Костюк А.   Закутаев Д.  

Создание базы данных результатов GPS измерений (на примере Центрально-Азиатской сети)

Докладчик: Костюк А.

Введение. Развитие методов космической геодезии внесло значительно вклад в современные исследования геодинамики. Использование новых технологий позволило с высокой точностью проводить измерения на больших расстояниях, что было крайне затруднительно при использовании методов классической геодезии, таких как триангуляция, нивелирование, светодальномерные измерения и другие. Существующие в настоящее время методы космической геодезии основаны на слежении за различными космическими объектами: звезды, спутники, квази-звездные объекты. Сейчас применяются три основных метода космической геодезии – это длиннобазисная радиоинтерферометрия (VLBI), лазерная локация спутников (SLR) и глобальные системы позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Galileo). Возможности данных подходов зависят от используемых наблюдаемых объектов и сложности аппаратуры. Глобальные системы позиционирования предоставляют возможность получить координаты в любой точке земной поверхности путем обработки спутниковых сигналов. GPS (Global Positioning System - глобальная система позиционирования) является единственной полноценно функционирующей и постоянно обновляемой системой из существующих в настоящее время глобальных навигационных систем. То есть, она доступна 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, на всем земном шаре. Это и определяет ее широкое использования для задач, связанных с науками о Земле.
Глобальная система позиционирования GPS развивалась первоначально как автономная спутниковая навигационная система. Так как к началу 70-х годов XX столетия оказалось, что стоявшая на вооружении армии США спутниковая навигационная система TRANSIT имела существенные недостатки, то в результате были начаты работы над созданием спутниковой навигационной системы нового поколения NAVSTAR в 1973 году. Основным назначением NAVSTAR была высокоточная навигация военных объектов. Непосредственная реализация программы началась в середине 1977г. с запуском первого спутника. Изначально предполагалось использовать систему GPS только в навигационных целях, но исследования, проведенные учеными Массачусетского технологического института в 1976-1978гг., показали возможность применения технологии в геодезических целях. Дальнейшее усовершенствование метода обработки GPS дало возможность определять координаты точки на поверхности Земли с миллиметровой точностью, что нашло своё применение в различных направлениях исследований Земли, например, в геодинамике.
Центрально-Азиатская GPS сеть. Проведение GPS-измерений в Центральной Азии началось на Тянь-Шане в 1992 году [Reigber et al., 2001]. Сначала было заложено и измерено 13 пунктов в районе г. Алматы и северной части Иссык-Куля [Зубович, 2001]. В 1993 году количество пунктов возросло до 86, при этом новые пункты размещались в основном в западной и восточной части Центрального Тянь-Шаня. В 1995 году плотность сети была увеличена дополнительными 46 пунктами. После получения первых результатов [Abdrahmatov et al., 1996] в 1997г. количество пунктов было увеличено. В том же 1997г. в предгорьях Киргизского хребта южнее г. Бишкек была развернута локальная сеть, состоящая из 25 пунктов. В дальнейшем измерительная сеть с каждым годом расширялась и детализировалась. В настоящее время в составе Центрально-Азиатской GPS-сети находится более 500 пунктов наблюдения. При этом плотность сети весьма не однородна, наиболее детально охарактеризована Бишкекская локальная сеть. Здесь пункты расположены друг от друга примерно от 2 до 40 км, среднее расстояние составляет порядка 9 км. Вместе с тем территория Казахстана имеет наименьшую плотность распределения пунктов наблюдений: средний показатель расстояния между пунктами составляет около 100 км. Для всей региональной сети среднее расстояние между пунктами составляет в среднем 60 км, тогда как максимальное значение равно 550 км [Кузиков, 2007].
Формирование системы хранения GPS данных. Учреждение Российской академии наук Научная станции РАН в г. Бишкеке (НС РАН) более 15 лет занимается изучением современных движений земной коры методами глобального позиционирования, проводит GPS наблюдения на территории Киргизии, Казахстана, Узбекистана и Таджикистана. В результате наблюдений создаются файлы данных, включающие фазовые измерения несущих частот, и значения псевдодальностей, вычисленных по времени прохождения сигнала в пути. Все файлы GPS-измерений приводятся к единому формату. В качестве основного используется один из стандартных форматов - RINEX [Gurtner, 1994]; конвертирование осуществляется программой teqc, разработанной в UNAVCO [Estey et al., 1999]. Увеличение числа наблюдаемых пунктов и территория охвата Центрально-Азиатской GPS сети привели к возрастанию объема данных. Уровень объёма достиг таковых размеров, что возникла проблема в упорядоченном хранении, в оперативном доступе и обработке информации. В связи с трудоемкостью работы с первичным материалом, а так же его хранением и обработкой ведется планомерная работа по разработки программного комплекса автоматизации процесса сбора, обработке и хранения данных глобальной системы позиционирования. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Системе необходимо хранить информацию о параметрах измерения, времени и местах их проведения, о течении обработки и результаты обработки измерений. Все эти параметры взаимосвязаны, и хранение их должно быть согласованным. Кроме того, полученные результаты должны быть легкодоступны для последующего использования. Была построена инфологическая модель согласно особенностям предметной области. Созданная в итоге структура базы данных позволяет хранить все необходимые данные первичной обработки исходного материала, результатов конвертации из форматов GPS приемников в формат RINEX. В результате дополнительной модификации структуры была добавлена возможность хранения и идентификации результатов расчетов массивов GPS данных, таких как поле скоростей и временные ряды координат пунктов наблюдений. Клиентская часть была разработана, так что возможность использования не зависит от операционной системы. Необходимо только связь с сервером через любой тип сетевого подключения. Работа с программным комплексом осуществляется через web-интерфейс и соответственно через web-формы.
Проделанная работа является значимым этапом в организации автоматизированного процесса обработки данных Центрально-Азиатской GPS сети. Выполнена реализация структуры базы данных средствами СУБД MS SQL 2005 и реализованы интерфейсы доступа. Создан полноценный web-интерфейс для удаленного доступа и отдельные приложения подготовки GPS данных и импорта их в базу данных. Проведена первичная структуризация данных измерений и обработки, осуществлен тестовый импорт и комплексное тестирование системы.

Список литературы

1. Зубович А.В. Изучение поля скоростей современных движений земной коры Центрального Тянь-Шаня методами космической геодезии: Дисс. канд. физ-мат. наук. – М., 2001. – 125 с.
2. Кузиков С.И. Структурный анализ горизонтальных скоростей по данным GPS и характер современной деформации земной коры Центральной Азии: Дисс. канд. физ-мат. наук. – М., 2007. – 167 с.
3. Abdrakhmatov K.Y. et al. Relatively recent construction of the Tien Shan inferred from GPS measurements of present day crustal deformation rates // Letters to Nature. – 1996. – V. 384. – P. 450–453.
4. Estey L.H., Meertens C.M. TEQC: The Multi-Purpose Toolkit for GPS/GLONASS Data // GPS Solutions (pub. by John Wiley & Sons). –1999. – Vol. 3. – №. 1. – P. 42–49.
5. Gurtner W. RINEX: The Receiver-Independent Exchange Format // GPS World. – 1994. – Vol. 5. – №7.
6. Reigber Ch., Michel G.W., Galas R. et al. New space geodetic constrains on the distribution of deformation in Central Asia // Earth Planet. Sci. Lett. – 2001. – V. 191. –P. 157–165.
 


К списку докладов