Navigáció. Földalak, térkép, légiforgalmi térkép, légtérfelosztás, GPS, logger, Útvonal tervezés. Navigáció, Összeállította: Kun Péter, Szentes

Navigáció Földalak, térkép, légiforgalmi térkép, légtérfelosztás, GPS, logger, Útvonal tervezés

1

Navigáció, Összeállította: Kun Péter, Szentes

2011.03.27.

Földalak Gömb, ellipszoid, geoid

2


2011.03.27.

Földalak: történelem és csillagászat Kína i.e. II sz.: a Föld gömb alakú Görögöknél fel sem merül, hogy nem gömb alakú. Első sugár számítások (Erasztotenész) Középkori magyarázatok nem voltak rosszak! Kor fejlettségéhez majdnem mindent magyaráztak!

(majdnem…) Spanyolviasz a középkorban: geocentrikus, heliocentrikus

világképek Kepler törvények

3


2011.03.27.

Földalak: gömb A Föld gömb alakú Nap körül kering keringési sík: ekliptika Tengely ferdesége: 66,5° Ekliptika és Egyenlítő eltérési szöge: 23,5°

4


2011.03.27.

Földalak: ellipszoid A gömb nem elégséges leírása a számításokhoz A forgás következtében lapultság Ellipszoid alakú lesz: Forgási ellipszoid: nagytengely körüli ellipszis forgatása félnagytengely Egyenlítői sugár félkistengely sarki sugár

Matematikailag „pontos” , egyszerűen leírható WGS84 Félnagytengely: 6378 km

5


2011.03.27.

Földalak: geoid* A Föld valódi alakja föld alakú Nehézségi erő azon szintfelülete, amely a nyugalmi

tengerszinttel esik egybe. Különbség oka: hegyek gravitációs tömegvonzása A magasságot mindig a geoidhoz mérjük!!

6


2011.03.27.

Földalak: körte

7


2011.03.27.

Földalak: síkra leképzés A gömb palástja nem teríthető ki síkba! torzulások Kiküszöbölés: vetületekleképzési szabályok olyan vetítést használunk ami a célnak megfelel

Pont helye a felszínen: Földrajzi koordináták + magasság (geoid magasság!)

8


2011.03.27.

Földalak: gömbnek tekintve… Forgástengely Egyenlítő: középpontján átmenő és a

forgástengelyre merőleges sík által a gömbfelületből kimetszett legnagyobb gömbi kör Forgás tengely felszíni döféspontjai: Ézsaki – és Déli-sark

Egyenlítőre merőleges, a pólusokon

átmenő legnagyobb gömbi kör: Födlrajzi hosszúság (meridián, délkör)

Egyenlítő síkjával párhuzamos síkok

metszete a felszínnel: Földrajzi szélesség (paralelkör)

9


2011.03.27.

Földalak: földrajzi koordináták

10


2011.03.27.

Földalak: földrajzi koordináták

11

Szélesség

Hosszúság

Felszín adott pontjában az

Kezdő délkör: greenwichi

érintő síkra állított merőleges és az Egyenlítő síkjával bezárt szög É-D félgömb ±90° Sarkokhoz közeledve kerület csökken

csillagvizsgáló kupoláján áthaladó meridián Felszín pontján átmenő délkör síkja és a kezdő délkör síkjával bezárt szög K-Ny-i félgömb 180°


2011.03.27.

Földalak: koordináták 1° = 60’ =3600”

46° 39’ 14,25”

Mi itt vagyunk:

46° marad

12

46.653957, 20.255068 De ha a GPS ° ’”-et kér? 46° 0,653957*60 = 39, 23742 39’ 0,23742*60 = 14,2452 14,25” 46° 39’ 14,25” Tizedes jegy nem szükséges


14,25”/3600 =

0,0039583° 39’/60=0,65 46+0,65+0,0039583 46,6539583° Elégséges: 46,65395

2011.03.27.

Koordináta pontosság Hosszúság 1° = 111 km

1’ = 111/60 = 1,85 km 1” = 111/3600 =~0,03 km 0,1” = 3 m 0,01” = 0,3 m

1,00000° alakban 13

0,1° = 11,1 km /1 tzjgy 0, 01° = 1,1 km /2 tzjgy 0,001° = 110 m /3 tzjgy 0,0001°= 11 m /4 tzjgy 0,00001° = ~ 1 m /5 tzjgy


45° 45° szélességen 1° = 78,84 km

1’ = 1,314 km 1” = 0,0219 km 0,1” = 2,19 m 0,01” = 0,22 m

1,00000°alakban

0,1° = 7,9 km 0,01° = 0,79 km 0,001° = 79 m 0,0001° = 7,9 m 0,00001° ~ 1 m 2011.03.27.

Földalak: kitüntetett irányok és vonalak Azimut: egy felszíni

pontból kiinduló irányak a ponton átmenő meridiánnal bezár szöge Ortodróma: két felszíni pont között a legrövidebb felszíni vonala Loxodróma: felületi vonal, amely minden pontjában ugyanazt a szöget zárja be a meridiánnal 14


2011.03.27.

Földalak: síkra vetítés A gömb palástja nem teríthető ki síkba! torzulások Kiküszöbölés: vetületekleképzési szabályok olyan vetítést használunk ami a célnak megfelel

Torzulás típusok Szögtartó: Lambert-féle szögtartó Területtartó Általános

Minden irányú távolságtartó térkép nem létezik! Csak bizonyos vonalak mentén távolságtartó! Mindig van olyan pont, vagy vonal ami nem torzul!! 15


2011.03.27.

Földalak: vetület típusok Képfelület milyensége Kúp-, henger-, síkvetület Csak matematikai úton előállítható

Képfelületnek van-e közös pontja az alapfelülettel Érintő, metsző, lebegő

Torzulás: általános, szögtartó, területtartó Szögtartó ÉS területtartó egyszerre nem lehet!

16


2011.03.27.

Térkép légitérkép

17


2011.03.27.

Térkép: fogalom A Földön, más égitesten vagy világűrben található

természeti és társadalmi jellegű tárgyak, jelenségek, vagy folyamatok méretarány szerint kicsinyített, generalizált(*), magyarázó ábrázolás a síkban. A felszín elemeit vetítéssel alaprajzszerűen vagy egyezményes térképjelekkel ábrázolja. Nem a valóság, hanem valamilyen szempont szerint a világ leegyszerűsített modellje. Pl. Légi térképen talajtípusokat nem ábrázolunk.

18


2011.03.27.

Térkép: méretarány M = 1: 100 000 Megmutatja a kicsinyítés mértékét Ami a térképen 1 cm, az a valóságban 100 000 cm = 1 km Korlátozott befogadó képesség Minden nem fér el (generalizáció*)

19


2011.03.27.

Térkép: tartalma Jelmagyarázat van! Alaprajzszerű vagy egyezményes A jelek nem méretarányosak! Kivéve, ha külön jelzi a térkép

Számok, betűk, számok, színek, vonalvastagság, kitöltés,

20

vonalszaggatás stb.. Jelentősége van. Kerete Hálózat Vonalas aránymérték, méretarány szám Vetület, vonatkoztatási rendszer Tájolása (99% Északi) Egyéb hasznos információ


2011.03.27.

Légiforgalmi térkép

21


2011.03.27.

Légiforgalmi térkép WGS84 alapú Méretarány1:500 000 Szintvonalak, magassági számok méterben Lambert-féle szögtartó metsző kúpvetület Hossztartó szélességek: 44° , 46°

Jelmagyarázat! Kifutópálya hossz NEM méretarányos

Hátoldalán légtér felosztás és egyéb hasznos információk

22


2011.03.27.

Légiforgalmi térkép: jelölések Magassági fajták QFE: reptér feletti magasság, nyomás alapú QNH Balti-tengertől mért magasság, nyomás alapú, tájékoztató

adja Korábban Adriai-tenger +67,5 cm Jövő: Amsterdami magasság-14 cm (csak terv)

STD: 1013,25 magasság nyomás alapjánFL Térképen jelöl magasságok: FL100 STD alapján, jelentése: 10 000’ (láb, 1 láb = 0,3048 m) AGL: felszíntől számított magasság ~QFE (pl. TV torony 935’) AMSL: tszf magasság ~ QNH

23


2011.03.27.

Térképszeti források Unger János, Kartográfia elődadásai nyomán http://www.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/GBN309E.htm

AJÁNLOTT IRODALOM:

Unger J., 1997, 1999, 2001, 2003, 2004, 2006: Bevezetés a térképészetbe. SZTE TTK jegyzet, JATEPress, Szeged.

24


2011.03.27.

Légtérfelosztás

25


2011.03.27.

Légtérfelosztás Nem ellenőrzött G 4000’ AMSL Felső határ 4000’ láb tengerszinttől Alsó határ: földfelszín (ha nincs írva, akkor földig tart) Csak VFR (látva repülés szabályai) F 9500’ AMSL / 4000’ AMSL VFR IFR (műszerrepülés szabályai)

Átváltási magasság: 9000’ AMSL FL100 Szigorúan tilos benne repüli! Amilyen hamar lehet, el kell hagyni! 26


2011.03.27.

Légtér felosztás: ellenőrzött légtér C típus: távolkörzet, útvonal repülés FL100-660

CTR – C típusú, de Torony által irányított 2000’ AMSL Repülőtér területére korlátolódik Pl: Ferihegy CTR 2000’ (600 m) AMSL

TMA C típusú, közelkörzet Transpander és repülési terv kötelező (min) 9500’ AMSL /(min) 2000’ AMSL Pl.: Budapest TMA7 FL195(5950 m STD) /5500’ (1700 m) AMSL 27


2011.03.27.

Légtér felosztás: katonai légtér MCTR – C típusú, de Katonai torony által irányított 4000’ AMSL Pl.: Kecskemét MCTR 4000’ (1200 m) AMSL

MTMA C típusú, katonai közelkörzet Berepülés csak engedéllyel Pl. MTMA1 FL125 / 2000’ AMSL MTMA2 FL125 / 5000’ (1500 m) AMSL Szentes itt van, elvileg 1500 m-ig nem korlátozhatnak minket

28


2011.03.27.

Légtér felosztás: speciális légterek LH-P (prohibited) védett légtér. Paks LH-P1 FL195 (6000 m STD) LH-P2 3500’ AMLS

LH-R (restricted) korlátozott légtér (mindig AMLS) Valamilyen belépési korlát van. Pl.: LH-R31 2500’ AMLS

LH-D (dangerous) veszélyes légtér (mindig AMLS) Meg van adva, mely időszakban veszélyes (pl. lőtér)

LH-TRA (mindig AMLS) Ideiglenesen korlátozott légtér Magassága mindegyikhez külön megadva, tarthat földig

LH-B: környezetvédelmi légtér (AGL) Minket nem érint (segédmotoros vitorla??) 29


2011.03.27.

Légtér felosztás: Szentes LHSZ (Szentes) 123,950 RWY 15/33 295’ 90 m Jelentése: 123,95 MHz frekvencia Kifutópálya 15/33-as irányú Átlagmagasság 295’ láb, 90 m. Ez az érték kerekítve van.

30


2011.03.27.

Útvonal tervezés

31


2011.03.27.

Útvonal tervezés Útvonal tervezés Szentesről Békéscsabára

32


2011.03.27.

Útvonal tervezés 1. Távolság kiszámolása: Mérjük meg a térképen a távolság hosszát: 13,5 cm 13,5 * 500 000 = 67,5 km ~ 67-68 km

33


2011.03.27.

Útvonal tervezés Határozzuk meg az irányt! ~ 80° eltérés É-tól az irány „8” oda fele, DE Vissza fele is jelölni kell! 80° + 180° = 260° Vissza fele az irány: „26”

34


2011.03.27.

Útvonal tervezés Mely objektumok segíti a tájékozódást? Települések… Vasút vonalak és a 47-ös út! Felülről jól látszik, hogy párhuzamosan futnak!

Osszuk fel 4 egyenlő részre az útvonalat! Figyeljük meg, mi melyik negyedben található!

35


2011.03.27.

Útvonal tervezés Tudnivalók Békéscsaba reptérről: LHBC (Békéscsaba) 123,250 RWY 17/33 295’ 90m Jelentése???

Békéscsaba TIZ

36


2011.03.27.

Útvonal tervezés Akadályok Vezetékek, Magassági kiemelkedések

37


2011.03.27.

Útvonal tervezés Rajzoljuk meg a vaktérképet!

G

38

T P

Á

L D

Nsz

N M

Cs

Oro


2011.03.27.

GPS GPS alapú helymeghatározás

39


2011.03.27.

GPS: forrás Az előadás képei Dr. Szatmári József előadás anyagaiból

szármáznak, letölthető innen: http://www.geo.u-szeged.hu/~joe/rs/rs_alkalm.htm http://www.geo.u-szeged.hu/~joe/pub/GPS/

Dr. Bányai László, Geomatikai ismeretek - Nyugat-

magyarországi Egyetem , Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet , kézirat http://www.emk/efelt/geo/jegyzetek/geomatikai_ismeretek.

pdf

40


2011.03.27.

GPS: Műholdas helymeghatározás Mi is az a GPS? Global Positioning System Navigációhoz ma már nélkülözhetetlen Földrajzi koordinátákat már polgári szinten is viszonylag

pontosan megadja GPS maga nem navigál! Csak helyzetet ad Szoftver függő a navigációs készülék!

Magassági adatai problémásak

41


2011.03.27.

GPS rövid történelem USA Védelmi Minisztériuma (DoD) 1972-ben kezdte a

kiépítését Katonai alkalmazása mai napig elsődleges

Célkitűzés: A Föld minden pontján használható legyen Ez a pontosság érje el a 25 m-et

Később vált nyilvánossá polgári használatra 2000. május 1. (B. Clinton elnök határozata)

Ingyenes?!

42


2011.03.27.

GPS felépítése Ma 31 műhold kering, ebből 2

tartalék

(eredetileg 24-el indult)

Nagy pályamagasság (20200 km)

Légkör??alig valami Pontosabb Nagyobb élettartam Nagyobb lefedettség Kisebb interferencia

Pálya ferdeség: 55° minden

műhold keresztül halad az USA területén 6 pálya Nagy sebességgel mozog 8 mindig látható a Föld bármely pontjáról 43


2011.03.27.

GPS: pontosság Függ Mérésre fordított időtartamtól Folyamatos mozgás esetén ez nagyon rövid idő Vevő típusától (bár ugyanaz a chip van mindegyikbe) Műholdak konstellációjától Földrajzi szélesség

Mennyi is az annyi? Cm alatti geodéziai termékeknél méter alatti némi utólagos számítással Kb. 20 m alatt bármely kézi vevővel Magyarországon 7 méter az átlagos 44


2011.03.27.

Kitekintés navigációs pontosságra Miért van szükség cm-es navigációs pontosságra? Vitorlázásban VFR, nincs rá szükség

Polgári légiközlekedésben annál inkább Nagy sebességgel haladó gépeknek nagyobb pontosság kell A Föld évről évre változik Kőzetlemezek mozognak Évi 10 cm? Kinek kevés, 747-es pilótának még ez számít!

GPS magasságot leszállásra használni légiközlekedésben

szigorúan tilos! A GPS ad hamis jeleket is SZÁNDÉKOSAN! 45


2011.03.27.

GPS működése 5 lépésben

46


2011.03.27.

GPS működési elve 1 A műholdak helyzete ismert Ismert, hogy a műhold, mikor milyen jelet bocsájt ki Ez a jelet a vevő is ugyan abban az időben kibocsájtja A vevő össszehasonlítja a saját jelét és a műhold jelét. Rájön, hogy el van tolva időben egy „kicsit”

47


2011.03.27.

GPS működési elve 2 Az időkülönbségből és az ismert fénysebességből kiszámolja a

műhold és a vevő közti távolságot !! Ez távolság. Nem vektor, így nincs iránya!!

Első műholdnál:

48


2011.03.27.

GPS: második műhold mérésnél

49


2011.03.27.

GPS harmadik műhold mérésénél

50


2011.03.27.

GPS Működési elve 3 A harmadik mérés után kaptunk két lehetséges pontot (Ez a három gömb mindig 2 pontban metszi egymást)

Az egyik pontot ki lehet zárni Mert nagy sebességgel mozog Nincs a Földön.

Vegyük észre, idáig, Föld mint égitest, mint felszín amin mi

elhelyezkedünk nem volt sehol! Csak a műholdak voltak a világűrben!

51


2011.03.27.

GPS működési elve 4 Elegendő lenne a 3 műhold. Probléma: A GPS-ben nagy pontosságú atomóra van. (Drága) Kézivevőben kvarc óra. Ha csak 0,01 s pontossággal is sikerül beállítani, akkor is 0,01 s * 300 000 km/s (fénysebesség) 3000 km tévedés. Az idő pontosítására szükség van egy negyedik műholdra TÉNY: A vevő három térbeli koordinátájának és az

órahibának meghatározásához legalább négy műholdra vonatkozó egyidejű (ál)távolságmérésre van szükség. 52


2011.03.27.

GPS hibái

53


2011.03.27.

GPS hibái

54


2011.03.27.

GPS hibái Szoftver Hardver Atmoszféra Termoszféra (számolható, állandó) Troposzféra (helyi, csak „tippelhető”), nem jelentős Mai tudomány: a GPS troposzférikus tévedéséből lehet vízgőztartalmat számolni. Atomóra hibája DoD korrigálja, nem jelentős Többszörös út, interferencia Tereptárgyakról való visszaverődés Pályahibák Relativisztikus hibák A Földtől nagy távolságra és nagy sebességgel mozgó objektumoknál az idő Eistein óta lassabban telik. 55


2011.03.27.

GPS: koordináta hiba A GPS nem veszi

figyelembe a Földet, mint égitestet. A Föld nem létezik, így földrajzi fokhálózat sem. Egy Föld tömegközépontú, XYZ derékszögű koordináta rendszerben számol. Átváltás… 56


2011.03.27.

GPS: koordináta hiba A GPS WGS84 ellipszoidot használt. A magasságot viszont geoidhoz mérjük… Az ellipszoid és a geoid között magasság különbséget a mai

napig nem lehet könnyen meghatározni! Ezt a különbséget egyszerű matematikával nem lehet leírni. Ebből adódik a GPS magasság hibájának nagyságrendbeli eltérése a vízszinteshez. A vízszintes koordinátákat oda-vissza mm-es pontossággal lehet számolni.

57


2011.03.27.

GPS: a jövő GNSS (Global navigation satellite systems) Az új út! Magában foglal minden műholdas helymeghatározást! GPS vs GNSS??? GPS része a GNSS-nek GLONASS – orosz műholdak, önmagukban még nem

működnek (idén fejezik be, 24 műhold) GALILEO Mint a 4-es metró… 18 műhold lesz majd…

Összesen 30 + 24 + 18 műhold… álom Újabb és drágább vevők, a pontosságuk ugyanúgy nagy épületek között… 58


2011.03.27.

Logger

59


2011.03.27.

Logger IGC-re hitelesített repülés naplózó eszköz FAI és kapcsolódó szervei által meghatározott szabványok. Adatokról alapelvek: Rendelkezésre állás Folyamatosság Intergritás Pontosság Biztonság

Cél: CSAK a repülési rögzítése, érvényesítése és hitelesítése. Nem cél a navigáció! (lehetősége viszont adott) 60


2011.03.27.

Logger alapvető tulajdonságai Az eredmény: IGC fájl formátum. Legfontosabb: a FAI általhitelesítve kell legyen az eszköz. Gyors előkészítés – könnyű használat – repülés után gyors

61

adatáttöltés PC-re és .igc fájl generálás Repülőgép független: 1 eszközt bármely vitorlázóban használhassunk könnyen helyettesíthető legyen másikkal. Kicsi, hordozható Landolás és felszállást folyamatosan tudja rögzíteni


2011.03.27.

Logger: követelmények Funkcionális követelmények: Felszállás, landolás hely/idő/magasság, Start

hely/idő/magasság Fordulópontok Sebesség Stb… Általános követelmények Repülés közben szélesség, hosszúság, magasság rögzítése Egyedi széria szám készülékenként

62


2011.03.27.

Logger: adatrögzítési követelmények Maximum 60 mp-es közzel rögzítse a helyzetet Javasolt 1-2 mp

Képes legyen egy időben legalább 12 műholdat látni UTC időszámítás ~greenwich idő, csak pontosabb deklaráció

WGS84 dátum használat (ellipszoid) GNSS szélesség és hosszúság meghatározás és tárolás

GNSS magasság számítás Nyomás alapú magasság számítás Teljes mértékben függetlennek kell lennie a GNSS mag.-tól STD-n ~ 8 m pontosság, 2000 m-ig kb. 30 m pontosság

Valós, folyamatos időmérés (Real Time Clock) És még jó néhány dolog… 63


2011.03.27.

Logger .igc fájl Minden loggernek teljes, egész .igc fájlt kell tudnia készíteni Minden repülés, külön .igc

Automatikus start/stop funkció Vízszintes sebesség eléri a 10-15 km/h Függőleges 1 m/s Nincs mozgás, fejezze be a rögzítést!

.igc fájl felépítése Szektorokból áll Különböző szektorok különböző célt szolgálnak Fejléc, gyári adatok, pilóta metaadatok, feladat, repült útvonal… stb

64


2011.03.27.

Logger .igc fájl Távolság: km-ben, tizedesjegyekkel Sebesség km/h-ban Függőleges sebesség: m/s Irány: fokban, É-tól eltérve, óramutató járásával megegyezve Pozíció: ° ’ ” formában, tizedes jeggyel Nyomás: hP-ban (milibar) Stb

65


2011.03.27.

Logger .igc fájl Repülési adatok nincsenek titkosítva Szövegszerkesztővel megnyitható

Van benne ellenőrző rész, ha módosítjuk a fájlt, észre veszi Ez a része titkosítva van.

Elég, ha csak megnyitjuk SeeYouval

66


2011.03.27.

Logger: GPS és nyomásmagasság 400 300 200 100 0 -100 67


-200

2011.03.27.

Forrás Fédération Aéronautique Internationale: Technical

Specification for IGC -Approved GNSS Flight Recorders First Edition: Initial issue 1 Oct 1997, This document includes amendments 1-11 Effective 20 May 2008

http://www.fai.org/gliding/system/files/tech_spec_gnss.p

df

68


2011.03.27.

69


2011.03.27.

Navigáció. Földalak, térkép, légiforgalmi térkép, légtérfelosztás, GPS, logger, Útvonal tervezés. Navigáció, Összeállította: Kun Péter, Szentes

Recommend Documents