Κοινές μεθόδους προσδιορισμού ανόδου GPS σε εφαρμογές μετρήσεων

Τα ακριβή υψομετρικά δεδομένα είναι εξίσου σημαντικά με την οριζόντια τοποθέτηση σε πολλά τοπογραφικά και μηχανολογικά έργα. Ενώ τα συστήματα GPS και GNSS μπορούν να παρέχουν τρισδιάστατες συντεταγμένες υψηλής ακρίβειας, η μετατροπή των υψών που προέρχονται από δορυφόρους σε χρησιμοποιήσιμες τιμές υψομέτρου απαιτεί συχνά πρόσθετες μεθόδους επεξεργασίας.

Στην πρακτική τοπογραφική εργασία, χρησιμοποιούνται συνήθως διάφορες προσεγγίσεις για τον προσδιορισμό των υψομέτρων από τις μετρήσεις GPS. Η επιλογή της μεθόδου εξαρτάται από τις συνθήκες του εδάφους, την απαιτούμενη ακρίβεια, τα διαθέσιμα δεδομένα αναφοράς και την κλίμακα του έργου.

Παρακάτω είναι μερικές από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους.

Μία από τις παραδοσιακές προσεγγίσεις περιλαμβάνει τη χρήση χαρτών γεωειδούς διαχωρισμού ή χαρτών περιγράμματος ανωμαλιών ύψους.

Οι τοπογράφοι λαμβάνουν πρώτα την τιμή διαχωρισμού γεωειδών ή ανωμαλίας ύψους για μια δεδομένη τοποθεσία από έναν χάρτη περιγράμματος. Αυτές οι τιμές μπορούν στη συνέχεια να συνδυαστούν με ελλειψοειδή ύψη που προέρχονται από το GPS για να υπολογιστούν είτε:

• Ορθομετρικό ύψος
• Κανονικό ύψος

Αν και η ίδια η διαδικασία είναι σχετικά απλή, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη αρκετές πρακτικές σκέψεις.

Ο χάρτης περιγράμματος που χρησιμοποιείται πρέπει να αντιστοιχεί στο ίδιο σύστημα αναφοράς συντεταγμένων με τις παρατηρήσεις GPS.

Εάν το υψομετρικό μοντέλο και οι μετρήσεις GNSS βασίζονται σε διαφορετικά συστήματα συντεταγμένων, ενδέχεται να προκύψουν σφάλματα υπολογισμού.

Η ποιότητα του τελικού υψομέτρου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την ακρίβεια του ίδιου του χάρτη περιγράμματος.

Ακόμα κι αν τα δεδομένα θέσης GNSS είναι πολύ ακριβή, οι ανακριβείς ή χαμηλής ανάλυσης πληροφορίες περιγράμματος μπορούν να μειώσουν την αξιοπιστία των τελικών αποτελεσμάτων.

Για το λόγο αυτό, η μέθοδος του χάρτη περιγράμματος είναι γενικά κατάλληλη μόνο όταν υπάρχουν διαθέσιμα αξιόπιστα δεδομένα αναφοράς υψομέτρου.

Ένα γεωειδές μοντέλο μπορεί να θεωρηθεί μια ψηφιακή έκδοση μιας προσέγγισης που βασίζεται στο περίγραμμα.

Αντί της μη αυτόματης ανάγνωσης τιμών από χάρτες, χρησιμοποιούνται μαθηματικά μοντέλα Γης για την εκτίμηση των διαχωρισμών των γεωειδών σε μια περιοχή.

Πολλά διεθνή μοντέλα γεωειδών έχουν χρησιμοποιηθεί ιστορικά, όπως:

• OSU91A
• Μοντέλα της σειράς EGM
• Τοπικά μοντέλα γεωειδών

Αυτά τα μοντέλα απλοποιούν τη μετατροπή υψομέτρου και βελτιώνουν την απόδοση κατά την επεξεργασία δεδομένων.

Ωστόσο, μια πρακτική πρόκληση είναι ότι τα παγκόσμια μοντέλα δεν έχουν πάντα την ίδια καλή απόδοση σε κάθε περιοχή.

Οι τοπικές συνθήκες εδάφους και τα γεωδαιτικά χαρακτηριστικά απαιτούν συχνά μοντέλα γεωειδών ανά χώρα ή περιφερειακά για την επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων.

Για το λόγο αυτό, πολλές χώρες διατηρούν τις δικές τους τοπικές λύσεις γεωειδών για εφαρμογές υψηλότερης ακρίβειας.

Σε έργα πραγματικού κόσμου, ειδικά για τοπικές τοπογραφικές εργασίες, χρησιμοποιείται συχνά υψομετρική προσαρμογή.

Η υψομετρική προσαρμογή βασίζεται στην παρατήρηση ότι σε σχετικά μικρές περιοχές, οι ανωμαλίες ύψους συχνά ακολουθούν προβλέψιμα χωρικά μοτίβα.

Χρησιμοποιώντας γνωστά σημεία αναφοράς και μαθηματικές τεχνικές προσαρμογής, οι επιθεωρητές μπορούν να εκτιμήσουν:

• Ανωμαλίες ύψους
• Ορθομετρικά ύψη
• Κανονικά ύψη

Η μέθοδος ουσιαστικά καθιερώνει μια μαθηματική σχέση μεταξύ ελλειψοειδών υψών που προέρχονται από το GPS και γνωστών υψομετρικών τιμών.

Η ανύψωση είναι βασικά μια γεωμετρική προσέγγιση.

Ως αποτέλεσμα, γενικά αποδίδει καλύτερα σε περιοχές όπου οι ανωμαλίες ύψους αλλάζουν σταδιακά, όπως:

• Επίπεδο έδαφος
• Πεδιάδες
• Περιοχές με χαμηλό ανάγλυφο

Κάτω από ευνοϊκές συνθήκες, η ακρίβεια τοποθέτησης μπορεί συχνά να παραμείνει εντός λίγων εκατοστών έως ενός δεκατόμετρου.

Σε ορεινό ή εξαιρετικά μεταβλητό έδαφος, η απόδοση μπορεί να μειωθεί σημαντικά επειδή οι αλλαγές υψομέτρου γίνονται πιο περίπλοκες και δύσκολο να μοντελοποιηθούν.

Η ποιότητα του μοντέλου τοποθέτησης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα σημεία αναφοράς που χρησιμοποιούνται.

Οι γνωστές τιμές ανωμαλίας ύψους συνήθως λαμβάνονται με συνδυασμό:

• Ακριβείς μετρήσεις ισοπέδωσης για κανονικά ύψη
• Παρατηρήσεις GPS για ελλειψοειδή ύψη

Στις πρακτικές επιχειρήσεις πεδίου, οι επιθεωρητές συνήθως:

• Δημιουργήστε σημεία GPS σε σημεία αναφοράς
• Συνδέστε τις παρατηρήσεις GNSS με δίκτυα ισοπέδωσης

Για καλύτερη απόδοση εφαρμογής, τα σημεία αναφοράς θα πρέπει:

• Να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα
• Καλύψτε ολόκληρη την περιοχή της έρευνας όποτε είναι δυνατόν
• Περιβάλλετε το δίκτυο GNSS αντί να συγκεντρώνεστε σε μια τοποθεσία

Η κακή κατανομή σημείων μπορεί να οδηγήσει σε ασταθή αποτελέσματα προσαρμογής.

Ο απαιτούμενος αριθμός γνωστών σημείων εξαρτάται από το μοντέλο προσαρμογής που χρησιμοποιείται.

Τυπικά παραδείγματα περιλαμβάνουν:

Για μεγαλύτερα έργα, ένα ενιαίο μοντέλο τοποθέτησης μπορεί να μην αντιπροσωπεύει επαρκώς ολόκληρη την περιοχή έρευνας.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι επιθεωρητές συχνά χωρίζουν το έργο σε πολλές μικρότερες ζώνες.

Κάθε περιοχή τοποθετείται ανεξάρτητα χρησιμοποιώντας τοπικά σημεία ελέγχου.

Τα οριακά σημεία ελέγχου μπορούν να μοιράζονται μεταξύ γειτονικών περιοχών για να διατηρηθεί η συνοχή.

Αυτή η προσέγγιση κατάτμησης παρέχει συχνά καλύτερα αποτελέσματα για δίκτυα GPS μεγάλης κλίμακας, ιδιαίτερα όταν τα χαρακτηριστικά του εδάφους ποικίλλουν σημαντικά στην περιοχή του έργου.

Ο προσδιορισμός των ανυψώσεων από τις μετρήσεις GPS δεν είναι απλώς θέμα ανάγνωσης συντεταγμένων από έναν δέκτη.

Η διαδικασία απαιτεί κατάλληλες μεθόδους μετασχηματισμού και προσεκτική εξέταση του εδάφους, των δεδομένων αναφοράς και των απαιτήσεων του έργου.

Είτε χρησιμοποιείτε χάρτες περιγράμματος, μοντέλα γεωειδών ή τεχνικές προσαρμογής, η επιλογή της σωστής προσέγγισης μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια υψομέτρου και τη συνολική απόδοση τοπογραφίας.

Καθώς η τεχνολογία GNSS συνεχίζει να εξελίσσεται, ο συνδυασμός δεδομένων εντοπισμού θέσης υψηλής ποιότητας με αξιόπιστα υψομετρικά μοντέλα παραμένει βασικός παράγοντας για την επίτευξη ακριβών αποτελεσμάτων έρευνας.