Efficiency of application of satellite technology when performing land and cadastral works in settlements

Abstract

Purpose. The purpose of this work is to study the effectiveness of using satellite technology in real-time kinematics mode for work performed to determine the areas of land of different size within a settlement. Methodology. To realize this purpose we have conducted experimental research on satellite observation points and triangulation of polygonometry in Chernihiv and the region. During the research it was assumed to get the control coordinates on the basic points from static observation. For basic triangulation points around Chernihiv were selected - Kyiinka (KIIN) Yatsevo (JATS) Glushets (GLUS), where three teams spend the first day of observation in “static” mode for over 4 hours. During this time, the other three teams conducted observations at points of the city polygonometry, each time starting with the hour mode “Fast-Static” and then in RTK-mode. Then rover receivers were set to receive amendments of the network System.NET. For this in the controllers there were created six projects that had a different configuration. The research resulted in modeling of objects of different shapes and sizes. For this, we used a network of urban polihonometry, and triangulation points around Chernihiv, where satellite observations were performed. Nine models of landfills were planned, the areas of which were calculated based on coordinates issued from the catalog coordinates and measured using RTK mode by satellite receivers. The program-methodical complex, developed by scientists of the Scientific and Research Institute of Geodesy and Cartography, were used for transformation and recreation of coordinates. Results. Coordinates transformation from MSC into SC-63 were completed by the key and formulas, and then transformation of the coordinates x, y in Gauss-Kruger coordinates into geodetic coordinates B, L via formulas was performed. For theoretical defining of area of the ellipsoid site we used method of numerical integration per a contour that is specified by geodetic latitude B and longitude L. In order to reduce errors in cartographic projections in the cities we used the local coordinate system, the mathematical basis of which is Gauss - Kruger projection with a displaced axial meridian. Considering the fact that the distortion in this case will be minimal, calculation of areas of intended object models was carried via the coordinates in the local system. In accordance with our program of satellites observations at the points of polygonometry and triangulation, the measurements were carried out in real time in six different configurations. Based on the analysis of these studies, we analyzed the dependence of the measured areas on modeled land plots by defining coordinates using settelite observations and evaluated the accuracy of such definitions, as well made a conclusion on the possible permissible values of distortions of land areas within the boundaries of a settlement. Scientific novelty. The data of the research again confirm the efficacy of using RTK observations and re-course to a new geodetic framework created on the base of modern measuring GNSS-technology. The feasibility of using the local coordinate system to determine the areas, takes place under certain circumstances, in particular, it is known that the former geodetic networks and networks of thickening were developed with appropriate accuracy for that time base. Clearly, the quality of former networks cannot fully ensure the accuracy of the current work. However, the results of our research of using of points of the network at the local level, such as at the city traverse network of a settlement, when determining the areas of objects with the size up to 800 hectares causes no doubts and meets the requirements of accuracy. The practical significance. Improving the accuracy of coordinate definitions is connected with the introduction of modern, uncontested satellite technology. Analysis of the study confirms the feasibility of using a local coordinate system while performing work at the local level with the area of up to 1000 hectares object. If it is necessary to define areas of objects larger than 1000 hectares with the accuracy of 50 m2, the satellite methods of measurements should be used, that ensure error of coordinates within 0.005-0.020 m. Мета. Мета цієї роботи полягає у дослідженні ефективності застосування супутникових технологій у режимі кінематики реального часу під час виконання робіт з визначення площ земельних ділянок різних розмірів у межах населеного пункту. Методика. Для реалізації цієї мети експериментальних досліджень ми провели супутникові спостереження на пунктах полігонометрії та тріангуляції м. Чернігова та області. Під час проведення досліджень передбачено отримати контрольні значення координат на базових пунктах, починаючи зі статичних спостережень. За базові вибрано пункти тріангуляції навколо напрямку Чернігова- Киїнка (КІПМ), Яцево (JATS), Глушень (GLUS), на яких спостереження першого дня проводили три бригади в режимі “статика” більше ніж 4 годин. За цей час інші три бригади проводили спостереження на пунктах міської полігонометрії, щоразу починаючи з годинного режиму “Fast-Static” і потім у RTK-режимі. Далі роверні приймачі налаштовувалися на прийом поправок від мережі System.NET. Для нього у контролерах створювали шість проектів, які мали різну конфігурацію. У результаті проведених досліджень ми виконали моделювання об’єктів різної форми та розмірів. Для цього використано мережу міської полігонометрії, а також пункти тріангуляції навколо м. Чернігова, на яких виконували супутникові спостереження. Визначено дев’ять моделей полігонів, площі яких обчислювалися на основі координат, виписаних з Каталога координат і виміряних за допомогою RTK-режиму супутниковими приймачами. Для трансформації та перетворення координат точок застосовано програмно-методичний комплекс, який розробили науковці Науково-дослідного інституту геодезії та картографії. Результати. Виконані перетворення координат з МСК у СК63 за ключем і формулами, а потім перетворення координат х, у на проекції Гаусса-Крюгера в геодезичні координати В, L за формулами. Для теоретичного визначення площі ділянки еліпсоїда ми скористалися методом числового інтегрування за контуром, що задається геодезичними широтами В та довготами L. З метою зменшення похибок картографічних проекцій у містах ми застосували місцеву систему координат, математичною основою якої є проекція Гаусса-Крюгера зі зміщеним осьовим меридіаном. Зважаючи на те, що спотворення у цьому випадку будуть мінімальними, обчислення площ визначених моделей об’єктів ми виконували за координатами у місцевій системі. Відповідно до нашої програми супутникових спостережень на пунктах полігонометрії та тріангуляції вимірювання проводилося в режимі реального часу за шістьма різними конфігураціями. На основі проведеного аналізу таких досліджень проаналізовані залежності виміряних площ на змодельованих ділянках через визначення координат за допомогою супутникових спостережень, а також проведено оцінку точності таких визначень та зроблений висновок про можливі допустимі величини спотворення площ ділянок у межах границі населеного пункту. Наукова новизна. Дані проведених досліджень вкотре підтверджують ефективність застосування RTK-спостережень та перехід на нову геодезичну основу, створену на базі сучасних вимірювальних GNSS-технологій. Доцільність застосування місцевої системи координат для визначення площ наявне за певних обставин, а саме відомо, що колишні геодезичні мережі та мережі згущення розвивалися з відповідною на той час точністю інструментальної бази. Зрозуміло, що якість тодішніх мереж не може сповна забезпечити точності сьогоднішніх робіт. Проте, за результатами наших досліджень використання пунктів мережі на локальному рівні, як на рівні міської полігонометричної мережі населеного пункту, під час визначення площ об’єктів до 800 га, не викликає сумнівів і задовольняє вимоги точності. Практична значущість. Підвищення точності координатних визначень пов’язане із впровадженням сучасних, поки що, безальтернативних супутникових технологій. Аналіз досліджень підтверджує доцільність застосування місцевої системи координат під час виконання робіт на локальному рівні при площі об’єкта до 1000 га. За необхідності визначення площ об’єктів більших за 1000 га з точністю 50 м2, слід використовувати супутникові методи знімання, які забезпечують похибку визначення координат у межах 0,005-0,020 м.