Лекция 2. Позиционирование и навигация Геоинформационные системы

Содержание

Слайд 2

Вопросы

Какие задачи выполняют ГИС?
Что такое географические и атрибутивные данные?
Что такое «Проекция» (projection)

Вопросы Какие задачи выполняют ГИС? Что такое географические и атрибутивные данные? Что
в смысле геоинформационных систем?
В чём отличие ГИС от графических редакторов?

Слайд 3

А земля-то круглая!

Экватор

7,50

Александрия

Сиена

7,50

 x ( /180) x r

 x ( /180) x r

Эратосфен:
R=6400 км.

А земля-то круглая! Экватор 7,50 Александрия Сиена 7,50 x ( /180) x

Слайд 4

Маятник Фуко

свободное крепление маятника
тяжёлый груз
отсутствие влияния ветра
Отсутствие бокового толчка при запуске маятника

Маятник Фуко свободное крепление маятника тяжёлый груз отсутствие влияния ветра Отсутствие бокового толчка при запуске маятника

Слайд 5

Географическая оболочка

целостная и непрерывная оболочка Земли, где её составные части проникают друг

Географическая оболочка целостная и непрерывная оболочка Земли, где её составные части проникают
в друга и находятся в тесном взаимодействии. Между ними происходит непрерывный энергетический, минеральный и информационный обмен
Состав:
Земная кора
Тропосфера
Стратосфера
Гидросфера
Биосфера
Стратисфера

Слайд 6

Триангуляция

Триангуляция

Слайд 7

Сферическая система координат

ISO 31-11:
r ≥ 0 — расстояние от начала координат до заданной точки P.
0

Сферическая система координат ISO 31-11: r ≥ 0 — расстояние от начала
≤ θ ≤ 180° — угол между осью Z и отрезком, соединяющим начало координат и точку P.
0 ≤ φ ≤ 360° — угол между осью X и проекцией отрезка, соединяющего начало координат с точкой P, на плоскость XY
θ  – зенитный (полярный) угол
φ – азимутальный угол

Слайд 8

Географические координаты

Широта́ — угол между местным направлением зенита и плоскостью экватора
Долгота́  — угол между плоскостью

Географические координаты Широта́ — угол между местным направлением зенита и плоскостью экватора
меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального нулевого меридиана, от которого ведётся отсчёт долготы
Высота́ над уровнем моря

Слайд 9

Проекция земли

Проекция земли

Слайд 10

Геоид

- фигура, которую образовала бы поверхность Мирового океана и сообщающихся с ним

Геоид - фигура, которую образовала бы поверхность Мирового океана и сообщающихся с
морей при некотором среднем уровне воды, свободной от возмущений приливами, течениями, разностями атмосферного давления и т.д.

Слайд 11

Квазигеоид

— фигура, предложенная в 1950-х г.г. русским учёным М. С. Молоденским в

Квазигеоид — фигура, предложенная в 1950-х г.г. русским учёным М. С. Молоденским
качестве строгого решения задачи определения фигуры Земли. Квазигеоид определяется по измеренным значениям потенциалов силы тяжести
Совпадает с геоидом на территории мирового океана
Отклоняется не более чем на 2 м. на суше

Слайд 12

Земной эллипсоид

эллипсоид вращения, размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре квазигеоида для

Земной эллипсоид эллипсоид вращения, размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре
Земли в целом или отдельных её частей
Виды:
общеземной эллипсоид
референц-эллипсоид
Параметры:
большая полуось (экваториальный радиус) эллипсоида, a
малая полуось (полярный радиус), b
геометрическое (полярное) сжатие ,

Слайд 13

Общеземной эллипсоид

Малая полуось должна совпадать с осью вращения Земли.
Центр эллипсоида должен совпадать

Общеземной эллипсоид Малая полуось должна совпадать с осью вращения Земли. Центр эллипсоида
с центром масс Земли.
Высоты геоида над эллипсоидом hi  должны подчиняться условию наименьших квадратов:

Слайд 14

Современные общеземные эллипсоиды

GRS80 (Geodetic Reference System 1980)
рекомендован для геодезических работ;
WGS84 (World Geodetic System 1984)
применяется

Современные общеземные эллипсоиды GRS80 (Geodetic Reference System 1980) рекомендован для геодезических работ;
в GPS
ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года)
на территории России для геодезического обеспечения орбитальных полетов, в ГЛОНАСС
IERS96 (International Earth Rotation Service 1996)
рекомендован Международной службой вращения Земли для обработки наблюдений

Слайд 15

Почему так много?

Доступные технологии измерения
Место исследований
Картируемая область
Политические причины (Страны Варшавского договора против

Почему так много? Доступные технологии измерения Место исследований Картируемая область Политические причины
НАТО)
Средние значения:
Экваториальный радиус: 6,378km
Полярный радиус: 6,357km
ARCINFO поддерживает 26 сфероидов

Слайд 16

Референц-эллипсоид (национальный)

Приближение формы поверхности земли эллипсоидом вращения
Используются для учёта особенностей отдельной страны 
Не

Референц-эллипсоид (национальный) Приближение формы поверхности земли эллипсоидом вращения Используются для учёта особенностей
совмещены с центром масс Земли
Устанавливают квазигеоцентрические координаты
Различия координат геоцентрических и квазигеоцентрических систем могут превысить сотню метров

Слайд 17

Основные референц-эллипсоиды

Основные референц-эллипсоиды

Слайд 18

Широта и долгота

Измерение: градусы(0) минуты (“) секунды(‘)
Цифровые градусы (xx,xxxx...):
dd= d° + m”/60

Широта и долгота Измерение: градусы(0) минуты (“) секунды(‘) Цифровые градусы (xx,xxxx...): dd=
+ s’/3600
10 на экваторе – 30 м.
Для точного измерения требуются вычисления с двойной точностью

Слайд 19

Измерение широты

геоцентрическая широта (c):
угол между направлением на данную точку из центра Земли

Измерение широты геоцентрическая широта (c): угол между направлением на данную точку из
и плоскостью экватора

географическая широта (d): угол, образуемый вектором, перпендикулярным к поверхности сфероида

всегда используется географическая широта

a– большая полуось

b – малая полуось

d

c

1° lat = 1° long = 111,2215 км. (WGS84)

Эллипсоид

Земля – не идеальный сфероид!

касательная

Слайд 20

Системы координат б. СССР

СК-42 (1942 г.)
система координат, основанная на эллипсоиде Красовского. принята

Системы координат б. СССР СК-42 (1942 г.) система координат, основанная на эллипсоиде
в 1942 г в СССР для геодезических и картографических работ для гражданского использования
СК-95
Современная система координат, с 2000 г.
СК-63
Система координат военного назначения
ГОСТ Р 51794-2001

Слайд 21

 Проекции на плоскость

Гаусса-Крюгера
Меркатора - Universal Transverse Mercator (UTM)
Зона - это участок земной поверхности,

Проекции на плоскость Гаусса-Крюгера Меркатора - Universal Transverse Mercator (UTM) Зона -
ограниченный двумя меридианами (60)

цилиндр касается эллипсоида по меридиану

цилиндр касается эллипсоида по экватору

Слайд 22

Геодезические инструменты

Триангуляция
Теодолиты
Уровни
Нивелиры
Тахеометры
GPS

Геодезические инструменты Триангуляция Теодолиты Уровни Нивелиры Тахеометры GPS

Слайд 23

Проблема измерения высот

На западе высоты отсчитывают от геоида
В РФ – от квазигеоида

Проблема измерения высот На западе высоты отсчитывают от геоида В РФ – от квазигеоида

Слайд 24

Уровень моря

положение свободной поверхности Мирового океана, измеряемое по отвесной линии относительно некоторого условного

Уровень моря положение свободной поверхности Мирового океана, измеряемое по отвесной линии относительно
начала отсчёта
Виды:
Мгновенный
Приливной
Среднесуточный
Среднемесячный
Среднегодовой
Среднемноголетний

Кронштадтский футшток

Слайд 25

Вопрос

Чем объясняется смена времен года?
Обращением Земли вокруг Солнца
Наклоном оси вращения Земли к

Вопрос Чем объясняется смена времен года? Обращением Земли вокруг Солнца Наклоном оси
плоскости орбиты
Сохранением направления оси в пространстве

Слайд 26

Смена времён года

Что бы было, если…
Случай 1. ось Земли была перпендикулярна к

Смена времён года Что бы было, если… Случай 1. ось Земли была
плоскости эклиптики
Случай 2.   ось Земли расположилась бы в плоскости эклиптики
Случай 3. ось Земли расположилась бы с наклоном 45o к плоскости эклиптики?

Слайд 27

Вопрос

А сколько у нас океанов?
Атлантический океан
Индийский океан
Северный Ледовитый океан
Тихий океан
Южный океан (c

Вопрос А сколько у нас океанов? Атлантический океан Индийский океан Северный Ледовитый
2000 г., район южнее 60 параллели южной широты)

Слайд 28

Вопрос

Что называют большой полуосью?
Что называют малой полуосью?

Вопрос Что называют большой полуосью? Что называют малой полуосью?

Слайд 29

Орбиты

Геостационарная - круговая орбита над экватором Земли, находясь на которой, искусственный спутник

Орбиты Геостационарная - круговая орбита над экватором Земли, находясь на которой, искусственный
обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси, и постоянно находится над одной и той же точкой на земной поверхности.
Геосинхронная - орбита вокруг Земли, для которой период обращения находящегося на ней спутника равен звёздному периоду вращения Земли (23 час. 56 мин. 4,1 с.)

Слайд 30

UTC (универсальное координированное время)

UTC – замена GMT
Равномерная шкала атомного времени
Не переводится зимой

UTC (универсальное координированное время) UTC – замена GMT Равномерная шкала атомного времени
и летом
Часовые пояса – как смещение относительно UTC

Слайд 31

Навигация

Астрономическая
Секстант (измерение широты)
Хронометр (измерение долготы)
Компас
Спутниковая
GPS
ГЛОНАСС
GNSS
Galileo
IRNSS
Рентгеновское излучение от других звезд

Навигация Астрономическая Секстант (измерение широты) Хронометр (измерение долготы) Компас Спутниковая GPS ГЛОНАСС

Слайд 32

Спутниковые навигационные системы

Основные элементы:
Орбитальная группировка
Наземная система управления и контроля
Приёмное клиентское оборудование
Информационная радиосистема

Спутниковые навигационные системы Основные элементы: Орбитальная группировка Наземная система управления и контроля
для передачи поправок
Особенности:
Собственное время
Отсутствие привязки к космическим объектам
Релятивистские эффекты (37.7 мкс/сутки)
Гравитационные потенциалы

Слайд 33

GPS

С 1973 г.
Принадлежит Минобороны США
24 спутника (32 максимум)
6 орбитальных траекторий
Два диапазона приема
Standard

GPS С 1973 г. Принадлежит Минобороны США 24 спутника (32 максимум) 6
Positioning Service (SPS)
95% времени обеспечивает точность 13 м. по горизонтали, 22 м. по вертикали
Precise Positioning Service (PPS)
Орбита на высоте 20,2 тыс. км
Облет орбиты – 12 ч.

Слайд 34

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система)

с 1982 г.
20 функционирующих спутников (30 в плане)
Два диапазона приема
3 орбитальных

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) с 1982 г. 20 функционирующих спутников (30
траектории
Покрытие:
Россия – 100%
Европа – 98%
Остальной мир - >80%

Слайд 35

GALILEO

Не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями
3 орбитальных траектории
30 спутников
Службы:
Открытая общая служба
Служба

GALILEO Не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями 3 орбитальных траектории 30
повышенной надёжности
Коммерческая служба
Правительственная служба
Поисково-спасательная служба

Слайд 36

Иные

Навигационная система Индии (IRNSS)
покрытие самой Индии и частей сопредельных государств
7 спутников

Иные Навигационная система Индии (IRNSS) покрытие самой Индии и частей сопредельных государств
на геостационарных орбитах
Навигационная система Китая (Бэйдоу)
покрытие Китая и сопредельных государств
2 спутника

Слайд 37

Измерение расстояний и времени

Скорость света X Время = расстояние
Для вычисления всех трех

Измерение расстояний и времени Скорость света X Время = расстояние Для вычисления
координат нужны 4 спутника

Слайд 38

Снижение точности (DOP)

Орбиты спутников
Наличие объектов-помех, закрывающие Необходимые области неба
Влияние атмосферы
Отражение радиоволн
Отсутствие атомных

Снижение точности (DOP) Орбиты спутников Наличие объектов-помех, закрывающие Необходимые области неба Влияние
часов

Слайд 39

GPS Error Budget

Ionosphere..................................5.0 meters (0.4)
Troposphere...............................0.5 meters (0.2)
Ephemeris data..............................2.5 meters (0)
Satellite clock drift..........................1.5

GPS Error Budget Ionosphere..................................5.0 meters (0.4) Troposphere...............................0.5 meters (0.2) Ephemeris data..............................2.5 meters
meters (0)
Multipath.....................................0.6 meters (0.6)
Measurement noise.......... .........0.3 meters (0.3)
Selective availability......................30-100 meters
Total.................................................~ 10 meters

Слайд 40

How accurate is GPS?

Recreational and mapping grade.........................10-15 m
C/A code
Autonomous
Recreational and mapping grade.............................1-5

How accurate is GPS? Recreational and mapping grade.........................10-15 m C/A code Autonomous
m
C/A code
With differential correction
Submeter mapping grade.............................10 cm to 1 m
C/A code & carrier
With differential correction
Survey grade.............................................................1 cm
Dual frequency
Advanced survey methods
Имя файла: Лекция-2.-Позиционирование-и-навигация-Геоинформационные-системы.pptx
Количество просмотров: 730
Количество скачиваний: 4