографическими сервисами.
Преобразования базовых данных
Одно и то же место на Земле может иметь разные координаты в зависимости от используемой системы координат:
- Автономные GNSS-приемники (без RTK-коррекций) обеспечивают определение местоположения в глобальной системе координат WGS84/ITRF.
- RTK-приемники предоставляют координаты в системе отсчета, относительно которых базовая станция / NTRIP Служба коррекции была откалибрована.
Если система координат, используемая вашим GNSS-приемником, и система координат, в которой вы хотите получить координаты, не совпадают, вам потребуется преобразование системы координат. Представьте это как конвертацию валют: 100 евро — это не то же самое, что 100 долларов, но при правильном обменном курсе вы можете их сравнить. Преобразование системы координат — это просто математические операции, которые сдвигают, поворачивают или масштабируют координаты в разных системах координат таким образом, чтобы они отражали одну и ту же физическую точку.
Приведенные ниже четыре примера охватывают наиболее распространенные сценарии из реальной жизни, в которых применяются преобразования данных. Каждый пример иллюстрирует происходящее, возникающую проблему и способы ее решения.
Типичные варианты использования:
Работа с картами и данными GNSS, использующими различные системы координат.
Представьте, что вы готовитесь к полевым исследованиям и загружаете карту или фоновый слой (например, из Google Earth, OpenStreetMap или ортофотоснимка с дрона) в такое приложение, как SW Maps. Эти источники почти всегда используют глобальную систему координат WGS84, поскольку это стандарт для большинства глобальных веб-карт.
Тем временем ваш RTK-приемник подключен к локальной сети. NTRIP исправительная служба, например SAPOS, которая обеспечивает RTK-коррекции в ETRS89 — официальной геодезической системе координат для Германии и большей части Европы.
Хотя системы координат WGS84 и ETRS89 очень похожи, их точки отсчета в Европе различаются примерно на 1–2 метра. Поэтому при наложении карты WGS84 на измерения RTK на основе ETRS89 ваши точки могут выглядеть немного смещенными — например, границы участков или края полей не будут идеально совпадать.
Для решения этой проблемы необходимо применить преобразование системы координат из ETRS89 в WGS84 (или наоборот, в зависимости от настроек вашего проекта) внутри вашего приложения или ГИС-программного обеспечения. После применения преобразования измеренные точки RTK и фоновая карта будут правильно выровнены.
Почему Google Maps может отображать небольшие смещения:
Google Maps — особый случай, заслуживающий упоминания. Он выровнен по системе координат ITRF (очень близок к WGS84), но само изображение не идеально привязано к этой системе координат.
Каждый спутниковый снимок Google Maps обрабатывается и ортокорректируется отдельно, что приводит к небольшим остаточным смещениям изображений. Из-за этого визуальный слой может быть смещен примерно на 10–20 см, иногда больше, в зависимости от местности.
Таким образом, даже если вы правильно преобразуете данные между системами координат ETRS89 и WGS84, вы все равно можете заметить небольшое несоответствие между точками, полученными с помощью RTK, и фоновым изображением Google Maps.
Использование локальных сервисов коррекции RTK.
При использовании RTK-приемника, подключенного к национальной сети коррекции, например... SAPOSКоррекции передаются в локальной системе координат — в случае Германии это ETRS89. Это официальная горизонтальная система отсчета, используемая по всей Европе для картографирования, геодезии и приложений GNSS.
Однако ETRS89 — это не просто система координат, она также включает в себя эпоху, которая определяет момент времени, к которому относятся координаты. Поскольку Европа немного смещается относительно центра Земли (примерно на 2.5 см в год), координаты в ETRS89 привязаны к определенному временному интервалу: ETRS89 в эпоху 1989.0 (время, когда положение тектонической плиты Европы было «заморожено» относительно глобальной системы WGS84/ITRF).
SAPOS В трансляции приводятся поправки в реализации ETRS89 на эпоху 1989.0, поэтому: ваши RTK-позиции стабильны и соответствуют национальным картам, несмотря на то, что с тех пор тектоническая плита сместилась.
При сравнении данных вам не нужно применять никаких преобразований в эпоху. SAPOSКоординаты, основанные на официальных немецких кадастровых или топографических данных, — все они определены в одной и той же системе отсчета.
Это одно из главных преимуществ использования локального сервиса. NTRIP Эта услуга «переводит» глобальные спутниковые данные в местную систему координат вашей страны в режиме реального времени.
Использование глобальной службы коррекции (Galileo HAS(PointPerfect, Skylark)
Представьте, что вы проектируете дорожный проект в AutoCAD, используя официальную систему координат вашей страны — например, ETRS89 / UTM зона 33N в Австрии.
Позже ваша полевая бригада отправляется на разметку участка, используя GNSS-приемник, подключенный к... Galileo HAS сервис, который предоставляет корректировки непосредственно со спутников. Для дорожного строительства достаточно точности 20–40 см, поэтому использование HAS имеет смысл.
Однако Galileo HAS Система передает поправки в глобальной системе координат WGS84 (Всемирная геодезическая система 1984 года). Хотя WGS84 и ETRS89 довольно похожи, их опорные точки различаются примерно на 1–2 метра в Европе или даже на несколько метров в других местах.
Поэтому, чтобы гарантировать идеальное совпадение данных съемки, проектных чертежей и карт в одной и той же системе координат, необходимо преобразовать проектные данные из локальной системы отсчета ETRS89 в глобальную WGS84 перед отправкой на GNSS-приемник.
Использование службы коррекции, отправляющей сообщения RTCM 1021–1027.
В некоторых странах национальные исправительные службы (например, APOS в Австрии, SatRef в Гонконге) транслируют не только стандартные данные коррекции RTK, но и специальные сообщения преобразования RTCM 1021–1027.
Эти дополнительные сообщения содержат параметры преобразования локальных координат — математические сдвиги, которые преобразуют глобальную систему координат в точную региональную систему координат.
Это «локальное преобразование» корректирует координаты GNSS, рассчитанные в глобальной системе координат (например, ITRF в случае...). APOS) для соответствия официальной национальной системе координат, используемой для картографии и геодезии. Она применяет небольшие смещения, повороты и корректировки масштаба, чтобы ваши координаты идеально совпадали с местными контрольными точками геодезической съемки.
Важно отметить, что это не то же самое, что использование региональной системы координат, такой как ETRS89. ETRS89 определяет стабильную систему координат для всей Европы, но каждая страна может иметь свою собственную локальную версию (например, ETRS89(AT) в Австрии или ETRS89(PL) в Польше). Сообщения RTCM 1021–1027 обеспечивают дополнительный шаг, необходимый для точной настройки координат из этой региональной системы координат в соответствии с локальной сеткой вашей страны.
Если ваш RTK-приемник и программное обеспечение поддерживают эти сообщения, они могут автоматически выводить координаты в правильной локальной сетке — без необходимости вручную вводить какие-либо параметры системы координат или проекции.
Высота: эллипсоид, уровень моря, ортометрическая высота
Еще одна распространенная проблема в позиционировании с помощью GNSS заключается в понимании того, что не все «высоты» одинаковы. GNSS-приемники, естественно, выдают эллипсоидальные высотыкоторые привязаны к эллипсоиду WGS84, а не к уровню моря. Однако многие геодезические приложения используют именно их. ортометрические высотыкоторые основаны на среднем уровне моря. Это несоответствие создает ключевую проблему: для согласованного сравнения или использования данных о высоте необходимо преобразовывать данные между системами отсчета с помощью геоидная модель.
Для более подробного объяснения эллипсоидальных, ортометрических высот и высот геоида см. Разница между эллипсоидной, ортометрической и геоидной высотой.
Если вы ищете подходящую модель геоида для вашей страны, мы собрали для вас данные о геоиде для разных стран: Модель геоида для вашей страны для измерения ортометрической высоты.
РТК-помощник
Найдите лучшие товары для вашего применения, задав всего несколько вопросов.
