)

Metody geoinženýrství Ing. Miloš Cibulka, Ph.D. Brno, 2014

Cvičení č. 5

Vytvořeno s podporou projektu Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na discipliny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.0021) za přispění finančních prostředků EU a státního rozpočtu České republiky.

Výpočet vektorů Hrubá data z přijímačů GPS musí být zpracována tak, aby byl určen vzájemný vztah mezi stanovisky na nichž se měřilo s aparaturami GPS. Výsledkem tohoto zpracování dat je Vektor. Vektor Zpracování spustíme kliknutím na Processing v záložce Run v nabídkovém rolovacím menu.

Můžeme si vybrat pro výpočet všechny vektory (All) nebo jen ty, které ještě neprošly procesem výpočtu (Unprocessed).

Po zpracování nám na monitoru či displeji zůstanou stejná okna jako při načtení surových dat, ale s mírně rozšířeným obsahem.

Analýza vypočtených vektorů Okno Workbook Ashtech Solutions verze 2.6 má indikátory, které pomáhají určit kvalitu zpracovaných vektorů a vypočtených souřadnic stanovisek. Pod záložkou Vectors je třetí sloupec označen QA. QA Test QA je určen, aby varoval před možnými problémy s určitým vektorem. Když je buňka pro daný vektor ve sloupci QA prázdná, vektor vyhověl testu. To znamená, že nejistoty vypočteného vektoru spadají pod prahovou hodnotu. Pokud vektor nevyhověl testu, objeví se v buňce pro daný vektor Failed. Failed

Typ řešení naznačuje úspěšnost vyřešení celočíselných ambiquit pro každý satelit. Pokud byly určeny všechny ambiquity, řešení je považováno za Fixed (fixované). Toto řešení je nejlepší možné. Pokud byly stanoveny ambiquity jen pro podmnožinu satelitů (více než 50%), je řešení považováno za Partial (částečné). Toto řešení může být velice kvalitní. Objevuje se při délce vektorů větší než 20 km. Posledním typem řešení je Float (plovoucí). V tomto případě bylo vyřešeno méně než 50% ambiquit. Tento typ řešení by měly mít jen velmi dlouhé vektory (nad 80 km). Při posledních dvou typech řešení se objeví jejich názvy v buňce za vektorem ve sloupci QA okna Workbook. Nejistoty vektorů jsou předloženy ve formě tabulky s úrovní věrohodnosti a v jednotkách, které jsme nastavili v záložce Miscellaneous dialogového okna Project Setting, Setting viz. kapitola Nastavení projektu (strana 5).

Okno Map View Po zpracování hrubých dat se toto okno změní z Normal na Process, Process viz. obrázek. Popis jednotlivých grafických vyjádření na další straně.

Horizontal Control (horizontální kontrola) • na každé stanovisko s horizontální kontrolou je umístěn trojúhelník Vertical Control (vertikální kontrola) • na každé stanovisko s vertikální kontrolou je umístěn kroužek Horizontal and Vertical Control (stanovisko Palo) • toto stanovisko má trojúhelník v kroužku (obě kontroly) New Sites (nová stanoviska) • jsou zobrazena modrými čtverečky Error Regions (elipsa kolem bodu nebo na vektoru) • grafické zobrazení horizontálních nejistot vektorů Vertikal Error Bar (svislá silná čára) • grafické zobrazení vertikálních nejistot vektorů Vektory • plná čára představuje zpracovaný vektor • pokud vektor vyhoví testu QA a typ řešení je Fixed, čára je zelená • když vektor neprojde kontrolou nebo má typ řešení Partial, příp. Float, je tato čára červená

Oprava hrubých dat měření Při zpracování vektorů GPS činí program Ashtech Solutions verze 2.6 určitá rozhodnutí, jak získat co nejlepší vektorová řešení ze stažených dat. Občas se stane, že automaticky zpracovaný vektor má nízkou kvalitu, což může být způsobeno dvěma důvody: 1. nekvalitními daty ► pro zlepšení výsledků nelze dělat nic jiného než získat data novým měřením 2. nekvalitní částí dat (špatná data z určitého satelitu nebo v určitém časovém intervalu, případně špatná data pod určitým elevačním úhlem) ► v těchto případech je možné problematická data eliminovat manuálně a spustit nový výpočet vektoru Program Ashtech Solutions obsahuje nástroje, které umožní uživateli hrubá data nebo vypočtený vektor analyzovat ve snaze získat kvalitní vektorová řešení. Pokud se nám podaří určité problémy identifikovat, program nám pak umožní tyto problémy vyřešit s nadějí v lepší řešení.

Prohlížení chybových dat vektoru V okně Workbook v záložce Vectors klikneme pravým tlačítkem na jménu vektoru (From – To) To a z rolovacího menu vybereme View Residuals (prohlížení chyb). Tímto vstoupíme do Vector Processing Residual Plot (výkres chyb zpracovaných vektorů) pro určitý vektor (viz. obrázek na následující straně). Tento výkres ukazuje chyby zpracovaného vektoru (fázové chyby dvojité diference) v závislosti na čase. Existuje jeden výkres pro data z každého satelitu použitého při zpracování vektoru s výjimkou jednoho referenčního satelitu. Pro každý satelit jsou vykreslena následující data:  fázové chyby dvojité diference pro frekvenci L1  fázové chyby dvojité diference pro frekvenci L2 (pokud je k dispozici) Jsou ukázána pouze data použitá pro zpracování vektoru. Jakákoliv data vyloučená ze zpracování určitými nastaveními (např. elevační úhel), nejsou zobrazena.

Kdekoliv na výkresu po kliknutí pravým tlačítkem, můžete z rolovacího menu vybrat ty prvky, které chcete zobrazit. Pokud kliknete levým tlačítkem na čáře se satelity, zobrazí se vám pár satelitů generující vykreslené chyby (viz. malý žlutý rámeček). Na záložce dole pod grafem můžete postupným kliknutím na čísla satelitů zobrazit jejich grafy chyb.

Charakteristiky problematických dat způsobující špatné výsledky  mezery v datech způsobené delší ztrátou zámku na satelitu • charakteristické pro zastíněný satelit • pokud mají všechny satelity mezery během stejného časového období, mohou být chybějící data u referenčního satelitu  satelit s chybami výrazně většími než u ostatních satelitů • charakteristické pro satelit ovlivněný multipathem (vícecestným šířením signálu) nebo aktivní ionosférou • pokud všechny satelity mají chyby větší než normální, problém může být způsoben referenčním satelitem  část dat určitého satelitu má chyby vyšší než ostatní data téhož satelitu • charakteristické pro satelit ovlivněný multipathem (vícecestným šířením signálu) nebo aktivní ionosférou • pokud všechny satelity mají část, která má vyšší chyby než zbytek, problém může být u referenčního satelitu  satelit s průběhem chyb, který má sklon • výkresy chyb by neměly být se sklonem a měly by mít střední hodnotu 0 cyklů  satelit přispívající výrazně menším množstvím dat v porovnání s ostatními satelity v souboru dat

Prohlížení dat observace Analýza hrubých dat pro vytvoření vektoru je další možností pro docílení správného řešení. Raw Measurement Plot (výkres hrubého měření) se dá vyvolat jedním z následujících způsobů: 1. ► klikněte pravým tlačítkem na File Name (jméno souboru) v záložce Files (soubory) okna Workbook (pracovní sešit) ► vyberte View Raw Data (prohlížej hrubá data) z rolovacího menu

2.

► klikněte pravým tlačítkem na jméno vektoru ve sloupci From – To v záložce Vectors (vektory) okna Workbook (pracovní sešit) ► v rolovacím menu vyberte View Raw Data (prohlížej hrubá data) a dále jméno souboru hrubých dat, dat který obsahuje data observace použitá k vytvoření tohoto vektoru

Raw Measurement Plot (výkres hrubého měření)  tento výkres ukazuje data satelitů v závislosti na čase  kdekoliv na výkresu po kliknutí pravým tlačítkem, můžete z rolovacího menu vybrat ty prvky, které chcete zobrazit.

Pro každý sledovaný satelit je možno vykreslit tyto průběhy: • L1 poměr signálu k šumu • elevace (výška nad obzorem) • L1 fáze nosné vlny (viz. nahoře)

K datům satelitů v průbězích “poměr signálu k šumu” a “fáze nosné vlny” jsou zobrazovány příznaky, znaky přiřazené přijímačem GPS během sběru dat. Jde o: X - ztráta uzamčení satelitu ? - pochybná fáze nosné vlny ! - možná ztráta uzamčení satelitu ± - polarita není známa Charakteristiky problematických dat způsobující špatné výsledky  část satelitních dat obsahující několikanásobné příznaky • charakteristické pro zastíněný satelit  mezery v datech způsobené delší ztrátou zámku na satelitu • charakteristické pro zastíněný satelit  satelit s rychle se měnícím poměrem signálu k šumu v porovnání s dalšími satelity • charakteristické pro satelit ovlivněný multipathem (vícecestným šířením signálu) nebo aktivní ionosférou  segment dat satelitu s rychle se měnícím poměrem signálu k šumu v porovnání se zbytkem dat téhož satelitu • charakteristické pro satelit ovlivněný multipathem (vícecestným šířením signálu) nebo aktivní ionosférou  satelit přispívající výrazně menším množstvím dat v porovnání s ostatními satelity v souboru dat

Nastavení parametrů opakovaného zpracování vektoru Z předchozích analýz Výkresu zbytkových chyb zpracovaného vektoru a Výkresu souborů hrubých dat měření určíme segmenty působící problémy. K tomuto použijeme nástrojů v dialogovém okně Process Setting (nastavení zpracování). Klikněte pravým tlačítkem v záložce Vectors okna Workbook na jméno vektoru (From - To) a z rolovacího menu vyberte položku Process. Process Otevře se vám již výše zmiňované dialogové okno Process Setting se dvěmi záložkami pro editaci údajů.

Podrobnější postup pro použití těchto záložek bude uveden na dalších stranách.

Záložka General (všeobecné) má mnohé z nejběžnějších prvků dat, které budete chtít editovat při zpracování.  Pokud analýza dat odhalí problémy na začátku nebo na konci použitých dat pro zpracování vektoru, změňte údaje tak, že do příslušných buněk okénka Time Span (časový rozsah) vložíte nový čas. Tlačítko Reset slouží k opětovné změně na původní časy v souborech hrubých dat. Tyto časy se budou resetovat i poté, co byla data znovu zpracována.  Pokud analýza odhalí problematická data jednoho nebo více satelitů, je možné tato data vypustit. Čísla (SV) problematických satelitů vepište oddělená čárkami do pole Omit these SV´s (vynechat tyto satelity). Čísla satelitů získáte z výkresu Raw Data Plots (výkresy hrubých dat).





Pokud analýza odhalí, že je problém s referenčním satelitem, je možno tomuto satelitu (satelitům) zakázat, aby byl(y) použit(y) jako referenční. Číslo(a) tohoto satelitu(ů) vepište oddělená čárkami do pole Forbidden reference SV´s (zakázané referenční satelity). Čísla těchto satelitů (SV) získáte z výkresu Raw Data Plots (výkresy hrubých dat). Pokud analýza dat odhalí, že naměřená data pod určitým elevačním úhlem jsou problematická, můžete je vypustit z výpočtu. Provedete to vložením dolní meze elevačního úhlu do pole Elevation mask angle (úhel elevační masky).

Když v dialogovém okně Process Setting přepnete na záložku Advanced (pokročilé), otevře se vám následující okno.  Do buňky Start Time vložte čas ve tvaru HH:MM:SS, ve kterém chcete začít s vyloučením nekvalitních dat.  Do buňky End Time vložte čas ve tvaru HH:MM:SS, ve kterém chcete skončit s vyloučením nekvalitních dat.  Do buňky SV´s vložte čísla satelitů s nekvalitními daty oddělená čárkami.  Stejná data vložte do dalších řádků pro jiné časové úseky, které chcete vyloučit ze zpracování.  Tlačítko Remove (odstranit) zruší vámi zadané údaje. Kliknutím na tlačítko Process uložíte nastavení pro nové zpracování vektoru.

Vyrovnání měření Pokud se nám podařilo opakovaným zpracováním získat kvalitní vektorová řešení, můžeme přistoupit k vyrovnání. Vyrovnání měření je jedním z nejdůležitějších úkolů pro zajištění přesných a spolehlivých výsledků. Vyrovnání sítě se provádí pro dosažení dvou cílů: 1. otestování chyb při měření (v našem případě vektory mezi stanovisky) 2. výpočet konečných souřadnic měřených bodů Pro vyrovnání jsou vhodné pouze soubory dat s nadbytečnými observacemi (opakovaná měření na stejných stanoviscích). Provádění vyrovnání pouze na radiálních vektorech bez nadbytečných veličin je zbytečné, protože neodhalí chyby v observacích ani nezlepší přesnost měřených bodů. Existují dvě stádia vyrovnání: 1. Vyrovnání s minimálním omezením - k odhalení problémů observací a v souřadnicích kontrolních bodů. 2. Vyrovnání s omezením - všechny kontrolní body jsou fixované a znovu vyrovnáme. Tímto získáme polohy a nepřesnosti konečných stanovisek. Tyto nepřesnosti jsou porovnávány se specifikací přesnosti v záložce Miscelianeous (různé) v dialogu Project Setting (nastavení projektu).

Samotné vyrovnání provedeme kliknutím levým tlačítkem na horní liště na položku Run a v rolovacím menu vybereme Adjustment. Adjustment Druhý a rychlejší způsob je zmáčknutím tlačítka F7. F7 Po provedení vyrovnání se vám všechny důležité zprávy zobrazí dole v okně zpráv okna Workbook a můžete si prohlédnout data záložek Adjustment analysis (analýza vyrovnání) a Network Rel. Accuracy (relativní přesnost sítě). Klikněte levým tlačítkem na záložky stejných názvů v okně Workbook.

Podrobnější a vysvětlující popis k těmto záložkám je uveden v tabulkách na následujících stranách (tabulka 3. a tabulka 4.) Po vyrovnání došlo k určité změně i v okně Map View. View Nyní můžete v okně pozorovat relativní přesnosti mezi páry stanovisek jako oblasti chyb. Toto je dobrý grafický nástroj pro rychlé určení problémů ve vaší síti. Pokud pár stanovisek vyhověl testu kvality QA (sloupec QA za Site Pair je prázdný), je vyrovnání omezené. Jakýkoli pár stanovisek, který nevyhoví specifikaci přesnosti, bude ve sloupci QA označen příznakem Fail. Fail

Záložka adjustment analysis tabulka 3. SLOŽKA

POPIS

From - To

Identifikátor vektoru. Formát je xxxx – yyyy, kde xxxx a yyyy jsou ID stanovisek.

Observed

Měřeno, den, měsíc, rok a čas pro tento vektor.

Tau Test

Prázdné, pouze pokud nějaká zbytková složka vektoru neprošla tímto testem, objeví se Fail.

Delta X / Easting

Složka X vektoru (k východu).

Std. Res. X

Rozdíl vyrovnané složky vektoru.

Delta Y / Northing

Složka Y vektoru (k severu).

Std. Res. Y

Rozdíl vyrovnané složky vektoru.

Delta Z /

Složka Z vektoru (ve směru výšky).

Std. Res. Z

Rozdíl vyrovnané složky vektoru.

Length

Prostorová vzdálenost (3D) vektoru v systému délkových jednotek vybraném v Project Setup.

Std. Res.

Radiální zbytek vyrovnaného vektoru.

Záložka Network Rel. Accuracy tabulka 4. SLOŽKA

POPIS

Site - Pair

Identifikátor vektoru. Formát je xxxx – yyyy, kde xxxx a yyyy jsou ID stanovisek.

QA

Prázdné, pouze pokud horizontální nebo vertikální relativní přesnost překročí specifikaci sítě, objeví se Fail.

Horz. Rel. Error

Horizontální relativní chyba vektoru.

Vert. Rel. Error

Vertikální relativní chyba vektoru.

Horz. Rel. Accuracy

Přesnost spočítaná s použitím horizontální relativní chyby a délky vektoru.

Vert. Rel. Accuracy

Přesnost spočítaná s použitím vertikální relativní chyby a délky vektoru.

Distance

Prostorová vzdálenost (3D) vektoru v systému délkových jednotek vybraném v Project Setup.

Export dat Program vám umožňuje vytvářet upravené ASCII exportní formáty, které mohou obsahovat celou škálu informací z vašeho projektu. Dialogové okno Export Data (export dat) se objeví kliknutím levým tlačítkem v horní liště na Project a z rolovacího menu vybráním položky Export. Export Stačí vybrat adresář (uložit do), název souboru a uživatelsky definovaný typ souboru a potom kliknout na tlačítko uložit. Pokud chcete upravit šablonu již existující (v poli Template Used) či navolit novou šablonu výstupního formátu, klikněte levým tlačítkem na položku Customize (uprav) a otevře se vám dialogové okno User ASCII Template (ASCII šablona uživatele), viz. následující strana. Zde je třeba nadefinovat šablonu podle vlastních specifikací.

Kliknutím levým tlačítkem na New se vám otevře dialogové okno New Template Name (jméno nové šablony), kde zadáte Name (název) a v rámečku Output Data Options (možnosti výstupu dat) vyberete Site Data (data stanovisek) nebo Vector Data (data vektorů). Potom potvrdíte OK a otevře se vám dialogové okno User Defined Format (uživatelem definovaný formát), viz. další strana, které v seznamu Field Selection (výběr pole) ukazuje Site Data nebo Vector Data, v závislosti na tom, co jste vybrali v dialogu New Template Name.

Další postup je individuální, postupně zadáváte jednotlivé parametry, aby jste vytvořili šablonu podle svých specifikací. Na následujících stranách si ukážeme vytvoření jednoduché šablony pro export dat ve tvaru, jež podporuje program Transform, Transform pomocí kterého převádíme souřadnice ze systému WGS (exportovaná data) do systému JTSK.

V seznamu Field Selection (výběr pole) klikněte na + před Site Data a v otevřeném menu potom klikněte na + před Geod Coord Sys (geod. souř. syst.). Nyní vybírejte ze seznamu postupně tyto položky. Levým tlačítkem myši označte Site ID (název stanoviska) a potvrďte kliknutím myší na Enter v okně Export File Template. Template Dále nastavte v okně Field Delimiter (omezovač pole) v buňce Field (pole) Space (mezera) a v buňce Text můžete nastavit None (nic). Potom označte položku Latitude (zeměpisná šířka), nastavte potřebné hodnoty v prosvícených buňkách Dec. Place, Place Quadrant a Format a potom potvrďte kliknutím na Enter. Enter Stejným způsobem nastavte i položku Longitude (zeměpisná délka) a další položku Ellipsoidal Height (elipsoidická výška).

Nyní můžete kliknout levým tlačítkem myši na Preview (náhled), aby jste si mohli vizuálně zkontrolovat vytvořenou šablonu s daty.

Klikněte v dialogovém okně User Defined Format (uživatelem definovaný formát) na Save As (ulož jako), aby jste šablonu uložili. Potom v User ASCII Template (uživatelova ASCII šablona) v okně Output Ext nastavte příponu exportovaného souboru txt (implicitně je nastavena uda) uda a klikněte na OK, OK aby jste použili tuto šablonu a nakonec klikněte v dialogu Export Data (export dat) na Save (ulož), aby jste data exportovali do vámi nastaveného adresáře. Podrobnější informace o této problematice najdete v manuálu (návodu) na zpracování měření pomocí Ashtech Solutions verze 2.6.