VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ SEMINÁ GPS HE09 MODUL 01 METODIKA GPS MENÍ A VYHODNOCENÍ

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

OTAKAR ŠVÁBENSKÝ, JOSEF WEIGEL, RADOVAN MACHOTKA

SEMINÁ GPS HE09 MODUL 01 METODIKA GPS M

ENÍ A VYHODNOCENÍ

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

SEMINÁ GPS · Modul 1

© Otakar Švábenský, Josef Weigel, Radovan Machotka, Brno 2007

- 2 (140) -

Obsah

OBSAH 1 Úvod 5 1.1 Cíle ........................................................................................................5 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5 1.3 Doba pot ebná ke studiu .......................................................................5 1.4 Klí ová slova.........................................................................................5 2 Základní princip a funkce GNSS ................................................................7 2.1 Struktura a fungování GNSS.................................................................7 2.2 Sou asné a p ipravované GNSS ...........................................................8 2.2.1 GPS .........................................................................................8 2.2.2 GLONASS ............................................................................16 2.2.3 GALILEO .............................................................................18 2.3 Porovnání dosavadních a p ipravovaných GNSS ...............................19 3 Systematické vlivy p i GPS m ení...........................................................21 3.1 Um lé ovliv ování kvality GPS signálu .............................................21 3.2 Chyby související s družicí .................................................................21 3.3 Vliv atmosféry na m ení GPS ...........................................................21 3.4 Chyby související s p ijíma em ..........................................................25 3.5 Chyby související s místem m ení ....................................................26 3.6 Faktory p esnosti GPS m ení ............................................................27 4 Metodika GPS m ení ................................................................................29 4.1 Statická metoda ...................................................................................29 4.2 Rychlá statická metoda .......................................................................30 4.3 Metoda Stop and Go ...........................................................................31 4.4 Kinematické metody ...........................................................................32 4.5 GPS navigace ......................................................................................33 5 GNSS p ijíma e a antény...........................................................................35 5.1 Kalibrace GNSS antén ........................................................................38 6 Sou adnicové systémy ................................................................................41 7 Praktické m ení s aparaturami GPS ......................................................47 7.1 P íprava k m ení ................................................................................47 7.2 M ení s p ijíma em GNSS ................................................................48 7.3 LEICA GPS System 200, 300.............................................................50 7.3.1 Družicová aparatura WILD System 200...............................50 7.3.1.1 GPS Sensor WILD SR299 ....................................................51 7.3.1.2 GPS Controller WILD CR233 ..............................................53 7.3.2 Družicová aparatura WILD (Leica) System 300 ..................59 7.3.3 M ení aparaturou GPS Leica System 200, 300...................59 7.3.3.1 P íprava m ení.....................................................................59 7.4 LEICA GPS System 500.....................................................................64 7.5 LEICA GPS System 1200...................................................................66 8 Vyhodnocení GPS m ení..........................................................................67

- 3 (140) -


8.1

Postprocessing .................................................................................... 67 8.1.1 P enos m ených dat do PC ................................................. 67 8.1.2 LEICA SKI GPS software.................................................... 67 8.1.2.1 Plánování m ení.................................................................. 69 8.1.2.2 Organizace datových struktur : ............................................ 70 8.1.2.3 Po etní zpracování dat : ....................................................... 78 8.1.2.4 Vyrovnání............................................................................. 89 8.1.3 LEICA SKI-Pro GPS software............................................. 90 8.1.3.1 Výpo et GPS vektor ........................................................... 90 8.1.3.2 Transformace do S-JTSK ................................................... 100 8.2 Vyhodnocení v reálném ase............................................................ 115 9 P evod výsledk do S-JTSK ................................................................... 119 9.1 Sou adnicový systém ETRS ............................................................. 119 9.2 Sou adnicový systém JTSK.............................................................. 120 9.2.1 Stru ná historie budování systému..................................... 120 9.2.2 Kartografické zobrazení ..................................................... 121 9.3 Prostorová podobnostní transformace .............................................. 123 9.4 Schéma p evodu ............................................................................... 125 10 Formáty GNSS datových soubor .......................................................... 127 10.1 RINEX formát .................................................................................. 127 10.2 SP3 formát p esných efemerid ......................................................... 132 10.3 Fázová centra GPS antén – NGS formát .......................................... 132 11 Inženýrské aplikace GNSS ...................................................................... 133 11.1 Vyty ování s GNSS.......................................................................... 133 11.2 Budování ú elových geodetických sítí s GNSS ............................... 134 11.3 Primární systémy plošných a liniových staveb ................................ 134 11.4 Ur ování geometrických parametr koleje ...................................... 134 11.5 M ení posun stavebních objekt s GNSS ..................................... 137 11.6 Vedení stavebních stroj pomocí GNSS .......................................... 138 12 Záv r ......................................................................................................... 139 12.1 Shrnutí 139 12.2 Studijní prameny .............................................................................. 139 12.2.1 Seznam použité literatury................................................... 139 12.2.2 Seznam dopl kové studijní literatury................................. 140 12.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny ........................ 140

- 4 (140) -

Úvod

1

Úvod

1.1

Cíle

Cílem tohoto studijního textu je seznámit tená e se základními problémy praktického geodetického využití globálního naviga ního satelitního systému NAVSTAR – GPS. Je to modul ur ený pro p edm t HE08 „Seminá GPS“ na magisterském stupni studia oboru Geodézie a kartografie na VUT FAST Brno.

1.2

Požadované znalosti

Ke studiu je t eba znalost st edoškolské matematiky a fyziky, zejména základ geometrie a diferenciálního po tu. Dále je t eba znát základy geodetické astronomie a kosmické geodézie, a dob e se orientovat v základech teorie chyb. Rovn ž se p edpokládá alespo základní znalost obsluhy geodetických p ístroj .

1.3

Doba pot ebná ke studiu

Doba pot ebná ke zvládnutí látky této studijní opory k p edm tu "Seminá GPS" odpovídá rozsahu výuky 2 hodiny cvi ení týdn po dobu 13 týdn a dá se odhadnout zhruba na 10 – 12 hodin soust ed ného studia. .

1.4

Klí ová slova

Družicová geodézie, globální naviga ní satelitní systémy, ur ování polohy.

- 5 (140) -

Základní princip a funkce GNSS

2


2.1

Struktura a fungování GNSS

Pod všeobecn užívanou zkratkou GNSS se souhrnn rozumí Globální naviga ní satelitní systémy. Globální znamená použitelnost v každém ase na kterémkoli míst zem koule (nezávisle na po así, v klidu i za pohybu), naviga ní znamená sloužící k zem pisné orientaci, a satelitní znamená používající um lé družice Zem . Struktura všech dosavadních a p ipravovaných GNSS je obdobná a liší se v zásad pouze v technických detailech. Lze ji rozd lit na t i základní složky: ídící, kosmickou a uživatelskou. ídící složka koordinuje funkci celého systému, pr b žn monitoruje jeho innost, vytvá í a udržuje systémový as, provádí manévry satelit (korekce polohy ve dráze). Kosmická složka zahrnuje aktivní um lé družice Zem , jejichž poloha je kontinuáln ur ována v jednotné celosv tové geocentrické sou adnicové soustav . Družice vysílají signály, které nesou informace pot ebné k ur ování polohy. Uživatelská složka zahrnuje pozemní p ijíma e schopné p ijímat a zpracovávat družicové GNSS signály. GNSS umož ují o navigaci na zemském povrchu, na mo i i ve vzduchu, o

autonomní ur ování 3D polohy, rychlosti a p esného asu na Zemi a v její blízkosti,

o geodetické aplikace (ur ování relativní 3D polohy), o realizace a udržování globálních a regionálních referen ních systém (ITRS, ETRS), o ešení geodynamických úloh (geotektonika), o ur ování parametr zemské rotace (EOP), o získávání údaj o stavu zemské atmosféry (využití v meteorologii), o p esné p enášení asu. GNSS technologie m ení je v sou asnosti již samoz ejmou b žnou sou ástí mnoha geodetických postup . Po ízení GPS p ijíma e dnes již není p íliš nákladnou investicí a pat í k vybavení v tšiny geodetických firem. Technologie ur ování polohy s využitím GNSS je oproti klasickým geodetickým metodám velmi úsporná a efektivní. Nezávisí totiž na vzájemné viditelnosti bod (tato je nezbytná pro klasická terestrická úhlová a délková m ení) a nezávisí na denní nebo no ní dob .

- 7 (140) -


2.2

Sou asné a p ipravované GNSS

2.2.1

GPS

Americký vojenský naviga ní systém známý pod názvem GPS (Global Positioning System), ozna ovaný též NAVSTAR ( Navigation System using Time and Ranging – naviga ní systém využívající m ení asu a vzdáleností), byl budován v letech 1974 - 1995. První družice byla vypušt na v roce 1978, systém byl deklarován jako pln funk ní 17. ervence 1995. Systém pracuje na principu jednosm rného dálkom ru. M enou veli inou je doba ší ení signálu z družicové antény k p ijímací antén , zjiš ovaná pomocí kódové nebo fázové informace. Nam ený as je p evád n pomocí rychlosti ší ení signálu na vzdálenost. Tento radionaviga ní systém umož uje ur it polohu p ijíma e v trojrozm rných sou adnicích a jeho rychlost v reálném ase. Také lze získat informaci o ase UTC. Systém GPS umož uje v reálném ase kdykoliv a kdekoliv na zemském povrchu a v jeho blízkosti okamžité ur ení polohy. Jako vojenský systém je odolný proti rušení a disponuje možnostmi znesnadn ní p ístupu neoprávn ným uživatel m. Základní zp sob m ení je ur ování tzv.pseudovzdáleností. V tomto p ípad se využívá celého systému a m ení se uskute uje v reálném ase. Tento zp sob není vhodný pro geodetické využití. Existují však i metody, které nejsou závislé na celém systému a které poskytují podstatn vyšší p esnosti než umož uje základní zp sob m ení. Vyhodnocení m ených dat a výpo et polohy se provádí dodate n po skon ení m ení, nebo se pracuje v reálném ase (což vyžaduje další hardwarové dopl ky). Tyto metody svojí p esností již vyhovují pot ebám geodézie. P esnost m ení je závislá na mnoho faktorech. Orienta n se udává pro délku m eného vektoru D : • pro sou adnicové rozdíly ∆x, ∆y, ∆z • pro azimut ± (1" +

± (5 mm + 1.10 -6. D),

5′′ ). D km

Kosmická složka GPS : Aktivní družice systému GPS jsou umíst ny na šesti rovnom rn rozložených dráhách jejichž rektascenze výstupních uzl se liší o 60 . Vzdálenost mezi družicemi na stejné dráze je 120 . Dráhy družic jsou kruhové s nominální výškou 20 183 km a mají sklon k rovníku 55 . Ob žná doba družic je 12 hv zdných hodin, tudíž konstelace družic se opakuje pro dané stanovišt jednou za den. Vzhledem k asu UTC se družice urychlují o p ibližn ty i minuty za den. Konstelace družic zajiš uje všude na Zemi v každém okamžiku pokrytí 4 až 8 družicemi s elevací nad 15o. Další družice jsou na ob žných drahách v záloze, aby mohly p ípadn nahradit poškozené nefunk ní družice. Vypušt ní další družice na ob žnou dráhu se p edpokládá pouze v p ípad , že by p estaly fungovat více jak t i družice. Rozmíst ní družic v prostoru je na Obr. 1. Každá GPS družice je vybavena p ijíma em, vysíla em, atomovými hodinami, procesorovou jednotkou, zdroji elektrické energie a adou p ístroj , které slouží pro navigaci nebo jiné vojenské ú ely (nap . pro detekci výbuch jaderných - 8 (140) -


náloží aj.). Konstrukce družic prošla vývojem, postupn se vypoušt ly družice blok I, II, IIA, IIR, IIR-M. Posledním vývojovým typem je družice IIF s novou frekvencí L5 , p ipravován je typ III (po r. 2012).

Obr. 1 - Konstelace GPS satelit

Družice p ijímá, zpracovává a uchovává informace p edávané prost ednictvím pozemních antén (GA). Družice sleduje stav vlastních systém , koriguje svoji dráhu raketovými motorky a podává o t chto skute nostech informace do ídícího centra. Družice je vybavena záložními prvky. Stabilizace a uchování družice na dráze se zajiš uje prost ednictvím setrva ník . .

Obr. 2 - GPS družice (Blok I)

GPS družice prvního bloku je znázorn na na Obr. 2. Hmotnost této družice je 845 kg a rozm r je 2 x 1 x 1,5 m. Družice jsou vybaveny atomovými hodinami. Palubní baterie jsou dobíjeny dv ma slune ními lánky o ploše 7,25 m2. GPS družice vysílají pro uživatele složitý signál, který je tvo en adou koherentních kmito t (viz. Tabulka 1). Každá družice vysílá zprávy o své poloze a p ibližné poloze ostatních družic systému. P esný as a p esné kmito ty vysíla-

- 9 (140) -


ných frekvencí zajiš ují cesiové, rubidiové nebo vodíkové oscilátory. Stabilita t chto oscilátor je 1.10-11 až 1.10-13 za 24 hodin. Tabulka 1: Složky GPS satelitního signálu Složka

Frekvence [MHz]

základní frekvence

fo = 10,23

nosná vlna L1

f1 = 154 . fo = 1575,42 (

1

~ 19,0 cm)

nosná vlna L2

f2 = 120 . fo = 1227,60 (

1

~ 24,4 cm)

P – kód

fo = 10,23

C/A – kód

fo /10 = 1,023

naviga ní zpráva

fo /204600 = 50 . 10-6

ídící složka GPS : ídící složka (Control Segment) monitoruje funkce družic a získané údaje p edává v naviga ní zpráv do pam ti družic. Opera ní systém (OCS – Operational Control System ) se skládá z jedné hlavní ídící stanice, z p ti monitorovacích stanic a t í pozemních ídících stanic. Monitorovací stanice jsou vybaveny p esnými asovými normály a p ijíma i P kódu a vytvá ejí sí pro ur ování palubních efemerid a pro modelování chodu družicových hodin. Monitorovací stanice neustále p ijímají signály ze všech družic systému, tyto uchovávají a p edávají do hlavní stanice (MCS). Monitorovací stanice ( ) jsou na: Hawaii (Tichý oceán), Ascension Island (jižní Atlantik), Diego Garcia ( agoské ostrovy v Indickém oceánu), Kwajalein (Marshallovo souostroví v Tichém oceánu) a Colorado Springs v USA (Obr. 3).

Obr. 3 -

ídící složka GPS

Stanice v Colorado Springs je sou asn hlavní ídící stanicí (MCS – Master Control Station). Zde se zpracovávají telemetrické údaje a výsledky sledování pohybu družic ze všech monitorovacích stanic. V MCS se také uchovává asový systém, tzv. GPS as (GPST) , ve kterém pracuje celý systém. Pro výpoet dráhových parametr se používá týdenní pozorování monitorovacích stanic. Pomocí Kalmanova filtru jsou odvozovány parametry drah družic, ur ovány korekce družicových hodin a parametry ionosférického modelu. Z odvozených hodnot se p edpovídají dráhové parametry platné na cca 26 hodin. V intervalu

- 10 (140) -


osmi (24) hodin se p edávají ze t í pozemních idících stanic (Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein), pomocí pozemních antén (GA – Ground Antennas), informace o družicových efemeridách, povely pro ízení provozního režimu družic a korekce drah družic do procesor na družicích. Palubní efemeridy jsou namodulovány na nosné kmito ty L1 a L2 a jsou tak dostupné pro navigaci v reálném ase. Rozmíst ní stanic umož uje denn navázat t ikrát spojení mezi každou družicí a pozemní anténou (GA). Existuje n kolik nezávislých civilních monitorovacích sítí, které ur ují p esné efemeridy družic GPS. Tyto sít se nepodílejí na ízení a innosti systému. V roce 1992 z ídila Mezinárodní geodetická asociace Mezinárodní GPS službu pro geodynamiku (International GPS Service for Geodynamics – IGS), která krom sledování geodynamických jev v Evrop ur uje : • p esné dráhy družic v etn parametr silového pole, • parametry rotace Zem , modely chodu družicových hodin, • informace o stavu ionosféry a pomocí koloka ních stanic p esné p ipojení k terrestrickému rámci (koloka ní stanice jsou p ipojeny ke globální síti). Mezinárodní GPS služba pro geodynamiku (IGS) má následující strukturu: Byla vytvo ena globální sí (tzv. core network ) velmi kvalitních stanic, které mají permanentní provoz - Obr. 4.

Obr. 4 - IGS sí permanentních GPS stanic

Data z jednotlivých stanic jsou v tšinou p edávána automaticky pomocí sít INTERNET do datových center. Globální sí je dopln na rozsáhlejším souborem op rných stanic (100 až 200), na kterých se m í v pravidelných intervalech tak, aby mohly být podchyceny tektonické deformace. Rovn ž tyto body mohou poskytovat p ímý p ístup k terestrickému referen nímu systému. Datová centra se d lí na : 1) opera ní centra, která odpovídají za provoz ur itého po tu stanic, za p epis m ených dat do formátu RINEX a za archivování lokálních dat,

- 11 (140) -


2) regionální datová centra, která jsou zodpov dná za shromaž ování, distribuci a archivaci dat jak ze souboru zpracovávaných stanic globální sít , tak i op rných stanic. Celý systém završují t i globální datová centra, která uchovávají kompletní soubory všech nam ených dat. Globální datová centra IGS jsou : Greenbelt (USA), Paris (Francie) a San Diego (USA). Analýzy dat realizují tzv. analytická centra, která se d lí na n kolik kategorií výpo etních center (globální analýzy dat, dráhy družic a parametry zemské rotace). Kombinací výsledk ze sedmi výpo etních center vznikají výsledné produkty IGS. Ty jsou k dispozici v datových centrech se zpožd ním n kolika dn . V tabulce 2 jsou uvedeny údaje o p esnosti a dostupnosti r zných soubor parametr drah družic GPS. Za koordinaci celé innosti IGS je odpov dná centrální kancelá (Jet Propulsion Laboratory - JPL) v Pasaden , USA. Tabulka 2: P esnost drah družic GPS Efemerida vysílaná (broadcast)

p esnost poloha/hodiny ~ 2 m / 7 ns

k dispozici

zdroj

reálný as

naviga ní zpráva

ultra-rapid (predikce) ~ 10 cm / 5 ns

reálný as

IGS datová centra

ultra-rapid (výpo et)

< 5 cm / 0,2 ns

po 3 hod.

IGS datová centra

rapid

< 5 cm / 0,1 ns

po 17 hod.

IGS datová centra

p esná (precise)

~ 2 cm / <0,1 ns po ~ 13 dnech

IGS datová centra

Uživatelská složka GPS : Pro p íjem a zpracování GPS signál byly vyvinuty speciální p ijíma e. V souasné dob existuje mnoho typ komer ních p ijíma . Podle využití se rozlišují p ijíma e • naviga ní (vojenské i civilní), • geodetické, • p ijíma e pro asovou synchronizaci. P ijíma GPS je tvo en anténou, radiofrekven ní jednotkou, mikroprocesorem, komunika ní jednotkou, pam tí a zdrojem nap tí. Hlavní ástí je radiofrekven ní sekce (RF). Blokové schéma p ijíma e GPS je na Obr. 5 . Anténa je dopln na p edzesilova em, protože signály GPS jsou slabé. Anténa je bu spojena s p ijíma em, nebo je samostatná. Signály se p enášejí kabelem. Radiofrekven ní jednotka (RF) zpracovává p ijaté signály (na jedné nebo dvou frekvencích). D ležitý je po et kanál ur ených pro p íjem signál z družic. Každý kanál p ijímá signály po celou dobu, kdy je družice nad horizontem. Základem RF sekce je oscilátor, který generuje referen ní frekvenci, filtry pro eliminování nežádoucích frekvencí a sm šova e signálu. V RF jednotce se

- 12 (140) -


p ijímaný signál porovnává se signálem, který se vytvá í z referen ní frekvence p ijíma e. Tato je krátkodob udržována pomocí k emenného oscilátoru. V RF jednotce se signály filtrují. Fázová m ení se uskute ují v detektorech signálu. Korela ní techniky zajiš ují získání komplexní informace ( asové údaje družice, naviga ní zpráva a nemodulovaný nosný kmito et).

Anténa

P edzesilova

K emenný oscilátor

Radiofrekven ní jednotka

Pam ová jednotka

Mikroprocesor

Komunika ní jednotka

Zdroj nap tí

Obr. 5 - Schéma GPS p ijíma e

Mikroprocesor ídí celý p ijímací systém, umož uje interaktivní komunikaci a programování p ijíma e. Po zapnutí p ijímá signály a v reálném ase eší naviga ní úlohu m ením pseudovzdáleností. Vypo ítá DOP, topocentrické polohy družic nad horizontem, okamžiky východu a západu všech družic. Komunika ní jednotka zajiš uje styk p ijíma e s uživatelem. Zobrazuje aktuální informace o innosti p ijíma e. Pomocí kláves se vkládají do p ijíma e dopl kové informace (název bodu, po adové íslo série m ení, výška antény, meteorologické údaje). Pam uchovává observované veli iny a naviga ní zprávy pro dodate né zpracování. Sou asné p ístroje uchovávají data v interních pam tech nebo na vým nných pam ových médiích (PCMCIA Card, Compact Flash Card apod.). Data se pozd ji p enesou do pam ti po íta e pomocí sériových komunika ních kanál nebo pam ovými kartami. Zdroj nap tí je interní nebo externí. V tšinou je tvo en kompaktní baterií, kterou je možno dobíjet. D ležitou sou ástí p ijíma e je anténa (Obr. 6). Musí umož ovat p íjem signálu ze všech sm r viditelné ásti oblohy. Je t eba odstínit odrazy, ke kterým m že dojít b hem cesty signálu od družice k antén . Odrazy v tšinou nastávají - 13 (140) -


v blízkosti p ijíma e. Tento jev se ozna uje jako multipath a je áste n eliminován spodním krycím talí em antény. Pro odstran ní multipath efektu se využívá polarizace signálu. Zatímco p ímý signál GPS je pravoto iv polarizovaná vlna, odražený signál je polarizován levoto iv . Moderní antény dokáží tento vliv podstatn redukovat. N které geodetické antény jsou opat eny soustavou prstenc (choke-ring), které zamezují p íjmu odražených vln v blízkosti antény.

Obr. 6 - Antény GPS p ijíma

Fázová m ení jsou závislá na orientaci antény vysíla e i p ijíma e a na sm ru, ve kterém je signál zachycen. Se vzr stající p esnosti m ení GPS nelze tento vliv zanedbávat. Proto bývá na disku antény vyzna en sm r k severu. Pro geodetická m ení je nutno p esn definovat fázový st ed antény a podchytit možné variace fázového centra antény b hem m ení. Fázové centrum p edstavuje polohu bodu, ke kterému se vztahují m ení polohy. Fázová centra nejsou identická pro nosné vlny L1 a L2 .Vzdálenost mezi ob ma fázovými centry dosahuje v tšinou n kolika milimetr a je pro v tšinu antén známa. Poloha fázového centra závisí též na zenitovém úhlu a azimutu sm ru, ve kterém p ichází družicový signál na anténu. P i použití stejných antén je tento efekt p i krátkých vektorech do zna né míry eliminován. P i dlouhých základnách toto neplatí, protože zenitové úhly družic na obou bodech vektoru nejsou stejné. V p ípad , že se používají antény r zných typ , je t eba p i p esných m eních vždy v novat pozornost modelování fázových center. V tšinou se poloha fázového centra L1 volí jako referen ní. P ijíma e lze klasifikovat podle zpracování nam ených údaj : 1) p ijíma e založené na bezkódových metodách (tzv. squaring). P ijatý signál se násobí se sebou samým, ímž je odstran na modulace ± π . Výsledkem je demodulovaná vlna s polovi ní periodou. Z této se odvodí sinový signál, který má polovi ní vlnovou délku, než m l p vodní signál. V tomto p ípad se ztrácí informace o palubních efemeridách. 2) p ijíma e využívající korela ní techniky. P ijíma musí mít možnost vytvoit kopii kopií PRN kódu (C/A nebo P kód). Tato kopie se porovnává s p ijatým družicovým signálem. Hledá se stav, kdy korelace obou signál se rovná jedné. V okamžiku korelace je znám jak údaj družicových hodin (tD – je zakódován do signálu ) tak údaj hodin v p ijíma i (tp ). Z rozdíl as lze vypo ítat vzdálenost mezi p ijíma em a družicí ( tzv. pseudovzdálenost). V dalším - 14 (140) -


kroku se odstraní z p ijatého signálu PRN kód a dekóduje se naviga ní zpráva. Tato je eliminována ze signálu pomocí vysokofrekven ního filtru. Výsledkem t chto operací je: pseudovzdálenost, naviga ní zpráva a demodulovaný, dopplerovsky posunutý družicový signál, který lze využít p i fázovém m ení. 3) p ijíma e využívající fázových m ení. Fázová m ení jsou založena na zpracování dopplerovsky posunuté nosné vlny. Tato se získá bu technikou demodulace kódu s použitím korelace mezi p ijatým signálem a jeho kopií generovanou v p ijíma i, nebo kvadrátováním u bezkódových p ijíma . P ijíma e lze také d lit podle po tu p ijímaných frekvencí. P ijíma e jednofrekven ní p ijímají signály pouze na nosné frekvenci L1 . P ijíma e dvoufrekven ní p ijímají signály na obou frekvencich ( L1 a L2 ). P íjem na obou nosných frekvencích umož uje eliminovat systematické vlivy ionosféry. Dvoufrekven ní p ijíma e je t eba používat p i m ení dlouhých vektor . Každý p ijíma má ur itý po et tzv.p ijímacích kanál ( dopln ných p íslušným hardware), které umož ují p íjem a odlišení signál z r zných družic. P ijatý signál p ijíma zpravidla rozlišuje pomocí C/A kódu, který je pro každou družici charakteristický. P ijímaný signál se využije bu pro kódová nebo fázová m ení. V tšina p ijíma konstruovaných pro geodetické ú ely je vybavena více p ijímacími kanály, z nichž každý permanentn p ijímá signály ze zvolené družice. Sou asné geodetické GPS p ijíma e mají obvykle minimáln 12 kanál , GPS + GLONASS p ijíma e 20 a více kanál . Jsou t i druhy p ijímacích kanál : a) kódový korela ní kanál umož uje m it pseudovzdálenosti ke družici (využívá C/A nebo P kód) a umož uje dekódování naviga ní zprávy. b) kódový fázový kanál dovoluje m it zlomky fází nosných vln L1 a L2 zvolené družice a umož uje dekódování naviga ní zprávy. c) násobný korela ní kanál umož uje m it zlomky fází na nosných vlnách sou asn z n kolika družic. P íjem signál se neustále p epíná z jedné družice na druhou. Rychlost p epínání umož uje jejich využití pro kinematické m ení a pro m ení v reálném ase. P esnost kódových a fázových m ení je funkcí vlnové délky elektromagnetického signálu (p i impulsním m ení odpovídá perioda impulsu vlnové délce). V sou asné dob lze vlnovou délku m it s p esností 1% . Systém GPS využívá ty i signály o vlnových délkách 300 m, 30 m, 0,19 m a 0,24 m. To znamená, že p íslušné vlnové délky mohou být ur eny s chybou 3 m, 0,3 m a 2 mm. Pro geodetické aplikace je nutným p edpokladem, aby p ijíma m l p ístup k nosné frekvenci L1 . P i vzdálenostech nad 10 km je pot ebný p ístup i k druhé nosné L2 . Kombinací m ení na obou frekvencích lze snížit vliv ionosférické refrakce. V tšina výrobc vyvíjí krom aparatur také vlastní programové vybavení pro zpracování GNSS m ení.

- 15 (140) -


2.2.2

GLONASS

Ruský vojenský radionaviga ní systém, vyvíjený od roku 1972. První družice byla vypušt na v roce 1982, systém zatím nikdy nebyl deklarován jako pln funk ní. V roce 2001 však byl p ijat plán kompletace a zdokonalení innosti GLONASS (viz. Obr. 10)

Obr. 7 - Konstelace GLONASS satelit

Jedním z hlavních rozdíl vzhledem k GPS je v GLONASS používání frakven ní identifikace družic (FDMA – Frequency Division Multiple Access). Všechny družice systému používají stejnou sekvenci C/A a P kód , avšak každá družice vysílá pon kud odlišné nosné frekvence L1 , L2 , které jsou dány vztahy

f1n = 1602MHz + 0,5625.n f 2n = 1246MHz + 0,4375.n

kde n = 0,1, .... ,24 zna í íslo frekven ního kanálu p id leného družici. Dalším rozdílem v i GPS je definice drah družic jejich pozicemi a rychlostmi v geocentrickém systému spojenému se Zemí (PZ-90).

Obr. 8 - GLONASS satelit typu M

- 16 (140) -


Kompletní kosmická složka GLONASS je složena z 24 družic (po osmi ve t ech dráhových rovinách o inklinaci 65º), ve výšce 19 500 km (Obr. 7). Celková hmotnost družic je asi 1300 kg, rozp tí v etn solárních panel je p es 7 m (Obr. 8). Ob žná doba je ~ 11,25 hodin, tzn. identická konfigurace satelit se opakuje až po 8 dnech. Výhodou oproti GPS je lepší pokrytí oblastí o zem pisné ší ce nad 50º .

Obr. 9 - GLONASS ídící složka

Pozemní složka GLONASS sestává z ídícího centra a z p ti pozemních monitorovacích (TT&C – Telemetry, Tracking & Control) stanic a z p ibližn 40 observa ních stanic rozložených po celém povrchu zem koule – Obr. 9.

TBC-to be confirmed (není potvrzeno), TBD-to be defined (není definováno)

Obr. 10 - Plánovaný rozvoj GLONASS

- 17 (140) -


2.2.3

GALILEO

GALILEO je projektovaný evropský civilní satelitní naviga ní systém, který je vyvíjen spole n Evropskou Unií (EU) a Evropskou kosmickou agenturou (ESA). Systém je v záv re né fázi p íprav, avšak p vodní termín uvedení do provozu se nejen z technických d vod posunul na rok 2012 (podle údaj z roku 2007). Je projektován tak, aby byla zajišt na interoperabilita s GPS a GLONASS. První testovací družice tohoto systému byla vypušt na v roce 2005. Kosmická složka GALILEA je složena z 30 družic (27 + 3 záložní) ve t ech dráhových rovinách o inklinaci 56º, ve výšce 23 222 km. Ob žná doba je ~ 14 hodin, tzn. identická konfigurace satelit se opakuje až po 10 dnech. Pozemní složka GALILEA sestává ze dvou ídících center, z devíti pozemních antén, z p ti TT&C stanic a z p ibližn 40 observa ních stanic rozložených po celém povrchu zem koule. GALILEO m že používat celkem deset rozdílných signál na r zných frekven ních pásmech, ležících v bezprost ední blízkosti sou asných pásem L1 a L2 používaných systémy GPS a GLONASS (Obr. 11).

Obr. 11 Signály a frekvence systému GALILEO

Služby: GALILEO bude poskytovat 5 r zných služeb – OS (Open Service), CS (Commercial Service), SoL (Safety of Life Service), PRS (Public Regulated Service), a SAR (Search and Rescue Service). Ve ejn p ístupná služba (OS – Open Service) je bezplatná a odpovídá civiln p ístupné služb GPS, vyzna uje se však zlepšenou kvalitou signálu a tím i vyšší spolehlivostí. Tato služba využívá frekven ních pásem E5a a E2-L1-E1 a má zajistit p esnost naviga ní polohy 4 m horizontáln a 8 m vertikáln . Zpoplatn ná služba (CS – Commercial Service) je základem pro nejr zn jší komer ní a obchodní aplikace. Oproti OS nabízí využití 2 dalších neve ejných signál na frekvenci E6. Má umožnit dosahování naviga ní polohové p esnosti od 1 m až do 10 cm. Služba záchrany života (SoL – Safety of Life Service) poskytuje pro kritické situace v letecké a lodní doprav naviga ní p esnost na úrovni OS, avšak se

- 18 (140) -


zaru enou celosv tovou kontinuitou a integritou. Využívá frekven ních pásem E5a+E5b a L1(E2). Vyhledávací a záchranná služba (SAR – Search and Rescue Service) se vyzna uje možností obousm rné komunikace mezi družicovým naviga ním systémem a uživatelem, umož ující ur it p esnou polohu místa odkud je vysílán signál se žádostí o pomoc. Služba s omezenou ve ejnou p ístupností (PRS –Public Regulated Service) je uzav ená služba vyzna ující se obzvláštní robustností a odolností v i rušení. P edpokládá se její využití v civilní obran a národní/mezinárodní bezpe nosti. Je umíst na na dvou frekvencích s v tší ší kou pásma (E6 , E2-L1-E1). P ístup k této služb bude ízen ve ejnými složkami. V tabulce . 3 jsou znázorn ny charakteristiky všech uvedených služeb naviga ního systému GALILEO. Tabulka 3 Služby systému GALILEO OS pokrytí

globální globální

- 2 frek- 4 m/8 m vence - 1 frek- 15m/35m vence p ístupnost integrita

2.3

CS 1m

PRS

lokální

globální

0,1 m

6,5m/12m

SoL

lokální globální globální 1m

(DGNS)

99,8 %

99,8 % 99-99,9%

ne

áste n zaru ena

SAR

4-6 m

< 10 m

(DGNS) 99,8 % ano

99 % ano

Porovnání dosavadních a p ipravovaných GNSS

Tabulka 4 udává plánované charakteristiky sou asných a p ipravovaných GNSS. Pln funk ní je od roku 1993 systém GPS. Systém GLONASS nebyl zatím nikdy kompletní, dosud nejvyšší po et družic byl 17 (1997), avšak p edpokládá se jeho postupná kompletace v blízké dob . V budoucnosti se p edpokládá spole né využívání všech t í existujících GNSS (GPS + GLONASS + GALILEO), což znamená, že pro naviga ní, geodetické a jiné ú ely bude k dispozici více jak 80 družic vysílajících signály na nejmén t ech r zných frekvencích. Znamená to, že družicové metody m ení budou použitelné i tam, kde v sou asnosti využití GPS naráží na problémy (m stská zástavba, lesnatá území apod.).

- 19 (140) -


Tabulka 4: Parametry sou asných a p ipravovaných GNSS GPS

GNSS

GLONASS

GALILEO

za átek vývoje

1973

1972

2001

start první družice

1978

1982

2005

celkový po et družic

21 + 3 náhr.

21 + 3 náhr

27 + 3 náhr

dráhové roviny

6

3

3

sklon k rovníku

55º

65º

56º

výška nad Zemí

20 180 km

19 100 km

23 222 km

ob žná doba

11 h 58 min

11 h 15 min

~ 14 h

sou adnicový systém

WGS 84

SGS 85

GTRF

GPST

GLONASS T

GST

charakteristika signá- kódová lu identifikace

frekven ní identifikace

kódová identifikace

frekvence

L1 , L2 , (L5)

L1 , L2 , (L5)

E5a , E5b , E6 , E2-L1-E1

um lá ovliv ování signálu

SA do 1.5.2000 žádné AS

asový systém

- 20 (140) -

PRS

Systematické vlivy na GPS m ení

3

Systematické vlivy p i GPS m ení

Vysílání, ší ení a p íjem GPS signálu mezi družicí a p ijíma em podléhá p sobení ady systematických faktor , které lze rozd lit na • um lé ovliv ování kvality signálu (SA, AS), • chyby související s družicemi (hardware, dráhy, hodiny), • chyby p i ší ení signálu atmosférou (vliv ionosféry, troposféry), • chyby související s p ijíma em (hodiny, ofsety a variace fázových center antén, hardware), • chyby související s místem m ení a postavením antény (multipath, centrace a odm ení výšky antény).

3.1

Um lé ovliv ování kvality GPS signálu

SA – Selective Availability : Aktivní v období leden 1994 – 2. Kv ten 2000. Um lá degradace dráhových údaj a ovliv ování palubních hodin družic (clock dithering) podle utajeného algoritmu. AS – Anti-Spoofing : Aktivní od ledna 1994 doposud. P epis P-kódu dalším W-kódem. Výsledný Y-kód je tajný, je p ístupný pouze autorizovaným uživatel m. Moderní GPS p ijíma e dokážou pomocí ur itých technik tuto obtíž obejít a získávat P-kód na obou frekvencích (Z-tracking aj.), ovšem s pon kud zvýšenou úrovní šumu.

3.2

Chyby související s družicí

Zpožd ní signálu v obvodech aparatury na družici a chyby družicových hodin ovliv ují p esnost ur ení tranzitního asu. P esnost ur ení parametr drah družic ovliv uje významn ji výsledky autonomních GNSS m ení než výsledky relativních (rozdílových) m ení. P esnost drah družic je uvedena v kapitole 2.2 (tabulka . 2). Polohy fázových center antén družic se neshodují s jejich t žišti, která jsou uvažována p i výpo tu efemerid. P i p esném zpracování delších vektor (stovky km) je t eba tento vliv brát v úvahu.

3.3

Vliv atmosféry na m ení GPS

Signál vysílaný z družice prochází nehomogenním prost edím - atmosférou, která ovliv uje p edevším rychlost ší ení vysílané vlny a tím dochází ke zm nám m ených parametr - pseudovzdáleností nebo fází. Zemská atmosféra sahá od zemského povrchu až do výše p es 10 000 km a lení se na n kolik charakteristických vrstev, které mají z hlediska ovlivn ní rychlosti ší ení radiových vln r zné fyzikální vlastnosti. (Obr. 12).

- 21 (140) -


Obr. 12 - Zemská atmosféra a její len ní

Pr chodem signálu GPS atmosférou vzniká refrakce, která má vliv na ur ení transitního asu a tím i na m enou délku. Korekci v dráze vlny vyvolané atmosférou lze charakterizovat jako rozdíl skute né délky a geometricky p ímé spojnice s0 ( p i n = 1)

∆ atm = s − s0 = n ds − ds ≈ f n ds0 − ds0 =

(n−1) ds0

.

(3.1)

Radiové signály jsou výrazn rušeny dv mi odlišnými vrstvami atmosféry ionosférou a troposférou. Ionosféra je disperzivní ást atmosféry mezi 50 až 1000 km od povrchu Zem , která je typická obsahem volných elektron a iont . Je tedy elektricky aktivní. Troposféra je neutrální vrstva atmosféry sahající do výšky 10 km, p ípadn až do 18 km. Mocnost troposféry je odvislá na ro ním období a zem pisné ší ce. Refrakce se proto d lí na ionosférickou a troposférickou refrakci. Zatímco ionosférická refrakce je závislá na po tu volných elektron v atmosfé e (proto se uplat uje v ionosfé e ), pak troposférická refrakce závisí krom jiné na hus- 22 (140) -


tot prost edí. Proto je nejvíce ovlivn na nižšími vrstvami atmosféry - troposférou. Na rozdíl od refrakce ionosférické není refrakce troposférická závislá na frekvenci nosné vlny. Ionosférická refrakce je závislá na elektronové hustot Ne , tj. na po tu volných elektron v jednotce objemu. Ionosférická refrakce je r zná pro kódová a fázová m ení. Její absolutní hodnota dosahuje stejné hodnoty, ale opa ného znaménka. P i m ení na malém území ovliv uje ionosféra m ení GPS p ibližn stejnou hodnotou a p i tvo ení diferencí se její vliv z v tší ásti vylou í. Pro vektory delší než n kolik desítek kilometr však m že být vliv ionosférické refrakce kritický. Odstra uje se m ením na obou frekvencích vytvo ením vhodné lineární kombinace. Pro družici pozorovanou v zenitovém úhlu z je hodnota ionosférické refrakce • pro fázová m ení záporná

∆ ion, ph = −

1 40,3 TEC , cos z ′ f 2

(3.2)

• pro kódová m ení kladná

∆ ion,c =

1 40,3 TEC cos z ′ f 2

,

(3.3)

kde

z′=

R sin z , R+hion

R je st ední polom r Zem , hion je st ední výška ionosféry (asi 350 km) , f je frekvence nosné vlny . Veli ina TEC (Total Electron Content) je dána vztahem

TEC = N e ds

(3.4)

kde Ne je hustota volných elektron na m3. Podle znalostí o atmosfé e lze její p ibližnou hodnotu pouze odhadovat. Vztahy (3.2) a (3.3) udávají ionosférickou refrakci v metrech. Stav ionosféry se neustále m ní, projevují se • vliv slune ního zá ení (11-letý slune ní cyklus – Obr. 13), • ionosférické poruchy (zvlášt v polárních a rovníkových oblastech), • ionosférické bou e, periody rychlých zm n ionosféry vyvolaných slune ními erupcemi.

- 23 (140) -


Obr. 13 - 11-leté slune ní cykly (1750 – 2000)

Ve st edních ší kách bývá ionosféra pom rn klidná, vyskytují se však tzv. putující poruchy (traveling iono-disturbances) s dobou trvání od n kolika minut do 1 hod, o územním rozsahu 10 – 1000 km. Ionosférická korekce GPS signálu dosahuje pro z = 0o hodnot 1 – 15 m (podle úrovn slune ní aktivity) a m že pro velké zenitové úhly init až 150 m P i absolutním ur ování polohy se projeví plným ú inkem. P i relativním ur ování polohy se projevuje zm nou m ítka

dl [ ppm] = −0,10 TECV l

(3.5)

kde TECV je uvažován ve sm ru zenitu. Opat ení na eliminaci nebo omezení ionosférického ovlivn ní GNSS signálu jsou: • využití „ionosphere-free“ lineární kombinace (tém

úplná eliminace),

• zavád ní iono-korekcí z naviga ní zprávy (Klobuchar v model, který koriguje pr m rný vliv 11 letého slune ního cyklu), • použití regionálních/globálních model ionosféry (IGS, CODE), • použití vlastního lokálního modelu ionosféry vypo teného z nam ených dat (to umož ují n které vyhodonocovací programy, podmínkou je zpracování datového intervalu nejmén 1 hod. – nap . dat z referen ní stanice p i m ení v diferenciálním modu). P esnost modelování ionosférické refrakce je limitována spolehlivostí ur ení TEC. P i délkách vektor do 10 km je vliv ionosféry nízký (signál na obou koncových bodech prochází prakticky stejnou ionosférou. P i v tších délkách vektor je t eba vždy m it na dvou frekvencích. Troposférická refrakce vyjad uje vliv neionizované ( neutrální ) atmosféry na elektromagnetické vln ní a vzniká v nejnižší vrstv atmosféry - troposfé e. Pro frekvence do 15 GHz zp sobuje neutrální atmosféra stejnou troposférickou refrakci. V p ípad frekvencí GPS je tedy stejná pro ob nosné frekvence, pro kódová i fázová m ení. Troposférická refrakce je dána vztahem

∆ trop =10 −6 N trop ds

- 24 (140) -

,

(3.6)


kde Ntrop je tzv. refraktivita, která závisí na tlaku, teplot a vlhkosti atmosféry Ntrop = 106 (n - 1) , kde n je index lomu. Vzorce pro výpo et troposférické korekce byly odvozeny empiricky a platí pro družici v zenitu. Nap íklad vzorec Saastamoinen v pro družici v zenitovém úhlu z je ∆ztrop =

0,002277 1255 p+ + 0,05 e − 1,16 tan 2 z cos z T

(3.7)

kde p je tlak v milibarech , T je teplota v Kelvinech , e je parciální tlak vodních par v milibarech . Maximální troposférické ovlivn ní dosahuje hodnot 2,3 m ve sm ru zenitu až 25 m pro nízké družice ( z = 85˚). Obecn se p edpokládá, že vliv troposférické refrakce se prakticky vylou í p i tvorb diferencí, což platí pro kratší vektory (< 10 km). Vliv troposféry závisí na mikroklimatu v okolí antény p ijíma e a n kdy se nemusí poda it vylou it její vliv ani p i krátkých vektorech. Možnosti redukce vliv troposféry na GPS m ení jsou : • modelování troposféry bez využití GPS m ených dat (Standardní atmosférický model, meteo-data, WVR, lokální meteo-modely), • ur ování parametr troposféry z GPS m ení, tj. ur ení zpožd ní v zenitovém sm ru a použití vhodné mapovací funkce (podmín no možnostmi vyhodnocovacího programu – v decké programy i n které pokro ilé komer ní programy to umož ují).

3.4

Chyby související s p ijíma em

Z praktických d vod nemohou být v GPS p ijíma ích používány vysoce p esné oscilátory jako jsou atomové hodiny na družicích. To je d vodem, pro asové údaje p ijíma e musí být více korigovány vzhledem k systémovému GPS asu. ádov vyšších hodnot. Hodnoty korekcí hodin p ijíma e jsou obvykle ur ovány pro jednotlivé epochy m ení na základ po etního zpracování kódových m ení. Chyby se do nam ených dat také dostávají vlivem zpožd ní v obvodech p ijíma e p i p íjmu a zpracování GPS signálu. Významným zdrojem chyb je také nep esná znalost excentricit fázových center GPS antén. Prostorová poloha fázového centra není totožná pro ob frekvence L1, L2 a navic se ješt m ní v závislosti na eleva ním úhlu a azimutu družice. Tyto chyby se redukují používáním kalibrovaných antén – kalibracemi GPS antén se detailn ji zabývá kapitola 5.1 .

- 25 (140) -


3.5

Chyby související s místem m ení

Vícecestné ší ení signálu (multipath) – GPS p ijíma zpracovává nejen p ímo p ijatý signál, ale také signál odražený od blízkých ploch, ímž dochází k superpozici t chto signál a chybám ve zpracování m ení (Obr. 14). Kódová m ení mohou mít chyby až 50 m, fázová m ení až 5 cm, s periodami 5 – 30 minut. Opat ení na omezení vlivu multipath efektu jsou : • konstrukce antén (Choke-Ring, Ground Plates), • výb r stanovišt (bez rušivých blízkých objekt ), • delší observace (zpr m rování efektu) na rizikových bodech.

Obr. 14 - Vícecestné ší ení GPS signálu (multipath)

- 26 (140) -


3.6

Faktory p esnosti GPS m ení

Jednotlivé systematické faktory se podílejí r znou m rou na výsledné p esnosti GPS m ení. Jejich p ibližná kvantifikace je uvedena v následující tabulce 5 . Tabulka 5 : Vliv jednotlivých faktor na GPS ur ení polohy vliv na GPS ur ení polohy vliv na GPS ur ení polohy

Zdroj chyb

absolutní

relativní

dráhy družic BE (PE)

3–5 m (3 – 10 cm)

0,1-0,2 ppm (1-3 ppb)

hodiny družic BE (PE)

3-5 m (5-20 cm)

-

fázová centra antén družic

1-2 m

0-10 cm

ionosféra (L1 bez korekce)

1-100 m

0,08-8 ppm

troposféra (standard.model)

5-40 cm

1-100 cm

fázová centra antén p ijíma

1-10 cm

1-10 cm

multipath efekt kód (fáze)

1-10 m (1-5 cm)

2-20 m (2-10 cm)

0,2-5 mm

0,6-10 mm

šum signálu

Sou et vlivu t chto faktor na ur ení vzdálenosti družice-p ijíma se nazývá UERE (User Equivalent Range Error) a p edstavuje celkovou chybu ve vzdálenosti p ijíma – družice.

- 27 (140) -

Metodika GPS m ení

4

Metodika GPS m ení

Základní režimy GPS m ení se nazývají absolutní (autonomní) a relativní (diferenciální) ur ování polohy. Ob metody, absolutní i relativní, lze využít jak pro statické tak i kinematické ur ování polohy. P i statickém ur ování polohy je p ijíma po dobu m ení vzhledem k zemskému povrchu v klidu. P i kinematickém m ení je anténa vzhledem k zemskému povrchu v pohybu. P esnost statických metod a rychlost kinematických m ení p isp la k vývoji kombinovaných technologií rychlého ur ování polohy. Jsou to rychlá statická metoda (Rapid Static) a Stop and Go metoda. Vývoj hardware p ijíma a možností rychlého dálkového p enosu informací umožnil vznik real time technik m ení (RTK – Real Time Kinematic).

4.1

Statická metoda

Relativní zp sob GPS m ení umož uje ur it rozdíly sou adnic ve vztažném družicovém systému vzhledem k referen nímu bodu. Vzdálenosti k družicím musí být ur ovány simultánn z ur ovaného i z referen ního bodu. P i statickém m ení se ur ují vektory spojnic ur ovaných bod (obr. 15). Tento zp sob lze využít p i budování základních geodetických sítí na velkém území, p i národních a kontinentálních m eních (p esnost 5 mm + 1 ppm). P i opakovaných m eních v dostate n vzdálených asových horizontech lze sledovat tektonické pohyby bod . Vybudování takovéto sít je podstatn mén asov náro né než p i klasickém budování geodetických základ . Je tedy tento zp sob hospodárn jší. P i m ení delších vzdáleností se dosahuje vyšší p esnosti než p i tradi ním m ení. Zp sob m ení je ovlivn n po tem stanic které mohou m it na zvolených bodech. Minimální po et stanic : 2 Doba po kterou se vykonávají simultánní m ení se nazývá observa ní interval (session - seance). asový interval observace je závislý na délce vektoru ( tabulka . 6). Tabulka 6 Závislost doby statického m ení na délce vektoru délka vektoru (km)

doba observace (min)

0,1 - 1

10 - 30

1 - 5

30 - 60

5 - 10

60 - 90

10 - 30

90 - 120

- 29 (140) -


Se vzr stající délkou vektoru rostou požadavky na p esnost sou adnic referen ního bodu.

Obr.15 - Statická metoda

4.2

Rychlá statická metoda

Rychlá statická metoda (Fast static nebo Rapid static) je podobná klasické statické metod . Doba m ení je ale výrazn kratší. Zkrácení observa ní doby je umožn no technologií rychlého ur ování ambiguit. Pro tuto metodu je výhodné použití dvojfrekven ního p ijíma e s P kódem a výhodná konfigurace družic. Optimální je 5 až 6 družic nad výškou 15º nad horizontem. Používány jsou dva zp soby rychlé statické metody: 1) P ijíma z p íjmu P kódu ur í pseudovzdálenost s p esností lepší než 10 cm. Kombinací s fázovým m ením se ur í ambiguity b hem n kolika minut. 2) Druhý zp sob využívá speciální statistické postupy, které využívají nadbyte ných pozorování z v tšího po tu družic. Ambiguity se op t ur í b hem n kolika minut. Úsp ch ešení je odvislý na po tu a konfiguraci družic.

Obr. 16 - Rychlá statická metoda

Rychlé statické m ení se realizuje dv mi p ijíma i. M ení lze uskute nit do vzdálenosti 15 km v okruhu zvoleného referen ního bodu, jehož sou adnice jsou známy (Obr. 16). Jeden p ijíma je na referen ním bod (o známých souadnicích), druhý - mobilní - se postupn p emis uje na ur ované body. P ijíma na referen ním bod musí po celou dobu m ení p ijímat družicové signá- 30 (140) -

Metodika GPS m ení

ly. Mobilním p ijíma em se uskute ují krátká m ení na ur ovaných bodech. B hem p emis ování je p ístroj vypnut. M ení lze uskute nit p i dobrém PDOPu na 4 a více družic. P esnost ur ení sou adnic bodu je 5 až 10 mm + 1 pmm. Rychlé statické m ení lze využít p i zhuš ování sítí, p i místní triangulaci, p i hrani ním m ení a p i podrobném m ení. M ení m že nahradit polygonové po ady. P esnost je do zna né míry ovlivn na okamžitou konstelací družic. Tuto nevýhodu lze áste n eliminovat opakováním m ení na ur ovaných bodech v asovém odstupu jedné až dvou hodin (reoccupation), kdy se p edpokládá pozorování p i zm n né konstelaci družic.

4.3

Metoda Stop and Go

Metoda Stop and Go (Stop & Go) se adí mezi nejrychlejší zp soby m ení, které umož ují ur ovat sou adnice podrobných bod s p esností 1 až 2 cm + 1 ppm s velmi krátkými observacemi (obr.17). Metoda se ozna uje jako metoda polokinematická. Pro ur ení ambiguity p ed za átkem m ení se využije bu m ení v kinematickém režimu na koncových bodech známé výchozí základny, na které jsou známé sou adnicové rozdíly se st ední chybou alespo 5 cm, nebo se využívá vým ny antén (antenna swap) mezi dv mi blízkými p ijíma i ( 5 až 10 metr ).

Obr. 17 - Metoda Stop&Go

Za p edpokladu, že p ijíma e p ijímají signál minimáln ze ty ech družic lze po ty ech až deseti epochách (epocha = 1 simultánní m ení) p íjmu antény zam nit. Pochopiteln nesmí dojít k p erušení p íjmu signálu. Po zam ení stejného po tu epoch se antény p esunou k vlastním p ístroj m a je možno zahájit vlastní m ení. Pro kontrolu je vhodné zam it pásmem šikmou vzdálenost antén. Na výchozím bod z stává referen ní p ístroj. Na obou p ístrojích se zahájí m ení v kinematickém zp sobu m ení. Druhý p ístroj se p emís uje na podrobné body. Po p íchodu na bod a centraci antény se stiskne SURVEY. Po skon ení p íjmu zvoleného po tu epoch (2 a více) je t eba p ijíma p epnout do režimu ROVING. Je možná p esun na další bod. Na každém bod se zavádí identifika ní íslo stanovišt (0001 – 9998) a musí se zadat výška antény na m eném bod . Po dobu m ení profilu musí p ijíma sledovat signály minimáln ze ty družic. V p ípad , že b hem m ení nebude tato podmínka spln na m ení se ukon í. P ijíma zvukovým signálem oznámí p erušení spojení.

- 31 (140) -


M i se musí vrátit na poslední bod, kde tato podmínka byla spln na, a vykoná nové m ení. B hem p emís ování z bodu na bod musí p ijíma stále sledovat signály zvolených družic. P i p esunu automobilem musí být anténa p ipevn na na speciální konstrukci, která umožní anténu p emístit nad ur ovaný bod. Anténu lze pochopiteln i p enášet. Poznámka:P ístroj, který se pohybuje, musí být spušt n v kinematickém režimu. P ijíma na referen ním bod m že pracovat bu v kinematickém režimu v modu STATIC nebo ve statickém režimu. Zp sob m ení je rychlý a hospodárný. Metoda je vhodná pro m ení podrobných bod , p i m ení v inženýrské geodézii. Zvlášt je vhodná v nezastav né nebo nezalesn né krajin . V zastav né oblasti nebo v blízkosti vysokých strom m že dojít k zastín ní signálu n které družice a pokud bude p íjem signál menší než ze ty ech družic, dojde k p erušení m ení a nutnosti provést novou inicializaci.

4.4

Kinematické metody

Jakmile se p ijíma p i m ení vzhledem k Zemi pohybuje, hovo íme o tzv.kinematických metodách. Kinematický zp sob m ení lze využít pro ur ování dráhy pohybujícího se t lesa, na kterém je umíst n mobilní p ijíma (Obr.18). Pak se hovo í o kontinuální kinematické metod (true kinematic).

Obr. 18 - Kinematická metoda

Rychlost, s kterou se p ijíma pohybuje, se m že použít k posouzení p esnosti. Druhý p ijíma (referen ní) je umíst n na bod o známých sou adnicích. Oba p ijíma e musí soub žn p ijímat družicové signály. Rozeznávají se dva mody kinematických m ení: a) kinematické m ení se statickou inicializací, b) kinematické m ení s inicializací za pohybu. V prvním p ípad se na po átku kinematického et zce postupuje podobn jako p i metod Stop and Go (tj. mobilní p ijíma musí na po áte ním bod sledo- 32 (140) -

Metodika GPS m ení

vané dráhy vykonat krátké statické m ení (inicializaci zahrnující observa ní interval pot ebný pro ur ení výchozích sou adnic a po áte ních ambiguit). Ve druhém p ípad se využívá technologie ešení ambiguit za pohybu p ijíma e (OTF – on the fly) Po volb požadovaného asového intervalu, ve kterém se bude ur ovat poloha mobilního p ijíma e (od 0,5 s – bez zastavení nad ur ovaným bodem), je možné zahájit m ení. P esnost je 1 až 2 cm + 1 ppm. Kinematické metody se využívají hlavn pro navigaci pohybujících se objekt (vozidel, letoun , lodí), ur ování trajektorií pohybu objekt apod. Tento zp sob lze využít v letecké fotogrammetrii pro ur ování polohy fotogrammetrické komory v okamžiku fotografování, což výrazn sníží po et pot ebných vlícovacích bod .

4.5

GPS navigace

Systému GPS-NAVSTAR lze využít i pro navigaci rychle se pohybujících objekt . P i navigaci je t eba poskytovat pr b žné informace o poloze, rychlosti a sm ru pohybujícího se objektu. Ur ování naviga ních prvk (poloha, rychlost, vzdálenost, azimut, as atd.) je závislé na znalosti drah družic, na m ených veli inách (jsou odvislé na typu používaného p ijíma e) a na jeho softwarovém vybavení. Z hlediska p esnosti lze rozd lit naviga ní úlohy na : navigaci s nižší p esností. P esnost ur ení polohy je ádov od n kolika desítek metr do n kolika stovek metr . Tento zp sob navigace posta uje pro navigaci osob a dopravních prost edk . Úloha se eší pomocí p ijíma e vybaveného C/A kódem. P i vyšších nárocích je t eba sou adnice ur ovat v klidovém stavu p ijíma e a to bu pr m rováním m ení z ur itého asového intervalu, nebo pr m rováním m ení realizovaných v r zných dobách. Tento zp sob neumož uje ur ení polohy v reálném ase. navigaci s vyšší p esností. P esnost je od n kolika metr do n kolika desítek metr . Získání okamžitých a p esn jších naviga ních informací umož uje systém diferen ní navigace. Systémy diferen ní navigace GPS (DGPS) využívají p edpokladu, že chyby v m ených pseudovzdálenostech ke stejným družicím dv ma nep íliš vzdálenými p ijíma i jsou siln korelované. Této skute nosti se využívá k významnému zvýšení p esnosti v ur ování polohy uživatelských p ijíma . Základem DGPS je referen ní stanice, která je umíst na na bod se známou polohou ( v systému WGS-84) . Referen ní stanice má mít dostatek p ijímacích kanál , aby v okamžiku vystoupení družice nad zvolenou výšku mohly být p ijímány signály družice. Referen ní stanice porovnává m ené pseudovzdálenosti k jednotlivým družicím s vypo ítanou vzdáleností (sou adnice stanice - sou adnice družice). Rozdíly (diferen ní korekce) p edává referen ní stanice uživatel m, kte í je využijí jako opravy svých m ených pseudovzdáleností. P enos dat mezi referen ní stanicí a m ícími aparaturami lze realizovat p i blízkých bodech krátkovlnným

- 33 (140) -


spojením, p i v tších vzdálenostech lze využít mobilních telefonních sítí. Pro kinematické m ení toto není vhodné. Pro p enos dat na v tší vzdálenosti lze využít družicový komunika ní systém (INMARSAT). Míra potla ení chyb závisí jednak na vzdálenosti uživatelské stanice od referen ní stanice, jednak na dob , která uplyne od ur ení korekce do jejího využití. Chyby zp sobené ionosférickým zpožd ním se zv tšují v závislosti na zv tšující se vzdálenosti od referen ní stanice. Za azením SA vznikají chyby které málo závisí na vzdálenosti od referen ní stanice. Rychle se však zv tšují se "stárnutím" diferen ních korekcí. V oblasti do 200 km kolem referen ní stanice by nem la chyba v ur ení polohy p ekro it 10 m (2 dRMS). Jakmile referen ní stanice p ijme data od družice, za íná vysílat korekce o této družici. Korekce se vysílají až do západu družice. Referen ní stanice využívá pro m ení jak fází kódu, tak fází nosné. Znaménko korekcí je zvoleno tak, aby se korekce v uživatelských p ijíma ích p i ítaly ke zm eným pseudovzdálenostem. Systém DGPS lze využít ke zvýšení v rohodností m ených informací. innost referen ních stanic v dané oblasti je totiž sledována ídící stanicí. Na ídící stanici jsou stejným p ístrojovým vybavením jako na referen ních stanicích monitorovány signály vysílané z družic a porovnávány s diferen ními opravami vysílanými t mito referen ními stanicemi. Pokud rozdíl p ekro í ur itou mez, referen ní stanice je upozorn na a musí za adit do vysílání varovné hlášení. P edpokladem pro správnou funkci systému DGPS jsou provozní pravidla, jednotný protokol pot ebný pro sestavení diferen ních korekcí a zp sob p edání t chto informací. Komise RTCM (Radio Technical Commision for Maritime Service) v roce 1983 pov ila výbor SC-104 (Special Committee 104 on Differential Navstar/GPS Service) vypracováním doporu ení pro standardizaci innosti systému DGPS. V roce 1991 bylo vydáno doporu ení SC-104 V2.0 , které je respektováno v tšinou výrobc . Toto doporu ení specifikuje innost referen ní stanice, uživatelské stanice a definuje formát p edávaných zpráv. Formát p enášených dat vychází z formátu dat GPS. V hlavi ce je synchroniza ní slovo, udává se typ zprávy, kód identifikující referen ní stanici, po adí zprávy a po et slov ve zpráv . Je zde též udáván asový údaj ( t 0 ), ve kterém byly ur eny vysílané korekce. Zpráva se skládá ze slov po 30 b. Slova slouží k p enosu p íslušných údaj . Data jsou len na do zpráv (doporu ení p ipouští 64 typ zpráv). Formát umož uje p enášet krom diferen ních korekcí i adu dalších údaj . Obsah a formát zprávy ur uje typ zprávy. Minimální p enosová rychlost je 50 b/s.

- 34 (140) -

GNSS p ijíma e a antény

5


Základní ásti GNSS p ijíma e jsou tvo eny anténou, radiofrekven ní jednotkou, mikroprocesorem, komunika ní jednotkou, pam tí a zdrojem nap tí. Hlavní ástí je radiofrekven ní sekce, která zajiš uje p íjem a zpracování GNSS signálu. Pro m ení v reálném ase (RTK) musí být p ijíma dopln n za ízením pro radiovou komunikaci, druhou možností je spojení s mobilním komunikátorem. Podle po tu frekvencí nosné vlny, který je schopen p ijíma zpracovat, se rozlišují jednofrekven ní a dvoufrekven ní GNSS p ijíma e. Dále existují p ijíma e schopné pracovat pouze se signály GPS, a p ijíma e hybridní zpracovávající signály GPS + GLONASS. N které používané dvoufrekven ní GNSS p ijíma e:

Obr. 19 - GPS p ijíma Leica SR530 s radiem

Obr. 20 - GNSS p ijíma Leica GRX1200GG s anténou AX1202GG

- 35 (140) -


Obr. 21 - GNSS p ijíma Trimble R8 s integrovanou anténou

Obr. 22 - P ijíma GNSS Trimble NetR5 pro referen ní stanice+anténa Zephyr

Obr. 23 - P ijíma GPS Ashtech/Thales Navig. Z-Xtreme

- 36 (140) -


Obr. 24 - P ijíma GNSS Topcon HiPER Pro

Charakteristiky a parametry vybraných GNSS p ijíma : Tabulka 7 P ijíma e GPS výrobce

p ijíma

# kanákód l L1/L2 L1/L2

p esnost m ení (fáz./kód.)

hmotnost kg

5mm+0,5ppm

1,4 1,6

Trimble

5700 System

12

CA/P

Ashtech/ ThalesNav.

Z-Xtreme

12

CA/P

5mm+1ppm

System 200/300

9

CA/P

5mm+1ppm

System 500

12

CA/P

5mm+1ppm

GRX1200

12

0,2mm/2cm 5mm+0,5ppm

1,2

12

3mm+0,5ppm

1,3

p esnost rel.polohy (stat.)

hmotnost kg

5mm+0,5ppm

1,35

Leica

Topcon

Hiper

Sokkia

GSR 2600

< 2mm/?

p esnost rel.polohy (stat.)

Tabulka 8 P ijíma e GPS+GLONASS výrobce

Trimble

p ijíma

# kanál L1/L2

R8

kód L1/L2 CA/C

p esnost m ení (fáz./kód.) < 1mm/?

NetR5

Ashtech/ Thales Nav. Leica

GRX1230 GG

Topcon

HiPER Pro

26

CA/P

- 37 (140) -

1,25


5.1

Kalibrace GNSS antén

Fázové centrum antény (dále FC) je místo, k n muž se vztahuje m ení p ijímaného signálu GNSS. Prostorová poloha fázového centra závisí na sm ru odkud signál p ichází a obecn se liší pro frekvence L1 a L2. Tato poloha se vyjad uje vektorov vzhledem k referen nímu bodu antény (ARP – Antenna Reference Point). U v tšiny antén je tímto bodem pr se ík osy upínacího závitu se spodní plochou pouzdra antény. Metody kalibrace GNSS antén jsou v zásad dvojího druhu. Bu se jedná o absolutní metodu, která pracuje p i kalibraci s jednou anténou anebo se jedná o relativní kalibrací, p i které je t eba použít dvou antén, z nichž jedna je referen ním standardem (obvykle anténa AOAD/M_T – Dorne Margolin model T) a druhá je anténou kalibrovanou. Výsledky obou metod nelze v rámci ešení jednoho projektu kombinovat. Relativní kalibrace se provádí s dvojicí antén, které jsou umíst ny blízko sebe (obvyklá vzdálenost < 10 m). Doporu uje se umis ovat antény na pilí ích se za ízením pro nucenou centraci, jejichž vzájemná prostorová poloha je známa s vysokou p esností (kalibra ní základna). P íkladem takové kalibra ní základny pro testování a ov ování GNSS antén je mikrosí rozsahu n kolika desítek metr , nacházející se na st eše budovy stavební fakulty VUT Brno v bezprost edním okolí permanentní stanice TUBO sít EPN - EUREF. Tato mikrosí je tvo ena soustavou pilí s nucenou centrací testovaných antén. Vzájemné prostorové vztahy v této síti byly ur eny konven ními geodetickými metodami a jejich p esnost je charakterizována sm rodatnými odchylkami σx,y = 0,3 mm v poloze, σh = 0,2 mm ve výšce (Obr. 25). Rohové pilí e JZ, JV jsou zakotveny do nosných zdí budovy Fakulty stavební, stejn jako pilí permanentní stanice TUBO. Pilí e jsou vybaveny rozvody nep etržitého napájení zdrojem 12V, což umož uje vykonávat nep etržité observace s délkou závisející pouze na kapacit záznamového media. P9

P10 TUBO

JZ m a9 cc

P1

JV Obr. 25 Základna pro relativní kalibrace GNSS antén VUT Brno

- 38 (140) -


Absolutní kalibraci lze vykonat laboratorn ve speciálních bezodrazných komorách s využitím um le generovaného signálu nebo v terénních podmínkách pomocí speciálního robotického za ízení p i využití m eného GPS signálu. Metodu polních absolutních kalibrací GNSS antén vyvinul n mecký podnik Geo++® Garbsen GmbH ve spolupráci s Institutem m ení Zem (IfE) University v Hannoveru [16]. Anténa je prom ována v r zných polohách, p i emž její p esné nastavení v prostoru zajiš uje robot (Obr. 26). Výsledkem kalibrace jsou absolutní 3D excentricity fázových center a kompletní mapy jejich prostorových variací (Obr. 27) [16]. P esnost ur ení variací FC se pohybuje na úrovni 0,2 - 0,3 mm.

Obr. 26 - Robot pro polní absolutní kalibrace GNSS antén [16]

P i použití technologie GNSS k p esným praktickým aplikacím, zejména v oblasti inženýrské geodézie nebo pro geodynamické studie, je t eba GPS antény d sledn kalibrovat. Hodnoty st edních excentricit fázových center GPS antén i stejného typu mohou dosahovat v horizontální složce až n kolika mm, ve vertikální složce i více než 10 mm (u r zného typu antén ve vertikální složce až n kolik centimetr !!). Nep esnosti zp sobené zanedbáním variací poloh fázových center v závislosti na sm ru p icházejícího signálu mohou také dosahovat až n kolika centimetr ve výškové složce, horizontální poloha je ovlivn na mén (p íklad viz. Obr. 27). P i požadovaných p esnostech výsledk m ení lepších než 5 mm je bezpodmíne n nutné antény kalibrovat. P esnost jednodenního ešení kalibrace se pohybuje okolo 1 mm a vyhovuje i pro p esn jší požadavky geodetické praxe. Hodnoty zjišt né kalibracemi GNSS antén se sestavují do soubor speciálního formátu (NGS, ANTEX – viz. kapitola 10) obsahujících složky 3D vektoru st edních fázových center a tabulku eleva n (p ípadn i azimutáln ) závislých korekcí, ato odd len pro ob frekvence L1, L2. P i výpo tu se pak sou tová oprava p ipojuje k vzdálenosti p ijíma – družice.

- 39 (140) -


Obr. 27 - Variace FC antény LEIAT502 (Geo++® Garbsen GmbH)

- 40 (140) -


6

Sou adnicové systémy

Prostorové sou adnicové systémy užívané v GNSS (a tedy i GPS) mají tyto spole né charakteristiky (Obr. 28): • jsou geocentrické, tzn. jejich po átek se nachází v t žišti Zem . • osa Z je totožná s osou rotace Zem a sm uje na sever. • osa X leží v pr se nici rovin rovníku a základního poledníku. • osa Y je kolmá na ob p edchozí osy a dopl uje soustavu na pravoto ivý

systém. Obr. 28 - Geocentrický 3D sou adnicový systém

Polohu bodu lze vyjád it • •pravoúhlými sou adnicemi (X, Y, Z) nebo • •lokálními topocentrickými sou adnicemi (N, E, U) nebo • •zem pisnými sou adnicemi (j, l, h). kde je (geodetická) zem pisná ší ka, je (geodetická) zem pisná délka a h je elipsoidická výška, m ená po normále k ploše elipsoidu (Obr. 29). Vztahy mezi t mito sou adnicemi jsou X = ( N + h ) cos ϕ cos λ , Y = ( N + h ) cos ϕ sin λ ,

[(

)

]

Z = 1 − e 2 N + h sin ϕ

,

kde

N=

a 1 − e sin 2 ϕ 2

je p í ným polom rem k ivosti plochy elipsoidu v daném bod . Hodnoty a a e jsou parametry použitého elipsoidu.

- 41 (140) -


Obr. 29 - Elipsoidická výška h a sou adnice Z

Rozdíly mezi sou adnicovými systémy jsou následující: • použitý elipsoid a) WGS 84, b) GRS 80, - rozdíly jsou malé (0,1 mm v poloose b). • soubor referen ních bod a) body jsou rozmíst ny po celé Zemi (nap . ITRS, WGS 84), b) body jsou rozmíst ny jen v jednom regionu (nap . ETRS 89).

WGS-84 (World Geodetic System) - sou adnicový systém ve kterém pracuje systém GPS. Užívá stejnojmenný elipsoid WGS 84. Referen ními body jsou ídící a monitorovací stanice ídícího segmentu systému GPS rozmíst né po velké ásti povrchu Zem . Poznámka: Tento systém je jedním, ze závazných systému dle „Na ízení vlády R . 430/2006 Sb. kterým se stanoví geodetické referen ní systémy, státní mapová díla závazná na celém území státu a zásady jejich používání“.

ITRS (International Terrestrial Reference System) - celosv tový prostorový sou adnicový systém, je realizován sou adnicemi stabilizovaných bod na celém zemském povrchu. Vzájemný pohyb tektonických desek je ešen opakovanými realizacemi (rámci) ITRF 97, ITRF 2000, ITRF 2005,… íslice udává rok ke kterému byly vztaženy sou adnice referen ních bod . Používá elipsoid GRS 80. Krom sou adnic jsou ur eny i jejich asové zm ny (rychlosti). ETRS 89 (European Terrestrial Reference System) - evropský prostorový souadnicový systém. Užívá elipsoid GRS 80, referen ní body se nacházejí pouze na evropském kontinent a proto se zde neprojevuje kontinentální drift. Vznikl zakonzervováním sou adnic evropských stanic systému ITRS89 v epoše 1989.0 .

- 42 (140) -


Poznámka: Tento systém je jedním, ze závazných systému dle „Na ízení vlády R . 430/2006 Sb. kterým se stanoví geodetické referen ní systémy, státní mapová díla závazná na celém území státu a zásady jejich používání“. Systémy WGS84 a ITRS (ITRFyy) lze považovat za identické na úrovni p esnosti cca 1 m. Pro p esn jší práce není možné je vzájemn zam ovat. Na Obr. 30 jsou znázorn ny výsledky kontinuálního m ení polohy bodu TUBO vyjádené ve dvou sou adnicových systémech - ITRS a ETRS 89 .

. 30 - TUBO – asový vývoj polohy v ITRS a ETRS 89

Obr

Na Obr. 31 je znázorn n vývoj ITRS polohy permanentních GNSS stanic na území Evropy. Pr m rná rychlost horizontálního pohybu je p ibližn 3 cm / rok , severovýchodním sm rem. Pokud použijeme metodu autonomního ur ování polohy (bez referen ní stanice) budou výsledky vypo teny v systému ITRS (resp. v jeho realizaci ITRFyy, která byla použita pro ur ení poloh družic). Pokud se nejedná o zpracování postupem PPP (Precise Point Positioning), lze je zam nit za sou adnice WGS 84. Tyto výsledky lze dále transformovat do libovolného jiného systému - prostorového i rovinného. P i rozdílové (relativní) metod ur ování sou adnic jsou výsledky ve stejném sou adnicovém systému v jakém byly zadány sou adnice referen ního bodu. U nás se vesm s pracuje se systémem ETRS 89 . Pro zpracování b žné p esnosti je t eba znát polohu referen ního bodu s p esností lepší než 1 m.

- 43 (140) -


Obr. 31 - Vývoj polohy evropských GNSS stanic v ITRS

Systém GPS nem že p ímo pracovat v rovinném sou adnicovém systému. ešené úlohy jsou totiž svou podstatou trojrozm rné. N které aparatury umož ují zobrazovat výsledky i ve vybraném rovinném sou adnicovém systému. V tom p ípad využívají p evodu pomocí zobrazovacích rovnic nebo n kterého typu transformace. Metodu p evodu výsledk do rovinného systému je nutné volit uvážliv , aby nedošlo ke snížení jejich p esnosti. Zvláštním problémem je ur ení vztahu mezi elipsoidickými výškami (výsledek výpo tu GPS vektor ) a nadmo skými (ortometrickými i normálními) výškami používanými v geodetické praxi. Elipsoidické výšky ur ené z m ení GNSS nelze zam ovat s výškami nadmo skými. Hlavní vliv na rozdílnost hodnot obou typ výšek má použitá referen ní plocha – plocha nulové výšky – a jejich odlišná definice. Výšky elipsoidické používají plochu daného elipsoidu a jsou m eny po normále, výšky nadmo ské používají plochu geoidu i kvazigeoidu a jsou m eny po tížnici. Pro p epo et elipsoidických výšek h na výšky normální H je nutné znát vzdálenost (odlehlost) plochy kvazigeoidu od elipsoidu . Platí jednoduchý vztah

H = h −ς Hodnota se m ní s místem a její pr b h je na našem území znám s p esností lepší než 10 cm. Obr. 32 znázor uje zm ny odlehlosti kvazigeoidu a elipsoidu ( ešení VÚGTK 2000).

- 44 (140) -


Obr. 32 - Kvazigeoid VÚGTK 2000 (interval vrstevnic 0,2 m)

- 45 (140) -

Metodika GPS m ení

7

Praktické m ení s aparaturami GPS

7.1

P íprava k m ení

Cílem p ípravy m ení GPS je vybrat optimální observa ní podmínky pro zvolenou m ickou metodu. P íprava má minimalizovat asové ztráty a náklady na p epravu m ických skupin mezi jednotlivými body. P ed m ením je t eba sestavit plán obsazení jednotlivých bod , zvolit za átky a délky jednotlivých interval observace (seancí). Obecn platí, že doba observace je závislá na délce m eného vektoru a na po tu pozorovaných družic. Doba observace (session - seance) je závislá na následujících faktorech: a) na geometrii družic a na zm n geometrie b hem m ení, b) na po tu pozorovaných družic, c) na délce vektoru, d) na stupni ionosférických poruch , e) na množství p ekážek v okolí p ijíma e. Z viditelných družic je vhodné vybrat takové, které mají dobrou geometrii po celou dobu m ení daného vektoru. Minimální po et pozorovaných družic je ur en typem úlohy, který se má ešit. P i trojrozm rném ešení (ur ují se souadnicové rozdíly konc základny dx, dy, dz) je t eba pozorovat minimáln ty i družice. P i délce vektor do 10 až 15 km asto posta í m ení uskute nit pouze na frekvenci L1. P i delších vektorech je vhodné p ijímat signál na obou frekvencích (L1 a L2). P i ur ování více bod zabere zna nou dobu as pot ebný pro p emíst ní p ijíma . Je proto t eba v novat pozornost p íprav (plánování) a koordinaci p esun . Plánování se uskute uje na osobním po íta i speciálním firemním programem. Program umož uje pro daný bod, datum, pro vyzna ené p ekážky v okolí bodu, pro úhel výškové masky a zvolený asový interval vypo ítat polohy všech viditelných družic a tyto graficky znázornit. Konfigurace rozložení družic v okamžiku m ení ovliv uje p esnost ur ení polohy. Relativním pohybem družic vzhledem k antén p ijíma e se konfigurace družic neustále m ní. Výrazné zm ny nastávají p i p echodu družic kritickou výškou, kdy družice vstupuje (vystupuje) ze souboru sledovaných družic. Kritickou výšku ur uje tzv. maska výškového úhlu (Elevation Mask - výškový filtr). Volí se zpravidla v intervalu 10o až 20o. Numerickou charakteristikou kvality konfigurace družic jsou tzv. faktory snížení p esnosti (Dilution of Precision - DOP). Pomocí faktoru DOP lze definovat p esnost ur ení neznámých parametr p ed m ením. K výpo tu DOP se využívají p ibližné sou adnice stanovišt (s km p esností) a p ibližné sou adnice všech družic. Konfigurace družic s menší hodnotou DOP vede k p esn jším výsledk m. Existuje n kolik druh DOP:

- 47 (140) -


• PDOP charakterizuje p esnost v ur ení prostorové polohy bodu (je nep ímo úm rný objemu tyrst nu, který je tvo en topocentrickými vektory družic (obr.24) , • HDOP ur uje p esnost horizontální polohy, • VDOP ur uje p esnost vertikální polohy • TDOP ur uje p esnost korekce hodin p ijíma e, • GDOP charakterizuje p esnost kombinace ur ení polohy a korekce hodin, Pro m ení se vybírají asové intervaly, ve kterých je dostate ný po et družic s p íznivou hodnotou PDOP (< 8) . Délka pozorování je odvislá na po tu viditelných družic a na délce vektoru. Pro snížení vlivu ionosférické refrakce by bylo vhodné observovat v noci, kdy je pr b h ionosférických efekt klidn jší. Z praktického hlediska se ovšem m í v tšinou b hem dne.

Rekognoskace bod : P edb žnou volbu bod , která byla vypracována na vhodné map , se doporu uje pro statické m ení ov it v terénu. P i rekognoskaci bod se zjiš uje nejenom p ístup k navrženým bod m, ale hlavn se posuzuje vhodnost bodu s ohledem na p ekážky ležící nad výškovou maskou. Tyto p ekážky mohou znemožnit m ení a pro posouzení je proto t eba zam it azimuty a výškové úhly p ekážek a tyto zanést do plánu m ení. Z polárních drah družic a vynesených p ekážek lze posoudit a up esnit volbu družic, které budou použity v dané seanci. P i rekognoskaci je t eba také posoudit, zda v okolí bodu nem že nastat odraz družicového signálu (kovové konstrukce, budovy). Rekognoskace je d ležitá p i volb referen ního bodu p i kinematickém m ení. Referen ní bod musí být v tomto p ípad vždy zvolen tak, aby m l zaru en volný obzor pro zvolenou masku eleva ního úhlu.

7.2

M ení s p ijíma em GNSS

Po p íchodu na místo m ení je t eba vykonat n kolik nezbytných úkon : • centrace GNSS antény nad stabiliza ní zna kou m eného bodu, • zapojení kabelového propojení mezi anténou a p ijíma em, • p ipojení zdroje elektrického proudu, • zm ení a zaznamenání výšky ARP antény nad stabiliza ní zna kou (viz. Obr. 33), •

ádné vypln ní polního záznamu o m ení v etn specifikace typu p ijíma e a antény, schématického nákresu m ení výšky antény, údaj o p ípadném áste ném zakrytí obzoru (sta í až v pr b hu m ení).

Anténa m že být umíst na na pilí i i stativu (statické aplikace), nebo na speciální výty ce (kinematické aplikace).

- 48 (140) -

Metodika GPS m ení

Obr. 33 – M ení výšky antény Leica

P ed spušt ním vlastního m ení s p ijíma em GPS je nutno nejd íve zavést parametry m ení. Tyto je možno nastavit p edem nebo je zadat t sn p ed m ením. Po zapnutí p ijíma e (POWER , ON) je možno zvolit následující zp soby m ení: • statické, • kinematické. Statické zp soby m ení umož ují spušt ní p ijíma e : 1) uživatelem (tzv.rychlé spušt ní) , nebo 2) v režimu automatického asového m ení. V tomto druhém p ípad lze p ijíma spustit ve stanovený den a zvolený asový okamžik, nebo ve stanovený as každý den. V režimu automatického asového m ení lze p ijíma uvést do tzv."klidového" nebo "bd lého"stavu. V klidovém stavu je p ijíma zapojen na nízké úrovni napájení proudem. Tento stav je indikován p erušovaným erveným sv tlem indikátoru SLEEP. N kolik minut p ed plánovaným za átkem m ení se p ijíma zapne na plný proud a vykoná v daném asovém úseku m ení. Po skon ení m ení p ejde p ijíma b hem 30 sekund do klidového stavu a sou asn na panelu zobrazí údaj následujícího plánovaného m ení. P i zavád ní parametr m ení se zadává úhel výškové masky (standardní hodnota 15o), minimum vhodných družic pro dané ešení a dále interval záznamu dat (standardní hodnota je 15 s ). P ed zahájením polních prací je výhodné uložit do pam ti p ijíma e plán m ení. V tomto plánu lze naplánovat 26 stanoviš a celkem 48 relací. Plánování lze realizovat bu z panelu p ijíma e (stejn jako se zahajuje m ení), nebo pomocí po íta e s využitím speciálního programu 4000. Pokud m ení nebylo naplánováno, pak po zapnutí p ijíma e (POWER,ON) a stisknutí klávesy SESSION se objeví tabulka, kde se zadá identifikátor a název stanovišt (26 stanoviš je k dispozici). Zde lze bu zadat p ibližné sou adnice stanovišt (B,L a výška) , nebo lze zvolit automatický výpo et. Po zavedení plánu m ení lze p istoupit k vlastnímu m ení, které za íná stisknutím klávesy POWER. V seznamu stanoviš nalezneme pomocí kláves NEXT(PREV) STATION - p íští (p edcházející) stanovišt p íslušnou volbu

- 49 (140) -


relace a spustíme m ení (SURVEY). Na displeji se objeví vždy p vodní nabídka, v které lze nastavit výšku antény (lze uvést i sériové íslo antény), zde lze p ejmenovat název souboru, nebo ukon it m ení.

P enos údaj mezi p ijíma em a po íta em : Nam ené údaje jsou v pam ti p ijíma e ve zhušt ném formátu. Po ukon ení m ení se nam ená data archivují na vhodných pam ových médiích (obvykle na pružných discích). P i p enosu se zhušt ný formát transformuje do všeobecného binárního zápisu po íta e PC nebo do alfanumerického (ASCII) formátu. P i p episu se kontroluje konsistence a bezchybnost záznamu. P i p ehrávání dat z p ijíma e do po íta e se vytvo í ur ité typy vstupních soubor , které jsou od sebe odlišeny p íponou :*.DAT(data file), *.EPH(ephemeris file), *.ION(iono file), *.MES(message file), atd. Jedná se o m ené hodnoty pseudovzdáleností a fází, soubor efemerid, informace o ionosfé e a informace o pr b hu m ení a stanovišti. Toto jsou vstupní soubory, které se využívají p i vlastním zpracování.

7.3

LEICA GPS System 200, 300

7.3.1

Družicová aparatura WILD System 200

WILD GPS - System 200 je výrobkem renomované firmy Leica AG, Heerbrugg, Švýcarsko. Systém se skládá z p íslušného p ístrojového a programového vybavení, které obvykle tvo í: 1. GPS Sensor WILD SR299 - spole ná anténa a p ijíma (dále bude ozna ován jako senzor). 2. GPS Controller WILD CR233 - ídící a registra ní jednotka na bázi malého polního po íta e a záznamníku dat (dále bude ozna ován jako kontroler). 3. Baterie, p enosové kabely a centra ní souprava (stojan s trojnožkou a spojovacím trnem nebo výty ka se spojovacím trnem). 4. Static Kinematic Software - programový systém pro následné zpracování GPS dat, instalovaný na po íta i typu PC (dále bude ozna ován firemní zkratkou SKI). Uvedený systém umož uje p ijímat a zpracovávat družicové signály na obou frekvencích L1 a L2 až z devíti družic sou asn . Jedná se tedy o devítikanálovou dvoufrekven ní GPS aparaturu umož ující zpracovávat jak kódová, tak i fázová m ení a je tedy vhodnou aparaturou i pro velmi p esné geodetické aplikace. Systém se automaticky p epíná z P-kódu na Y-kód (squaring). Výhodou systému v dob jeho zavedení do praxe byla malé rozm ry i hmotnost senzoru a kontroleru v porovnání s p ístroji obdobné p esnosti od jiných firem, snadná obsluha p ístroje a uživatelsky p íjemný software SKI.

- 50 (140) -

Metodika GPS m ení

V dalším budou postupn popsány jednotlivé prvky systému a jejich funkce. Z praktických d vod budou v dalších ástech podrobn ji probírány jen základní funkce obsluhy a zpracování se zam ením p evážn na geodetické aplikace. Menší pozornost bude v nována naviga ním metodám GPS a diferen ním (DGPS) metodám. 7.3.1.1 GPS Sensor WILD SR299 Senzor je kompaktní devítikanálový dvoufrekven ní p ijíma , který sestává z vysokofrekven ní antény a vlastního p ijíma e. Jeho hmotnost je 2,3 kg a upev uje se prost ednictvím standardního trnu firmy WILD (Leica) bu do trojnožky nebo na výty ku. Prost ednictvím trojnožky s trnem je možno senzor p ipevnit ke stojanu nebo na observa ní pilí . Výty ka se nej ast ji používá pro p enášení senzoru p i metod Stop and Go. Senzor se na trn p ipev uje prost ednictvím p íchytné matice s pojistkou, která umož uje p i velmi p esných pracích pooto it senzor a tím orientovat anténu do zvoleného sm ru (obvykle oritentace na sever) a tento sm r zajistit. Vlastní senzor není opat en žádnou libelou pro jeho urovnání do vodorovné polohy. Urovnání i centrace senzoru jsou realizovány prost ednictvím trojnožky, která musí být opat ena krabicovou libelou a pro centraci nad bodem též bývá vybavena optickou centrací. P i použití výty ky pro p ipevn ní senzoru je nutno tuto opat it rovn ž libelou.

Orientace senzoru (antény): P i p esných pracích je nutné nasm rování antén všech spole n používaných p ístroj GPS stejným sm rem. D vodem je snaha po snížení nebo odstran ní p ípadných excentricit fázových center. Zvoleným sm rem bývá obvykle sm r k severu a na senzoru je pro tento ú el vyzna ena na jeho obvodu svislá sv tlá ryska. K nato ení senzoru severním sm rem je vhodné použít p íru ní busolu, která nebývá sou ástí firmou dodávaného vybavení.

Konektory: Senzor má ve spodní ásti dva konektory pro p ipojení spojovacích kabel ke kontroleru, p ípadn baterii. Firma ešila vzájemné propojení baterie, senzoru a kontroleru velmi ú eln . Kontroler CR233 je také vybaven dv ma konektory stejného typu a je proto lhostejno, zda baterii p ipojíme ke kontroleru nebo k senzoru. Spojovací kabel mezi senzorem a kontrolerem totiž p enáší nejen nam ená data, ale i elektrický proud do na baterii nep ipojeného za ízení.Výhodou takového propojení je vždy jeden volný konektor, který m že sloužit pro p ipojení další baterie v okamžiku, kdy je nutno první baterii vym nit. P i vým n baterií tak nedojde k p erušení m ení v d sledku nutnosti odpojení aparatury od zdroje energie. Na zvláštní žádost dodává firma senzor dopln ný o další výstup (konektor) pro výstup p esných asových signál . Senzor je možno o tento výstup dodate n doplnit, ale již montáží p ímo u výrobce ve Švýcarsku. Na permanentních referen ních stanicích je možno senzor p ipojit p ímo na po íta PC, který nahradí v takovém p ípad kontroler. Po íta však musí být vybaven speciálním programem SPCS (Sensor PC-Control Software).

Baterie: Napájení senzoru a kontroleru se d je sou asn z jednoho zdroje elektrické energie. Tímto zdrojem bývá nej ast ji 12 V baterie. Firma dodává dva typy - 51 (140) -


baterií. Baterie s firemním ozna ením WILD GEB71 je 12V-7Ah Ni-Cd baterie, která vydrží napájet kontroler se senzorem asi 6 hod nep etržitého provozu p i b žné teplot (20oC). Úpln vybitá baterie se pomocí 220V nabíje ky (nap . GKL14) nabije za 14 hod. Další baterií m že být baterie s firemním ozna ením ozna ením WILD GEB70. Je to 12V-2Ah malá baterie, která vydrží napájet kontroler se senzorem asi 1,5 hod jejich provozu. Je vhodná pro krátké m ící periody s astým p enášením aparatury. Do kontroleru m že být rovn ž vložena malá vnit ní baterie, která je však schopna napájet pouze samostatný kontroler. Používá se p i p íprav kontroleru pro m ení, p i p enosu dat z kontroleru do po íta e apod. Vydrží napájet kontroler asi 1 hod. Pro referen ní stanice, kde se m í mnoho hodin je výhodné použít k napájení aparatury 12V autobaterii. Doba provozu autobaterie je dána její kapacitou. Spole ná spot eba kontroleru a senzoru je asi 12W (senzor 9W, kontroler 3W). Pro p ipojení autobaterie na kontroler nebo senzor je nutné použít speciální kabel. Na bodech s permanentním nebo velmi asto opakovaným m ením je výhodné zajistit napájení aparatury ze sít . Nutné je však transformovat proud na stejnosm rný o nap tí požadovaných 12V. Pro p ípad výpadku elektrického proudu m že sloužit záložní autobaterie sou asn p ipojená k aparatu e. P i použití po íta e místo kontroleru (program SPCS) je nutno napájet senzor i po íta samostatn .

Spojení senzoru s kontrolerem: Komunikace mezi senzorem a kontrolerem se d je pomocí kabelu, jehož standardní délka je 1,8m nebo 2,8m. Podle situace na bod se p ipojí delším kabelem kontroler i senzor a kratším baterie (nebo naopak). P i m ení se tedy používají kabely dva. Firma dodává pro p enos dat i kabely delší (prodlužovací) o délkách 10m a 30m. Maximáln lze mezi senzorem a kontrolerem p enášet data do vzdálenosti 150m propojením více 30m prodlužovacích kabel . Na v tší vzdálenost než 10m však nelze použít tyto kabely pro napájení, pouze pro p enos dat. U kabelu délky 10m musíme v p ípad jeho využití i pro napájení senzoru a kontroleru po ítat se ztrátami nap tí. Z výše uvedeného d vodu je nutno p i v tších délkách mezi kontrolerem a senzorem napájet každé z t chto za ízení samostatn . P ípady, kdy je možno napájet za ízení až na 30m jsou uvedeny v manuálu. Speciální kabel pro p ipojení na autobaterii je dlouhý 4m.

M ení výšky senzoru. P i m ení se senzor nej ast ji centruje nad zvolený bod pomocí stojanu s trojnožkou a centra ním trnem. Druhou možností je senzor p ipevnit pomocí obdobného trnu p ímo na výty ku. Tohoto zp sobu se využívá zejména u metody m ení ozna ované jako Stop and Go. V obou p ípadech je nutno stanovit výšku st edu antény (tzv fázového centra antény) nad p íslušným bodem. Protože vlastní fázové centrum p ijímací antény je uvnit p ístroje a pro p ímé m ení je prakticky nep ístupné, nebo je definováno pouze elektronicky, je nutno rozd lit výšku antény (uvedeného fázového centra) na dv ásti. První ást tvo í vzdálenost (výška) fázového centra od n jakého místa na senzoru i centra ním trnu (udává ji výrobce) a druhou ást výška tohoto místa nad vlastním zam ovaným bodem (m í ji uživatel). První výšce se íká anténní odlehlost ( Antenna offset ). Druhou ást obvykle v geodézii ozna ujeme jako výška p ístroje a m í se b žným zp sobem. Výsledná výška senzoru (antény) se získá sou tem první i druhé ásti ( Antenna offset + Height reading ). Ob tyto výšky se samostatn nastavují na kontroleru, proto je není nutno p i m ení se ítat.

- 52 (140) -

Metodika GPS m ení

P i výpo tu se již bere v úvahu automaticky jejich sou et jako výška senzoru. Sou asn s ob ma výškami se vkládá do kontroleru i íslo (ozna ení) bodu. GPS aparatara umož uje rovn ž vkládat do p ístroje (kontroleru) p ípadnou polohovou a výškovou excentricitu senzoru v i zam ovanému bodu, atributy bodu a n ktré další údaje vztahující se k zam ovanému bodu. Podrobn ji budou tyto možnosti uvedeny p i popisu funkce kontroleru. Detailn ji se problematikou kalibrace antén a ur ení anténních offset se zabývá kapitola 5.1. 7.3.1.2 GPS Controller WILD CR233 Kontroler je p ístroj na bázi malého p íru ního po íta e, který tvo í komunika ní rozhraní mezi uživatelem a GPS senzorem. Uživateli umož uje nastavovat požadovaný typ a parametry zvoleného m ického procesu, kontrolovat pr b h m ení, dopl ovat nam ená data o další údaje ( ísla bod , výšky antén apod.), ukládat je do pam ti a zajistit jejich pozd jší p enos do programového vybavení po íta e (nap . program SKI) k dalšímu zpracování. V pr b hu m ení zobrazuje kontroler n které parametry z družic p ijímaných informací a zpracovává je k p ímému využití, nap . pro navigaci. V geodetických aplikacích se ast ji používají metody založené na následném zpracování nam ených dat (tzv. postprocessing). Firma Leica vyrábí rovn ž kontroler s firemním ozna ením WILD CR244, který je nutno používat p i diferen ních metodách (DGPS). Kontroler CR244 je vybaven dalším vstupem (konektorem) pro p íjem signál vysílaných z referen ní stanice.

Vybrané termíny související s obsluhou kontroleru: Project - (projekt) : tento termín slouží k identifikaci jednotlivých zakázek, to jest prací p i kterých zam ované body tvo í obvykle ucelenou skupinu v rámci které budou zpracovávány. asto se používá ozna ení podle p íslušné lokality (nap . BRNO ) nebo ú elu m ení (DOPNUL - dopln ní sít nultého ádu) i ozna ení projektu p ímo íslem zakázky (nap . A00025). Po et znak pro ozna ení projektu je maximáln 6 a proto se doporu uje si zvolit n jaký vhodný, pokud možno snadno zapamatovatelný systém jejich ozna ování. Mission - (mód m ení) - tímto termínem je popsáno nastavení (konfigurace) kontroleru na požadovanou metodu m ení, v etn parametr , které definují jak p i zvolené metod mají být registrována družicová data a jaké mají být nastaveny další parametry. Každý mód m že být uložen do konfigura ního souboru (Mission configuration file) a p i opakovaných pracích se stejným módem, m že být rychle použit bez znovunastavování p íslušných parametr . Pro ozna ení jména módu (Mission name) je k dispozici 25 znak a dále je každý mód ozna en ješt šestiznakovou zkratkou (Code). Maximáln m že být do kontroleru vloženo asi 40 mód , což je limitováno velikostí pam ti vyhrazené v kontroleru této oblasti. Jméno, kterým je mód ozna ován je vhodné volit tak, aby v n m uživatel rychle a bezpe n identifikoval hlavní prvky nastavení. Vedle charakteristických pojm vázaných nap . na lokalitu m ení i významný projekt, se m že použít i jméno pracovníka, který mód konfiguroval, datum konfigurace nebo jiné zvolené zp soby srozumitelné v tšin uživatel GPS p íslušné aparatury (nap . „Navigacni test 94“, „Vitasek Bohdalov 95-15sec“, „Geodynamika 30sec“ apod.). - 53 (140) -


Operation type - (metoda m ení) . .Aparatura GPS firmy Leica System 200 umož uje pracovat v p ti hlavních metodách m ení z nichž ty i jsou ozna ovány jako metody geodetické (Survey) a jedna jako metoda naviga ní (Navigation). Epoch - (epocha). as nebo soubor údaj zaregistrovaných aparaturou GPS ze všech p ijímaných družic ve zvoleném okamžiku (v dané sekund m ení – ve zvolené epoše). Rate - (interval záznamu dat). Doba, která se nastavuje pro záznam dat dvou po sob následujících epoch (1s, 2s, 3s, 4s, 5s, 6s,10s, 12s, 15s, 20s, 30s a 60s). Static survey - (statická metoda) .P i této metod se m í dv ma aparaturami GPS na dvou bodech sou asn po delší dobu. Aparatury se b hem m ení nep emís ují. Metoda je vhodná pro p esné práce i na velké vzdálenosti mezi body (desítky i stovky km). Doba m ení je obvykle od n kolika desítek minut i hodin až po n kolik dní. Metoda má další modifikace v podob tzv. Rapid static survey - (rychlé statické metody) u které je jedna aparatura GPS umíst na po dobu m ení na jednom míst (tzv. referen ní stanice nebo základna – reference, base) a druhá aparatura (tzv. pohyblivá stanice – rover) se pohybuje po zam ovaných bodech s tím, že na každém bod se znovu spustí a m í se zvolenou nebo nutnou dobu, která obvykle nep esáhne n kolik desítek minut. Tato metoda se používá pro menší vzdálenosti ádov do 10 - 20 km. Jako Reoccupation surveys – takto byla ozna ována statická metoda, p i které je n který ur ovaný bod zam en opakovan a následn p i zpracování programem SKI bylo možno data z t chto m ení kombinovat. Stop and Go survey - (metoda stop and go). P i této metod je možno zam it velké množství bod , které nejsou od sebe p íliš vzdáleny a mezi nimiž není mnoho p ekážek, které by znesnad ovaly p íjem družicových signál . Jedna aparatura GPS je trvale umíst na na jednom bod (referen ní stanice) a druhá po n kolikaminutové inicializaci se postupn p enáší z bodu na bod tak, aby nedošlo k p erušení p íjmu signál z družic (minimáln je nutno po celou dobu m ení i p esunu aparatury p ijímat signály ze 4 družic). Na každém zam ovaném bod pak sta í observovat (registrovat data) jen n kolik epoch (minimáln 2 epochy, obvykle 3 až 4 epochy), tj. n kolik sekund, výjime n desítek sekund. V p ípad p erušení signálu je nutno obnovit inicializaci. Metoda je vhodná pro vzdálenosti od referen ní stanice do n kolika kilometr . Kinematic survey - (kinematická metoda). Metoda se používá p i jedné pevné GPS aparatu e a druhé, která se pohybuje (na vozidle, na lodi, na letounu apod). Polohy ur ovaných bod jsou m eny k pevn stanovenému asovému intervalu nap ., každých 10sec. P i p esných aplikacích této metody je nutno u pohyblivé stanice nejprve v klidu provést inicializaci po dobu nezbytnou k vy ešení ambiguit. Kinematic on-the-fly survey - (kinematická metoda za letu). Metoda je obdobou p edcházející metod kinematické, snaží se ešit ambiguity za pohybu bez p edcházející inicializace. Navigation - (metoda naviga ní) . Metoda používá pouze jednu aparaturu GPS u níž kontroler vypo ítává okamžit polohu bodu na kterém se aparatura nachází. P esnost této metody je asi 100 m p i zapnutém SA, a n kolik metr p i

- 54 (140) -

Metodika GPS m ení

vypnutém SA (od kv tna 2000). P esnost lze zvýšit použitím diferen ních metod (DGPS). Každý mód m ení je v kontroleru ozna en zkratkou ze t í písmen:

STS - Static Survey, SGS - Stop and Go Survey, KIS - Kinematic Survey, NAV - Navigation Survey, KOF - Kinematic On the Fly Survey. Popis kontroleru : Kontroler je malý po íta , založený na mikroprocesoru 80386SX s koprocesorem. Hmotnost kontroleru je 1.0 kg. Kontroler pracuje v teplotním rozsahu 20˚C až + 50˚C až do 100% vlhkosti. Hlavní funcí kontroleru je komunikace se senzorem, registrace nam ených dat a jejich pozd jší p enos do po íta e s programem SKI. Kontroler samoz ejm umož uje nastavení p íslušného módu m ení. Nam ená data mohou být ukládána do vestav né vnit ní pam ti ( 1MB ) nebo na pam ovou kartu vkládanou do kontroleru. Kapacita karty m že být 512kB, 1MB nebo 2MB. Kontroler m že být nastaven na automatické nebo manuální spušt ní m ení s p ípadným nastavením asu jeho zahájení a konce. Kontroler WILD CR233 tvo í: • LCD displej 8 x 40 znak s možností jeho osv tlení, • alfanumerická klávesnice s dalšími funk ními klávesami obdobných funkcí jako u klávesnice osobního po íta e, • dva shodné konektory pro p ipojení senzoru a baterie. Konektory slouží rovn ž k propojení konektoru p enosovým kabelem s po íta em, kterým p enášíme nam ená data z vnit ní pam ti kontroleru do programu SKI v po íta i. Používáme-li pam ovou kartu je možno k p enosu dat do po íta e použít vlastní kontroler a p enosový kabel nebo p enos do po íta e uskute nit prost ednictvím samostatné te ky karet. Za další sou ásti kontroleru m žeme považovat: • vnit ní pam ový modul nebo pam ovou kartu, • vnit ní baterii. Pokud má kontroler vnit ní pam , nemusí být používány pam ové karty. Dojde-li p i m ení k napln ní pam ti, kontroler automaticky ukon í další nahrávání dat. Množství zaznamenávaných dat je závislé na po tu p ijímaných družic a intervalu jejich záznamu. Do 1MB pam ti se vejdou p i záznamu s 30sec intervalem data z více než 30 hod kontinuálního m ení. Firma uvádí následující doby záznamu pro 512kB pam ovou kartu p i r zném intrvalu záznamu a r zném po tu družic - viz následující tabulka . 9.

- 55 (140) -


Tabulka 9 Kapacita 1MB pam ti kontroleru WILD CR233 Interval záznamu

Po et družic

[ sec ]

4

5

6

9

1

43 min

36 min

30 min

20 min

15

10 hod

9 hod

7 hod

5 hod

30

21 hod

18 hod

15 hod

10 hod

60

43 hod

36 hod

31 hod

21 hod

Pam ová karta 1MB (1024kB) má kapacitu dvojnásobnou a karta 2MB (2048kB) ty násobnou než je uvedeno v tabulce . 9. Displej kontroleru: Displej kontroleru je malá obrazovka o 8 ádcích, každý se 40 znaky –. T i z uvedených osmi ádk mají standardní význam: 1. ádek - Title line (titulkový ádek) uvádí íslo a název p íslušného panelu. Panelem budeme rozum t displej, který se nachází v ur ité fázi nastavení kontroleru. Každý panel má své íslo a název. Mimo íslo a název bývají v titulkovém ádku na n kterých panelech uvád ny i další informace, nap . název projektu, název použitého módu m ení, kapacita volné pam ti apod. 7. ádek - Message line ( ádek pro zprávy). Na tomto ádku bývá uživatel informován o d ležitých stavech kontroleru. Zprávy mívají trojí charakter: informa ní, varovný a chybový. P i bezproblémovém provozu kontroleru a senzoru by se nem ly zprávy varovné a chybové objevovat. V tšinou je sedmý ádek beze zpráv. 8. ádek - tento ádek je rozd len na 6 stejných ástí (oken), kterým odpovídá 6 funk ních kláves F1 až F6 umíst ných na klávesnici kontroleru t sn pod displejem. V jednotlivých oknech se objevují zkratky p íkaz , které se provedou po zmá knutí funk ní klávesy p íslušející odpovídajícímu oknu. Tímto zp sobem je prost ednictvím funk ních kláves ízena komunikace uživatele s kontrolerem a senzorem. Uživatel je vlastn navád n složitou strukturou kontroleru pomocí nabídky v tomto ádku a nehrozí tudíž nebezpe í chybného nebo nevhodného rozhodnutí. Uvedený zp sob komunikace je velkou výhodou tohoto systému, nebo si uživatel nemusí pamatovat všechny postupy, ale jen hlavní význam jednotlivých zkratek. 2. až 6. ádek - t chto 5 ádk má rozmanitou podobu podle toho v které fázi se kontroler nachází (který panel je zapnut). Na ádcích bývá zobrazen hlavní text p íslušející k danému panelu. Na n kterých panelech jsou uživateli nabízeny pomocí menu další možnosti p echodu mezi panely. Na ádcích jsou rovn ž okna do kterých je možno (nebo nutno) uživatelem dopl ovat pat i ná data jako íslo bodu, výšku p ístroje, anténní odlehlost, atributy bod , poznámky k bod m, sou adnice stanoviska a mnohé další. V n kterých oknech jsou již vari- 56 (140) -

Metodika GPS m ení

anty výb ru p edem definovány a uživatel je p epínáním nastaví. K pohybu po oknech panelu a p i jejich nastavování se používají šipky na klávesnici kontroleru. Klávesnice kontroleru: Klávesnice kontroleru je tém shodná s klávesnici po íta e PC s tím rozdílem, že klávesy jsou odlišn uspo ádány a v n kterých p ípadech zkrácen jejich název na t i (CTRL = CTR). Celkem je na klávesnici 67 kláves z toho 6 funk ních kláves ozna ených F1 až F6, dále alfanumerické klávesy (10 ísel, 26 písmen standardní anglické abecedy, klávesy .+ - * / ) 4 šipky a ídící klávesy. Funk ní klávesy F1 až F6 slouží k potvrzení postupu zvoleného podle p íslušného okna v posledním (osmém) ádku displeje. Klávesa F1 je klávesa, která je v prvním okn nej ast ji ozna ována zkratkou CONT (Continue - pokra uj). Po jejím stisknutí jsou akceptovány všechny informace, které jsou na panelu nastaveny a dojde k p epnutí do dalšího panelu nebo spušt ní požadované innosti. Kontroler je vybaven n kterými funkcemi, které m žeme nastavit kombinací klávesy ALT s n kterou další klávesou. Pozor: Na rozdíl od po íta PC se dv klávesy stiskávají postupn a ne sou asn . Význam n kterých kombinací: ALT H - (Help) nápov da funkcí, které jsou spojeny s vybranými klávesami ALT A - zapínání a vypínání audioalarmu. Úrove alarmu m že být nastavena ve t ech stupních (LOW - nízká, MEDIUM - st ední, HIGH - vysoká). P i zapnutém alarmu se objeví v aktuálním panelu po stisknutí ALT A hlášení (Audio alarm is now ON) nebo (Audio alarm is now OFF) v p ípad alarmu vypnutého. ALT B - zapnutí panelu zobrazujícího stav nap tí (baterií) na jednotlivých ástech aparatury. Stav je vyjád en po tem hv zdi ek *. Dev t hv zdi ek znamená pln nabitou baterii, jedna hv zdi ka vybitou baterii. Po ty hv zdi ek se zobrazují samostatn pro jednotlivé sou ásti aparatury (senzor, kontroler aj.). Klesne-li po et hv zdi ek ze ty na t i je to varování, že byla dosažena kritická hranice nap tí. I když není zapnut p íslušný panel zobrazující nap tí a klesne-li nap tí pod kritickou hranici, objeví se na aktuálním panelu varovné hlášení W-8 pro senzor nebo W-1 pro kontroler. P i hlášení W+1 je nap tí na za ízení p íliš vysoké a je nutno je regulovat. Další varovná hlášení týkající se stavu baterií jsou popsána v manuálu. ALT I - zapnutí (ON) nebo vypnutí (OFF) osv tlení (Illumination) panelu. Úrove osv tlení je možno volit ve t ech stupních (LOW - nízká, MEDIUM st ední a HIGH - vysoká). Po stisknutí ALT I se objeví na aktuálním panelu hlášení (Illumination is now ON) nebo (Illumination is now OFF). Je-li osv tlení displeje zapnuto, po stisknutí n které z kláves se automaticky displej osv tlí a po ur ité, p edem nastavené dob se zase automaticky toto osv tlení vypne. ALT K - zapnutí nebo vypnutí zvukového signálu pro klávesnici (Keyclick). Obdobn jako u osv tlení nebo alarmu mohou být nastaveny t i úrovn hlasitosti (LOW-MEDIUM-HIGH).

- 57 (140) -


ALT L - zamknutí klávesnice (Keyboard is now LOCKED alt-U to unlock) což znamená (Klávesnice je nyní uzam ena, stiskni ALT U k jejímu odem ení). ALT U - odem ení klávesnice (Keyboard is now UNLOCKED) ALT M - po stisknutí se na panelu objeví posledních deset zpráv, které systém hlásil. Pomocí kláves lze v tomto seznamu listovat. ALT W - seznam varovných hlášení a jejich kód . ALT + zvyšování kontrastu displeje (Contrast setting higher) ALT - snižování kontrastu displeje (Contrast setting lower) Struktura nabídky funkcí kontroleru Kontroler má adu funkcí, které umož ují komunikaci uživatele se systémem. Vedle t chto komunika ních funkcí ukládá automaticky nam ená data na p íslušné pam ové médium a zpracovává je do výstupních dat a formát . Po zapnutí kontroleru stisknutím klávesy ON kontroler nejprve provede vnit ní testování n kterých svých funkcí. Po ukon ení testu se objeví na displeji nápis GPS SYSTEM 200 Leica s íslem instalované verze programu a datum jeho instalace. Panel je ukon en p íkazem Any key to start program (stiskni n jakou klávesu ke spušt ní programu). Po stisknutí libovolné klávesy dojde k p epnutí do prvního panelu ozna eného íslem [0000] a názvem MAIN MENU (hlavní nabídka). Nabídka obsahuje 6 možných pokra ování (voleb) uspo ádaných do dvou sloupc . MISSIONS

TRANSFER

CONFIGURATION

AUXILIARY

DIRECTORIES

CONTROLER SERVICE

Šipkami vybereme požadovanou volbu a klávesou F1 (CONT) ji potvrdíme. Postupn postupujeme strukturou programu tak jak se objevují nabídky na jednotlivých panelech. Uvedený základní panel nabízí 6 možností, které mají následující význam. MISSIONS - ( mód m ení ) vstupní nabídka pro realizaci vlastního m ení aparaturou GPS. Volba metody m ení a nastavení p íslušných parametr se d je vytvo ením p íslušného módu m ení. P es tuto volbu je možno nejen jednotlivé módy vytvá et a m nit, ale též je ukládat do soubor pro další použití. P es výb r MISSIONS se uživatel dostává k program m pro realizaci vlastního m ení p ímo v terénu. Z uživatelského hlediska je nej ast ji používána práv tato cesta. Další t i nabídky hlavního panelu jsou užívány p i p íprav m ení a po jeho ukon ení (CONFIGURATION - nastavování jednotek, TRANSFER p enos nam ených dat z kontroleru do po íta e a DIRECTORIES práce se soubory nap . pro mazání již p enesených soubor dat). Poslední dv nabídky (AUXILIARY a CONTROLER SERVICE) umož ují nastavit n které parametry kontroleru, vkládat do kontroleru nové verze programu, testovat funkce kontroleru a další systémové operace. Tyto dv nabídky jsou samoz ejm používány jen ojedin le. Vzhledem k omezenému rozsahu t chto skript bude v tší pozornost v nována zejména tvorb módu m ení (MISSION) a p enosu dat (TRANSFER). V podrobnostech odkazujeme tená e na p íslušný manuál.

- 58 (140) -

Metodika GPS m ení

7.3.2

Družicová aparatura WILD (Leica) System 300

Je dalším vývojovým stupn m, který má mnoho ástí spole ných se Systemem 200. Vylepšeno bylo zpracování signálu, poskytována je plná délka nosné vlny na obou frekvencích, ovšem za cenu pon kud zvýšených nárok na napájení. Aparatura se vyzna uje pon kud vyšší citlivostí na ionosférické poruchy.

7.3.3

M ení aparaturou GPS Leica System 200, 300

M ení aparaturou GPS firmy Leica m žeme rozd lit do n kolika krok : 1. P íprava m ení. 2. Volba metody a parametr m ení tj. nastavení nebo vytvo ení p íslušného módu m ení - MISSION 3. Vlastní m ení 4. P enos dat do po íta e 5. Zpracování nam ených dat programem SKI U naviga ních metod odpadá p ípadný p enos dat do po íta e, nebo aparatura (kontroler) zobrazuje p ímo polohu p ijíma e v nastaveném sou adnicovém systému. 7.3.3.1 P íprava m ení P íprava m ení byla již podrobn popsána d íve a pro p ístroje GPS firmy Leica bude dále rozebrána p i objas ování jednotlivých funkcí vyhodnocovacího programu SKI.

Volba metody a parametr m ení P edpokládejme nyní, že kontroler má již nastaveny všechny požadované konfigura ní parametry (délkové jednotky, asové pásmo, komunika ní porty, úrove osv tlení displeje a intenzity zvukového signálu a další), které se m ní jen z ídka a jejichž nastavení a zm ny se realizují p i p epnutí do panelu [0200] CONFIGURATION. Popis tohoto bloku p íkaz bude uveden pozd ji. Rovn ž p edpokládejme, že již bylo rozhodnuto o zvolené metod m ení (STS, SGS, KIS, KOF, NAV) a intervalu záznamu m ení, což jsou dva z hlavních parametr . Rovn ž p edpokládejme, že v pam ti kontroleru je dosti místa pro data z celé plánované doby m ení. Obsazení pam tí lze kontrolovat v bloku DIRECTORIES a bude popsáno rovn ž pozd ji. Vytvo ení nového módu m ení (Mission): Mód m ení obsahuje všechny nezbytné parametry nutné pro vlastní realizaci m ení s aparaturou GPS. Mód musí být nastaven p ed vlastním m ením a lze jej vytvo it s p edstihem nap . v kancelá i p ed odjezdem do terénu. V kancelái mohou být p ipraveny a v kontroleru uloženy r zné módy m ení, které se v terénu vybírají podle pot eby. Jednou uložený mód m že být v terénu pozm n n. Maximáln m že být v kontroleru uloženo 40 mód m ení. Nový mód m ení lze vytvo it pouze editací již jednou vytvo eného módu. Pro tento ú el je v kontroleru nastaven již od výrobce jeden mód m ení (tzv. Factory-set mission). Tento mód obsahuje u výrobce nadefinované parametry (de- 59 (140) -


fault), které je možno editovat a m nit, nelze však tento mód zrušit. V hlavním panelu [0000] MAIN MENU nastavíme blok MISSIONS a nastavení potvrdíme klávesou F1 (CONT). Po stisknutí F1 dojde k p epnutí do panelu [0100] MISSIONS v kterém jsou zobrazeny všechny v kontroleru uložené módy. Každý z nich je ozna en kódem, jménem a typem (metodou). V posledním ádku je nabídnuto další možné pokra ování funk ními klávesami: F1 - RUN - ru ní spušt ní nastaveného módu, p i kterém lze p ípadn m nit parametry a hodnoty nastavení. F2 - AUTO - automatické spušt ní módu akceptováním všech již v módu nastavených parametr a hodnot. F3 - COPY - vytvo ení nového módu kopií módu nastaveného, který poté m že být editován. F4 - EDIT - editace nastaveného módu. F5 - DELETE - vymazání (zrušení) nastaveného módu. Mód nastavený výrobcem nelze zrušit. F6 - neobsazeno. Postup tvorby nového módu m ení: 1. Výb r zdrojového módu. Z nabídky již vytvo ených mód vybereme šipkami vhodný mód (Mission), který obsahuje nejvíce parametr shodných s nov vytvá eným módem (není podmínkou). Výhodné je volit takový mód, který používá stejnou metodu m ení (STS, SGS apod.). 2. Kopie módu m ení. Šipkami vybereme zvolený mód a stiskneme klávesu F3 COPY Po stisknutí dojde k p epnutí do panelu [0130] COPY Mission v kterém je uveden kód , název a typ kopírovaného módu (Source - zdroj) a nového módu (Target - cíl). V cílovém módu jsou nastaveny první t i uvedené parametry, z nichž minimáln kód je nutno zm nit, nebo nemohou existovat dva módy se stejným kódem. Kód (Code) je až šestiznaková zkratka, kterou nastavuje uživatel a kterou bude nov vytvo ený mód ozna ován v r zných panelech a výstupních souborech. Ozna ení touto zkratkou volíme tak, aby dob e vystihovala nový mód. Po napsání zkratky se šipkami p epneme do typu m ení (Type), kde je možno vybrat šipkami jednu z p ti metod m ení (STS, SGS, KIS, KOF, NAV). T etím prvkem je jméno (název) módu, kterým podrobn ji popíšeme vytvá ený mód. Jméno m že mít až 25 znak . Stisknutím klávesy F1 potvrdíme nastavené hodnoty. Po stisknutí se vrátí kontroler do p edcházejícího panelu [0100], ve kterém je již v seznamu uveden nov vytvá ený mód. Zm ny dalších parametr je nutno ud lat již jeho editací. 3. Editace módu m ení : Editovat (m nit a opravovat) m žeme pouze již vytvo ené módy. Šipkami nastavíme v panelu [0100] k editaci požadovaný mód, obvykle mód nov vytvo ený a stiskneme klávesu F4 EDIT. Jestliže není p ipo-

- 60 (140) -

Metodika GPS m ení

jen senzor (anténa) GPS kontroler napíše zprávu: Senzor connected (Y/N) což je vlastn dotaz zda je p ipojen i nikoliv a vyžaduje se odpov stisknutím písmene Y nebo N (Y - yes, N - no). Po stisknutí dojde k p epnutí do panelu [1000] CURRENT MISSION (nastavený mód), který má pouze informativní charakter. Z tohoto panelu je možno pokra ovat klávesou F1 - CONT, nebo klávesou F2 - EXIT-M. Klávesou F2 se m žeme vrátit do panelu s jednotlivými módy když jsme z uvedených informací zjistili, že jsme nastaveni v jiném módu než chceme editovat. Pro pokra ování editace stiskneme klávesu F1. V p ípad tvorby nového módu p ipadá v úvahu použití klávesy F3. Nový mód vzniká požadovanou zm nou parametr módu zkopírovaného. P i editaci procházíme postupn jednotlivými panely ve kterých se nastavují požadované parametry. Za každým panelem se po nastavení p íslušných parametr a jejich potvrzení (F1) zobrazí zvláštní panel s nápisem ===== CONFIGURATION ===== na 3. ádku displeje a s íslem a názvem p edcházejícího editovaného panelu v 1. titulkovém ádku displeje. Na tomto panelu se uživatel vlastn rozhoduje zda bude chtít p i rutinním spoušt ní nov vytvo eného módu panel s p íslušnými parametry zobrazovat ( a p i tom mít možnost je p ípadn m nit) i panel nezobrazovat a tím akceptovat v módu nastavené parametry. Rozhodnutí zda zobrazovat (YES) i nezobrazovat (NO) daný panel se d je p epínáním YES/NO za nápisem Display panel : a potvrzením výb ru klávesou F1. Význam tohoto zvláštního panelu se pln projeví až p i b žném opakovaném užívání nov vytvo eného módu (mission). Uživatel m s menšími zkušenostmi s prací s touto aparaturou se doporu uje nechat si zobrazovat všechny nebo alespo v tšinu panel . Parametry, které jsou sou ástí editace budou uvedeny v následující stati. Parametry módu geodetických m ení P i m ení i editaci lze nastavovat dále uvedené hlavní parametry (SET = Setting = nastavení). Lomítko bude ozna ovat jednotlivé možnosti výb ru a v závorce bude uveden vždy ten výb r, který systém nastaví jako standardní (Default) : 1. SET Operation (nastavení metody m ení) Výb r z geodetických (Survey) metod: STATIC / STOP-GO / KINEMATIC / KINEMATIC ON THE FLY (Poslední z uvedených metod nebyl v programu SKI). 2. SET Initial Position (nastavení p ibližných sou adnic stanoviska) 3. Po áte ní sou adnice, výb r z možností : Last fix / User Input . P i volb Last fix (poslední poloha) budou akceptovány sou adnice uložené v kontroleru, p i volb User Input (uživatelský vstup) je možno prost ednictvím klávesnice a pomocí kurzorových šipek postupn nastavit zem pisnou ší ku (LAT), zem pisnou délku (LON) a elipsoidickou výšku (Hgt) stanoviska a to jak na severní (N) i jižní (S) a východní (E) i západní (W) polokouli. Polohu stanoviska posta uje znát jen p ibližn na celé stupn - 61 (140) -


(stovku kilometr ), takže ji lze snadno získat z mapy. P ibližná poloha je nutná pro rychlejší inicializaci (naklí ování) družic. Jako Default je nastavení (Last fix). 4. SET Satellite Tracking Control (nastavení n kterých parametr vázaných na družice) - Health and L2 mode výb r: AUTO/USER nastaveno:(AUTO) - Minimum elevation výb r: 0o až 90o nastaveno (15o) Health (správná funk nost družice - zdraví) družic. Je-li nastaveno AUTO bude aparatura p ijímat data jen z t ch družic, které systém GPS ozna uje jako funk ní a dále automaticky zapne squaring techniku, když je znep ístupn n P kód na L2. P i nastavení USER (uživatel) dojde k p epnutí do dalšího panelu ve kterém je možno u každé družice u níž systém udává parametr health jako OK (v po ádku) nebo BAD (špatný) jej uživatelsky zm nit podle pot eby na OK/BAD/AUTO. Obdobn lze nastavit i parametr L2 mode na AUTO/SQR. Minimum elevation je hodnota výškového úhlu nad horizontem stanoviska, kdy data z družic nacházejících se pod touto hranicí nebudou registrována. 5. SET Time-Mark Parameters (parametry pro výstup asového signálu tzv. asové zna ky). Senzor musí být vybaven konektorem pro asový výstup. Time-mark : OFF/ON (OFF) Time-mark rate: 1/2/3/5/6/10/15 (1 secs) Time-mark bias: 0...999999999 (0 nsecs) OFF nebo ON ozna uje vypnutí nebo zapnutí asové zna ky. Nastavení Time-mark rate udává frekvenci (1 až 15 sec) ve které bude asový impuls vysílán. Protože p i n kterých aplikacích je výhodn jší získat asový impuls v jiném okamžiku než v celých GPS sekundách, je možno v nastavení Time-mark bias posunout as výstupu o nastavenou hodnotu v nanosekundách. Nap . nastavení hodnoty 500 000 000 udává as posunu vzhledem k celé GPS sekund o 0,5 sec. 6. SET Data Collection Parameters (nastavení parametr záznamu=sb ru družicových dat) - Compacted or Sampled : Compacted/Sampled (Compacted) - Min.sats for recording: 1.....9 (4) - Obs. rec.-rate stat. : 1/2/3/4/5/6/10/ (15 secs) 12/15/30/60 - Obs. rec.-rate moving : 1/2/3/4/5/6/10/ (15 secs) 12/15/30/60 Nastavení sb ru dat m že být dvojího druhu. Data ozna ená jako Sampled jsou data p ijatá v daném asovém okamžiku, to jest data, která mohou být zatížena okamžitou chybou.

- 62 (140) -

Metodika GPS m ení

Data ozna ená Compacted jsou data, která vzniknou vyhlazením a filtrací série dat získaných po 0,1 sec za dobu 1 sec. Filtrace takové ady dat výrazn sníží riziko okamžité chyby v datech. Compacted data se nepoužívají p i kinematické metod , kdy je aparatura vystavena zna ným rychlostem i zm nám rychlosti. P i kinematické metod se proto používají data okamžitá Sampled. Je-li u kinematické metody rychlost aparatury konstantní nebo bez velkých zm n zrychlení je možno použít i data Compacted, která jsou jinak výhradn používána u metody statické. Min.sats for recording ozna uje nejmenší po et družic p i kterém bude aparatura data ješt zaznamenávat. Standardn jsou nastaveny 4 družice, nebo je to minimální po et pro prostorové ešení. asto se nastavuje po et satelit menší než 4. Obs. rec.-rate stat. je jeden z nejd ležit jších parametr , který uživatel nastavuje. Jedná se o frekvenci záznamu družicových dat. Od tohoto parametru se odvíjí množství dat, která budou zaznamenávána. Lze tedy sbírat data každou sekundu, každou druhou sekundu atd. až každou minutu. Standardn je nastavena frekvence záznamu po 15 sec. Frekvence záznamu dat úzce souvisí s použitou metodou m ení. Je-li nastavena kinematická metoda zobrazí se na displeji název Obs. rec.-rate moving. Samoz ejm se p edpokládá, že p i geodetických aplikacích, kdy je užíváno více aparatur než jedna, bude na všech nastavena stejná frekvence záznamu. Pokud by tomu tak nebylo, lze spole n zpracovávat jen data z t ch záznam , která budou po ízena ve stejný okamžik. Tento výb r se d je automaticky. Je-li nap . na první aparatu e nastavena frekvencel 10 sec. a na druhé 15 sec. vezmou se do spole ného zpracování jen data z každé t icáté sekundy tzn., že více než polovina dat nebude využita. 7. SET Stop-Go Parameters (nastavení parametr pro p ípadné automatické vypnutí aparatury) - Baseline lenght approx. : 0...999 (10 km) - Stop at 100% : NO/YES (NO) - Maximum recording time : 0...999 (60 min) - Stop at maximum time : NO/YES (NO) Kontroler p i m ení po ítá dobu nutnou pro korektní vy ešení ambiguit. Tato doba je závislá na mnoha parametrech, z nichž nejvýznam jší jsou: délka m eného vektoru, interval záznamu, po et družic a jejich konfigurace. Na tomto panelu lze nastavit pouze délku vektoru (Baseline lenght approx.), kterou budou p ibližn vektory dosahovat. Další nezbytné údaje má aparatura p i m ení k dispozici (intrerval záznamu, po et družic, konfiguraci družic) a tak pr b žn po ítá dobu po kterou je na daném míst nutno m it. Je-li na dalším ádku (Stop at 100%) nastaveno YES, aparatura zastaví automaticky m ení, je-li nastaveno NO m ení pokra uje a procenta se p i ítají dál. M ení je možno ukon it operátorem, nebo na dalším ádku (Maximum recording time) nastavit maximální dobu záznamu v minutách a na ádku (Stop at maximum time) nastavit YES, což zp sobí zastavení m ení po uplynutí uvedené

- 63 (140) -


doby. asové odhady se po ítají pro délky vektor 0 - 5 km a 5 - 10 km. Odhady se nepo ítají pokud GDOP je v tší než 8. Limitující délka pro ešení ambiguit programem SKI je 20 km. Samoz ejm platí pravidlo, že delší vektory je nutno m it delší dobu. 8. SET Point Identification Parameters (nastavení zp sobu zna ení a íslování bod ) - Point Id template : NNN...***... (NNNNNN**********) - Point number start position: 0...16 (1) - Point number end position : 0...16 (6) - Point number increment : -100000 ...100000 (1) Každé stanovisko na kterém je m eno m že být ozna eno až 16 alfanumerickým identifikátorem – Point Id template ( íslem bodu). Pokud chceme aby jistá ást tohoto znakového pole byla využita pouze pro ísla (N - number) je možno nastavit na dalších ádcích po átek bloku ísel (Point number start position) a konec bloku ísel (Point number end position). Ostatní pozice budou ozna eny hv zdi kami a mohou být obsazena libovolnám alfanumerickým znakem. Použité vy len ní jistého místa a po tu znak pouze pro ísla je výhodné p i automatizovaném íslování bod . Hodnotu ( krok) je možno nastavit v posledním ádku (Point number increment) a bývá obvykle 1. Nastavené parametry je nutno potvrdit klávesou F2 (SET). Je-li nastaven jiný krok než 0 automaticky se na dalším stanovisku p ekopíruje do hlavi ky m ení celé ozna ení bodu a zm ní se pouze íslo o p íslušnou hodnotu kroku. Je-li nastavena 0 zkopíruje se na dalším stanovisku celé ozna ení bodu. P i opakovaném m ení na stejném bod (Reocupation) je nutno d sledn dodržovat p esné ozna ení bodu v etn malých a velkých písmen na každé pozici.

SET RTCM Parameters (parametry vysílání a p ijímání RTCM korekcí a zpráv), toto nastavení se používa p i diferen ní metod a je možno je nastavit jen na kontroleru CR244 SET NMEA Parameters (parametry vysílání zpráv ve tvaru definovaném National Marine Electronic Association). Nastavení je možné pouze u kontroleru CR244. Podrobn jší informace ke všem nastavovaným parametr m je možno získat v manuálu.

7.4

LEICA GPS System 500

GPS p ijíma e Leica System 500 p inesly další technické zdokonalení, zmenšení rozm r , hmotnosti a snížení nárok na napájení el. proudem. Koncepce vývoje t chto p ijíma byla založena na následujících požadavcích: • modulární stavba a zajišt ní snadného upgrade , • implementace nové p ijímací technologie (Clear TrakTM),

- 64 (140) -

Metodika GPS m ení

• rychlá RTK technologie, • vylepšené uživatelské rozhraní, • zabudované aplika ní programy, • vyhodnocovací software SKI-Pro Do této ady pat í t i p ijíma e: jednofrekven ní SR510, dvoufkrekven ní SR520 a dvoufrekven ní RTK p ijíma SR530 dopln ný radiomodemem. Vyzna ují se robustním výkonem i ve zhoršených p íjmových podmínkách a rychlým ešením ambiguit. Nejkratší interval záznamu dat je 0,2 sec (5 Hz). Na ady 200 a 300 je anténa samostatným prvrozdíl od p edcházejících p ijíma kem. Používá se lehká anténa AT502, je však možné p ipojit i výkonn jší antény AT503 a AT504 typu choke ring. Kontroler je též nové konstrukce a nabízí mnohem širší možnosti individuální konfigurace observa ních parametr . Základní princip len ní menu z stal zachován, pouze se zm nily názvy (CONFIG SET namísto d ív jší MISSION, JOB namísto PROJECT). Na Obr. 34 je panel základního menu, Obr 35 znázor uje konfigura ní panel nastavovaný p ed zahájením m ení.

Obr. 34 – Základní menu

Obr. 35 – Konfigura ní panel

V horní ásti displeje je neustále zobrazena stavová lišta s ikonami informujícími o stavu aparatury, provád né innosti, napájení atd. (Obr. 36).

- 65 (140) -

SEMINÁ GPS · Modul 1 Obr. 36 – Stavová lišta displeje

Na Obr. 37 je zobrazen panel m ení, ve kterém se manuáln zadává název (p ípadn kód) m eného bodu a m ená výška antény. Dále panel informuje o po tu zaznamenaných epoch a okamžité hodnot faktoru GDOP.

Obr. 37 – Panel m ení

Vylepšena byla manipulace s m enými daty, která se zaznamenávají na vyjímatelnou Compact Flash kartu. Data se mohou p enášet na kart nebo kabelem do seriového portu po íta e.

7.5

LEICA GPS System 1200

ada p ijíma System 1200 je zatím posledním vývojovým stupn m Leica GNSS hardware (2007). Vyrábí se i v hybridním provedení GPS + GLONASS (1200 GG). Anténa nese ozna ení ATX 1202 (ATX 1202GG).

- 66 (140) -

Vyhodnocení GPS m ení

8


8.1

Postprocessing

Vyhodnocení po skon ení m ení (postprocessing) je klasickým postupem zpracování GNSS dat.

8.1.1

P enos m ených dat do PC

P enos nam ených dat z pam ového média p ijíma e do prost edí GPS vyhodnocovacího po íta ového programu se d je standardní procedurou datového p enosu a spouští se povelem z programu. P edtím musí být ovšem zajišt no kabelové propojení konektoru kontroleru a seriového portu po íta e. Modern jší p ijíma e používají k záznamu dat velkokapacitní vým nná media (PCMCIA n. Compact Flash karty), které lze vyjmout a zasunout do p íslušného slotu po íta e. P enos dat z kontroleru CR233 je v dalším textu názorn vysv tlen sekvencí Obr. 35 až Obr. 43 . Další informace jsou obsaženy v následující kapitole 8.1.2.

8.1.2

LEICA SKI GPS software

Vyhodnocovací GPS programový systém SKI Struktura SKI

SKI (Static Kinematic) je firemním softwarovým produktem pro vyhodnocování standardních metod GPS m ení vykonaných aparaturami WILD GPS System 200, 300. Není p íliš hardwarov náro ný a lze jej používat i v terénních podmínkách na p enosných po íta ích, spl ujících následující požadavky: hardware:

- procesor 386 a vyšší , - min. 4 MB RAM , - matematický koprocesor , - hard disk min. 60 MB , - FDD , - paralelní a sériové rozhraní , - myš , - VGA (EGA) monitor .

software:

- DOS 3.1 a vyšší , - Windows 3.0 a vyšší .

SKI funguje pod opera ním prost edím Windows, což umož uje snadné a p ehledné ovládání b hu programu a zobrazování výstupních údaj pomocí myši.

- 67 (140) -


SKI zpracovává m ená GPS data zaznamenaná v interním formátu p ijíma e WILD System 200, standardní sestavu však lze rozší it o další zvláštní modul umož ující vstup a výstup m ených dat ve formátu RINEX. Programový systém SKI sestává z n kolika hlavních programových blok , které jsou azeny za sebou v logickém sledu postupu výpo t : - Konfigurace prost edí (Configuration) , - Plánování m ení (Preparation) , - Organizace datových struktur (Project) , - Vstup m ených dat (Import) , - Po etní zpracování dat (Data Processing) , - Prohlížení a editace (View/Edit) , - Vyrovnání (Adjustment)* , - Transformace výstupních dat (Datum/Map)* , - Pomocné a obslužné programy (Utilities) , - Nápov da (Help) . Moduly ozna ené * nejsou sou ástí standardní sestavy a lze je p ikoupit na zvláštní objednávku.

Konfigurace prost edí zahrnuje možnosti nastavení volby jednotek vstupních a výstupních veli in a vložení textu záhlaví výstupních dokument . Plánování m ení umož uje p ípravu terénní observace, jakož i p ípravu a nahrání atributových soubor do kontroleru. Organizace datových struktur zajiš uje efektivní soust ed ní zpracovávaných dat do tzv. projekt a další manipulaci v etn nastavení asového pásma, vložení textu hlavi ky výstup atd. Vstup m ených dat je modul sloužící pro p enos dat mezi hardware WILD System 200 a po íta em. Po etní zpracování dat je vlastní výpo etní modul, který vyhodnocuje statická, rychlá statická, stop and go a kinematická m ená GPS data a poskytuje výstupní údaje v systému WGS 84. Prohlížení a editace je obslužný modul umož ující grafickou i íselnou editaci vstupních údaj vztahujících se k m eným bod m, pop ípad filtraci výstup podle zvolených kritérií. Vyrovnání je modul pro MN vyrovnání GPS vektor v systému WGS 84. Transformace výstupních dat je prost edek k efektivnímu p evád ní výsledk GPS výpo t do zvolených sou adnicových soustav. Pomocné a obslužné programy zajiš ují download nových verzí softwarových vybavení senzoru a kontroleru. Nápov da poskytuje rychlou orientaci a on-line vysv tlivky vztahující se k jednotlivým modul m SKI.

- 68 (140) -


8.1.2.1 Plánování m ení Pro efektivní plánování a organizaci GPS m ení (a již se jedná o jednotlivé krátkodobé akce nebo složité vícedenní kampan ) je t eba v d t, kolik družic je k dispozici v ur itých zvolených asových intervalech, jaká je kvalita jejich geometrické konfigurace (GDOP) a jak se tyto faktory m ní s asem. Zejména metody s krátkými observa ními intervaly vyžadují pe livý výb r vhodných asových úsek pro zajišt ní dostate né kvality ešení. Plánování m ení také nabývá na d ležitosti p i observaci v místech, kde jsou ur ité sektory oblohy zakryty p ekážkami (nap . m stská zástavba, lesní porosty apod.). SKI (tak jako každý jiný GPS programový systém) poskytuje možnost zjistit tyto informace v p edstihu p ed vlastním m ením. Programový modul pro plánování m ení po ítá p íslušné údaje a zobrazuje je v p ehledné grafické nebo textové podob . K tomu je t eba vložit p ibližné sou adnice a výšku místa m ení, almanach vysílaný družicemi se automaticky obnovuje p i každém p enosu m ených dat. Sou ástí modulu je i editor p ekážek, který umož uje bodové vkládání obrysu p ekážky v horizontálních sou adnicích bu interaktivn pomocí kurzoru na zvláštním panelu, nebo prost ednictvím p edem vytvo eného ASCII souboru. Takto modelovaná p ekážka se pak bere v úvahu p i výstupu plánovacích informací. Zobrazení plánovacích dat se d je volbou Availability. Objeví se sou tový diagram zobrazující po ty viditelných družic v asovém rozložení zvoleného dne a intervalu (s ohledem na zvolenou eleva ní masku). Je možné zobrazit sou asn grafy hodnot PDOP a GDOP. Na pravé stran je panel všech funk ních družic, ve kterém lze libovoln vypínat nebo zapínat jednotlivé družice. Další možností je vykreslení diagramu oblohy (sky plot) zobrazujícího dráhy viditelných družic p i pohledu do zenitu místa m ení. P i pohybu kurzoru v diagramu se zobrazují jeho okamžité horizontální sou adnice (azimut a výška). Tato informace má význam pro p ehled o polohovém rozložení družic zejména pro ur itý asový interval, pro 24 hodin není p íliš p ehledná. Je možné též vykreslit diagram vzájemných p ekryt viditelnosti družic (visibility). Zde je pro každou družici vykreslen interval od okamžiku východu po okamžik západu pro zvolenou eleva ní masku. Tento diagram umož uje snadno vyhledávat intervaly s maximálním po tem družic. Kone n je též možné vykreslit výškový diagram družic (elevation), který znázor uje grafy hodnot výšek družic v závislosti na ase. Poskytuje p ehled o výškovém rozložení družic ve zvoleném asovém intervalu. Všechny uvedené plánovací diagramy lze v p ípad pot eby vytisknout bu v grafické form , nebo jako textový tabulkový výstup. Ukázka ásti textového výstupu sou tové a DOP informace je v tabulce . 10. Tabulka 10 Epochová informace o DOP a po tu družic Time

Sats.

PDOP

GDOP

Satellite Nos

------------------------------------------------------------------06.00

5

1.57

3.62

2 16 19 26 27

06.10

5

1.57

4.22

2 16 19 26 27

06.20

6

1.42

3.74

2 16 19 26 27 31

- 69 (140) -

SEMINÁ GPS · Modul 1 06.30

7

1.37

2.39

2 12 16 19 26 27 31

06.40

7

1.38

2.55

2 12 16 19 26 27 31

06.50

7

1.39

2.60

2 12 16 19 26 27 31

07.00

6

1.57

2.91

2 12 16 19 26 27

07.10

5

1.66

5.12

2 12 16 26 27

07.20

5

1.67

4.82

2 12 16 26 27

07.30

6

1.31

4.70

2

7 12 16 26 27

07.40

7

1.25

2.73

2

7

9 12 16 26 27

07.50

8

1.12

1.97

2

7

9 12 16 23 26 27

08.00

7

1.49

2.39

2

7

9 12 23 26 27

08.10

7

1.58

2.56

2

7

9 12 23 26 27

08.20

6

1.77

3.20

2

7

9 12 23 26

08.30

6

1.77

3.55

2

7

9 12 23 26

08.40

6

1.73

3.85

2

7

9 12 23 26

08.50

7

1.33

2.48

2

5

7

9 12 23 26

09.00

7

1.35

2.53

2

5

7

9 12 23 26

09.10

7

1.37

2.56

2

5

7

9 12 23 26

09.20

7

1.40

2.54

2

5

7

9 12 23 26

09.30

7

1.42

2.46

2

5

7

9 12 23 26

09.40

7

1.45

2.34

2

5

7

9 12 23 26

09.50

5

1.80

6.35

5

7

9 12 26

10.00

5

1.79

6.11

5

7

9 12 26

10.10

5

1.77

5.47

5

7

9 12 26

10.20

6

1.30

2.50

1

5

7

9 12 26

10.30

7

1.18

2.21

1

5

7

9 12 20 26

10.40

8

1.10

1.86

1

4

5

7

9 12 20 26

10.50

7

1.40

2.41

1

4

5

7

9 12 20

11.00

7

1.41

2.74

1

4

5

7

9 12 20

11.10

8

1.25

2.24

1

4

5

7

9 12 20 24

11.20

7

1.90

2.87

1

4

5

9 12 20 24

11.30

7

1.89

3.09

1

4

5

9 12 20 24

11.40

8

1.22

2.50

1

4

5

6

9 12 20 24

11.50

8

1.22

2.62

1

4

5

6

9 12 20 24

12.00

8

1.21

2.69

1

4

5

6

9 12 20 24

8.1.2.2 Organizace datových struktur : Pracovní prostor pro spole né zpracování GPS m ení je ve SKI definován jako projekt (akce, zakázka). V rámci jednoho projektu jsou sou asn p ístupná všechna vložená m ená data. Tato data jsou umíst na do ur itého adresá e pod zvoleným názvem. Každý projekt využívá svou vlastní databázi, kterou si neustále aktualizuje. Po et vytvo ených projekt a po et bod v rámci jednoho projektu jsou omezeny pouze kapacitou hard disku. P ístup k projektovému manažeru je prost ednictvím nabídky hlavního menu Project/Manager. Je možné založit nový projekt (New), otev ít již existující projekt (Open), vytvo it kopii existujícího projektu (Copy), p emís ovat, rušit a p ejmenovávat projekty (Move, Delete, Rename). Každý projekt má specifický název a nastavení cesty.. Pod položkou menu Project/Settings se nastavují specifické parametry projektu jako hlavi ka projektu, asové pásmo a mezní hodnota pro pr m rování souadnic. Tato hodnota slouží k testování rozdílu výsledk p i vícenásobném urení bodu - p i jejím p ekro ení je uživatel varován, jinak se automaticky výsledky pr m rují.

P enos dat :

- 70 (140) -


Nam ená GPS data je t eba p ed zpracováním p enést do prost edí SKI. K tomu slouží zvláštní programový modul (Import). Zdrojem dat mohou být: • WILD Controller CR 233/4 (vnit ní pam ový modul nebo pam ová karta), •

te ka pam ových karet,

• soubory zálohovaných dat v interním binárním formátu, • soubory dat v RINEX formátu. P enos dat je v maximální mí e zjednodušen a probíhá automaticky (za p edpokladu správn nastavených parametr p enosového kanálu). Data se nejprve na tou do pam ti po íta e. Podle pot eby je možné zkontrolovat správnost a úplnost n kterých údaj (výška antény, excentricity apod.), pop ípad n které parametry zm nit (nap . vložit p esn jší hodnoty sou adnic a výšky, opravit chybné íslo a název stanice, p ipojit popisné údaje atd. Poznámka: Uvedené údaje je možné m nit a opravovat i pozd ji pomocí modulu View/Edit, ale doporu uje se v novat pozornost d kladné kontrole t chto údaj již v této fázi, aby v p ípad zálohování i konverze do formátu RINEX byla k dispozici již opravená a p ekontrolovaná data. P enesená a zeditovaná data je nyní možné • uložit jako backup v interním binárním formátu nebo v RINEX formátu, • vložit do p edem nadefinovaného projektu, kde jsou k dispozici pro výpo ty. Soubor m ení je uložen v adresá i ozna eném DSnnnn, kde nnnn je po adové íslo souboru. Je složen ze 7 soubor , které mají stejné ozna ení adresá e a liší se pouze p íponou: Sou ástí tohoto modulu je také možnost na tení p esných efemerid družic. Programový systém SKI dokáže pracovat s p esnými efemeridami ve formátu NOAA/NGS SP3. Tyto efemeridy lze získat z informa ních center IGS prost ednictvím sít INTERNET. Pro b žná m ení však nep ináší jejich použití podstatný efekt, mají význam zejména pro výpo et dlouhých vektor a pro p esné aplikace.

Praktické p enesení dat z controleru CR 233/244do prost edí Leica-SKI : Vytvo eno podle verze SKI 2.3 DF Program SKI naleznete pod nabídkou Start –Programy – SOFTWARE – GPS – SKI 2.3_DF . P ed spušt ním programu je vhodné si založit nový adresá na ukládaná dat. Název adresá e by nem l mít více jak 8 znak . Po spušt ní programu se objeví následující stránka. Postupujte podle text mezi obrázky.

- 71 (140) -


Obr. 38 - Úvodní panel programu SKI.

Po stisknutí položky Import se objeví následující bílá plocha s lištou. Na ní stiskn te položku Measurement a dále GPS Controller….

Obr. 39 - Volba typu dat k importu (v tomto p ípad nam ených dat z kontroleru aparatury)

- 72 (140) -


Obr. 40 - Nastavení zdroje dat v aparatu e (p i výuce v tšinou Internal memory)

P ipojení controlleru, jeho spušt ní a nastavení na p enos

Obr. 41 - Výzva p ed pokra ováním v další innosti v programu SKI

- 73 (140) -


P ipojte controller k baterii a k sériovému portu (COM1). Spus te proceduru TRANSFER (p enos dat) podle uvedeného postupu. Po provedení všech úkon stiskn te OK na obrazovce po íta e. Vy kejte následujícího okna:

Obr. 42 - Výb r dat k p enosu

V levém okn je nutné ozna it data (mod e), která chcete p enést. P enos se zahájí stiskem tla ítka Copy.

- 74 (140) -


Obr. 43 - P enos dat

Po p enesení všech požadovaných dat do PC pokra ujte stiskem OK. Editace a uložení dat do souboru

Obr. 44 - Okno p ipojení dat k projektu

- 75 (140) -


(vzhledem k tomu, že data nebudou zpracovávána v programu Ski, tak na volb projektu nezáleží). Není nutno p ipojovat. Sta í jen ozna it soubor myší a uložit (Save as…). Editace: Pokud je pot eba data editovat (je pot eba opravit íslo bodu, výšku nebo anténní offset) je to možné provést pomocí tla ítka Edit… a dále volbou Setup. Viz následující obrázek.

Obr. 45 - Editace hlavi ky bodu

Povšimn te si: P i m ení výšky aparatury od vodorovné plochy trnu (používá se nej ast ji) je antenní offset 0,191 m.

- 76 (140) -


Nastavení formátu dat a cesty

Obr. 46 - Uložení dat: volba formátu

(Backup – vnit ní formát Leica [vhodný pro SKI Pro], RINEX – vým nný formát pro softwary r zných výrobc ) a umíst ní (adresá ). Pozor, bude uloženo v tší množství soubor , proto je dobré si p edem založit prázdný adresá .

Obr. 47 - Ukon ení stiskem tla ítka Cancel.

- 77 (140) -


Varovné hlášení je možné ignorovat, netýká se uložení dat. Zav ení programu SKI k ížkem vpravo naho e (2x). Vypnutí Controlleru: Tla ítkem F6 (opušt ní režimu transfer) a OFF (vypnutí controlleru). 8.1.2.3 Po etní zpracování dat : Programový modul pro po etní zpracování dat má t i hlavní ásti: • volba pracovní oblasti a parametr výpo tu, • vlastní výpo ty, • výstup výsledk . Vstup do výpo etního modulu je prost ednictvím hlavního menu - Data Processing.

Výb r dat pro výpo et : Data jsou v rámci jednoho projektu uspo ádána po jednotlivých dnech. Pracovní oblast se volí ozna ením jednoho nebo n kolika dn (max. 7) s potvrzením OK. Konkrétní data zpracovávaná v rámci zvolené pracovní oblasti lze vybrat dv ma zp soby: - automaticky (Auto select) , - manuáln (Manual) . V prvém p ípad se zobrazí panel se všemi observovanými body spolu s asem za átku a konce observace. Po zvolení referen ního bodu se automaticky spoítají všechny vektory na ur ované body. Ve druhém p ípad se zobrazí graficky intervaly m ení na všech bodech v rámci zvoleného dne. Body nyní mohou být vybrány a ozna eny jako referen ní, ur ované nebo vícenásobn ur ované (Re-occupation). Interval m ení na referen ním bod se zbarví šed pro p ehledn jší informaci o p ekrytech observa ních interval . Zvláštními symboly se ozna í Stop and Go a kinematické et zce. Vždy je nutno provést volbu dat pro výpo et Stop and Go et zce. Poznámka: Bod, který byl vybrán jako referen ní, musí mít vloženy výchozí sou adnice WGS 84 s odpovídající p esností, tj. 10 - 20 m pro b žná m ení, 2 - 3 m pro p esná m ení. Jinak mohou být výsledky m ítkov zkresleny. V rámci volby datové pracovní oblasti je možné použít vý ezy (Windowing), kdy se pro výpo et vybírá pouze vymezená ást dat..

Výpo etní parametry : SKI umož uje alternativní zpracování GPS m ení v závislosti na volb ur itých vstupních výpo etních parametr . Jedná se o následující parametry, jejichž hodnoty lze individuáln nastavit:

- 78 (140) -


• úhel eleva ní masky Standardní hodnota eleva ního úhlu je 15o. N kdy je výhodné volit v tší hodnotu a tím vylou it z ešení nízké družice, jejichž signál je více rušen a má problematickou kvalitu. Zvýšení hodnoty eleva ního úhlu m že odstranit potíže p i ešení ambiguit, je však nutno pamatovat na zachování kvality konfigurace družic (GDOP). • model troposféry Troposféra je p ízemní vrstva atmosféry do výšky asi 30 km. SKI má implementovány ty i varianty modelace troposféry: - Hopfield v model, - Saastamoinen v model, - modifikovaný

Hopfield v Model,

- bez modelu troposféry. Pro b žné úlohy jsou rozdíly mezi jednotlivými modely troposféry nevýznamné ( iní n kolik mm), avšak varianta výpo tu bez modelu troposféry není vhodná pro praktické ú ely. • model ionosféry Ionosféra (tj. vrstva atmosféry mezi výškami 50 a 1000 km) významn ovlivuje GPS m ení. SKI poskytuje t i možnosti uvážení vlivu ionosféry: - standardní model, - po ítaný (computed) model, - bez modelu ionosféry. Standardní model uvažuje jednoduchou vrstvu a je založen na p edpokladech celkového po tu elektron a jejich rozd lení v této vrstv . Po ítaný model lépe vystihuje podmínky doby a místa m ení, p edpokladem jsou však dvoufrekven ní data z alespo 45 minutového observa ního intervalu. P i výpo tu bez modelu ionosféry však m že být m ítkové zkreslení až 7 ppm a proto se tato varianta nehodí pro praktické aplikace. • efemeridy družic SKI m že p i výpo tu využívat jednak b žné vysílané (broadcast) efemeridy, jednak p esné (precise) efemeridy ve formátu NOAA/NGS SP3. • použitá data SKI nabízí t i varianty pro nastavení typu vyhodnocovaných dat: - kódová a fázová data, - pouze kódová data, - pouze fázová data. Standardn se používá první nastavení (kód i fáze). Vyhodnocení pouze kódových dat m že znateln urychlit výpo et p i aplikacích nenáro ných na p esnost. T etí možnost (pouze fáze) je výhodná v p ípad , že kódová data jsou nízké kvality.

- 79 (140) -


• frekvence SKI nabízí t i možnosti kombinací frekvencí pro výpo et: - L1 + L2 , - L1 , - L2 . Standardn je nastaveno vyhodnocení na obou frekvencích. N kdy však m že být užite né vyhodnocovat data odd len pro ur itou frekvenci. • limit pro ešení ambiguit Tato hodnota p edstavuje nejdelší vektor, pro který ješt systém bude ešit ambiguity. Z praktického hlediska není p íliš rozumné ji zv tšovat, protože i p i jejich úsp šném vy ešení není záruka, že jsou správné (vlivy atmosféry) a výsledek získaný bez ešení ambiguit je asto spolehliv jší. Standardní hodnota je 20 km. • apriorní st ední chyba Hodnota apriorní st ední chyby p edstavuje šumový práh pro fázová m ení. Jestliže fázový šum (nej ast ji zp sobený ionosférickým rušením) p ekro í tuto hodnotu, ambiguity se v bec ne eší. Je možné ji zvýšit, ale výsledky výpo tu je t eba p ekontrolovat, protože vypo tené ambiguity nemusí být správné. Toto nebezpe í je menší p i delších observa ních dobách. • vzorkovací filtr (static) Pro statická m ení m že být stanoveno, jak velká ást nam ených dat bude použita pro výpo et. Volba „use all“ znamená, že k výpo tu budou použita veškerá nam ená data. Vedle toho je možno zvolit íslo n (n = 1,2,3,4,5,6,10,12,15,20,30,60), což znamená, že bude použita každá n-tá epocha. • interval pro diferenci hodin p ijíma e od GPST Senzor SR 299 udržuje neustále své hodiny v souladu s asem GPST (odchylky max. 100 ns). Proto lze p i práci s aparaturami WILD System 200 b žn používat standardní hodnotu 1 µs. P i m ení s r znými typy aparatur je nezbytné tuto hodnotu zv tšit. Max. je možné nastavit 50000 µs. • interval pro diferenci hodin obou p ijíma SR 299 zaznamenává m ení vždy p esn v celou sekundu asu GPST. Proto p i použití více aparatur WILD System 200 nenastávají potíže s asovou synchronizací m ení a sta í používat standardní hodnotu 1 µs. N které jiné typy GPS p ijíma však mohou vykazovat odchylky od GPST a p i jejich kombinaci mohou nastat problémy. V t chto p ípadech bývá nutné nastavit vyšší hodnotu synchroniza ního intervalu, max. 50000 µs. • mód zpracování fázových m ení P ijíma SR 299 automaticky opravuje fázové skoky polovin cykl . Pro p ípad pot eby (data jiných typ aparatur) má SKI možnost vyhledávání polovi ních fázových skok na L1 a/nebo L2. Jsou k dispozici t i možnosti nastavení: - automatický mód, - 80 (140) -


- L1, - L2. • volba frekvence kódových m ení Nastavená standardn je frekvence L2, protože P-kód poskytuje p esn jší výsledky než C/A kód na L1. Pro ú ely detailn jší analýzy je však možné volit mezi ob ma frekvencemi. • detekce fázových skok SKI používá pro detekci fázových skok registraci p íznak p erušení (ztráty) signálu a analýzu fázových m ení. Standardn jsou nastaveny sou asn oba postupy, lze však zvolit odd len pouze n který z nich. • po et inicializa ních epoch SKI používá p i vyhodnocení m ených dat sekven ní vyrovnávací postup, který pro statická m ení bere vždy 25 epoch pro inicializa ní krok výpo tu. Uživatel však m že zvolit jiný po et epoch v rozmezí 5 - 25. • po et epoch pro jeden krok statického výpo tu Pro volbu tohoto parametru platí stejné podmínky jako v p edcházejícím p ípad . • filtr pro zpracování kinematických dat Tento parametr má význam p i zpracování kinematických dat. P i kinematickém m ení je shromážd no velké množství dat a ešení je vypo teno pro každou epochu. Výstupní protokol je pak nep ehledný. Zde je možné volit interval výstupu každého n-tého ešení. • zp sob inicializace aparatury p i Stop and Go nebo kinematické metod et zce Stop and Go a kinematické et zce mohou být inicializovány na bodech o známé poloze nebo pomocí Rapid Static fix na libovoln zvoleném bod . Podle použitého zp sobu inicializace musí být nastavena p íslušná varianta No nebo Yes. • minimální interval pro vy ešení ambiguit P i vyhodnocení metody KOF (kinematic on-the-fly) se ješt m že nastavit délka minimálního intervalu pro ešení ambiguit. Podle charakteru nam ených GPS dat a ú elu vyhodnocení poskytuje programový systém SKI následující možnosti nastavení módu výpo tu: - vektor (baseline), - všechny statické kombinace, - autonomní ur ení polohy bodu. Nastavení se d je v menu Configuration / Processing mode . První volba (vektor) je základním zp sobem vyhodnocení GPS m ení, kdy se vypo ítají všechny vektory ze zvoleného referen ního bodu na vybrané ur ované body. Druhá volba znamená, že se automaticky vypo ítají všechny vektory mezi sou-

- 81 (140) -


asn observovanými body. T etí volba umož uje vypo ítat lepší absolutní ur ení polohy jednotlivých bod , než je možné získat z naviga ního ešení. V rámci ešení SKI je též možné manuáln vy adit z výpo tu signál n které družice nebo skupiny družic. To se d je volbou ísla p íslušných družic v menu Configuration / Satellite selection. Vlastní výpo et se spustí volbou Compute. O pr b hu výpo tu je uživatel informován panelem s údaji o práv po ítaném vektoru. Po skon ení b hu výpo t se zobrazí po volb Result p ehled všech ešených vektor s informacemi o ozna ení referen ního a ur ovaného bodu, o o o sm rodatných odchylkách složek vektoru, o vy ešení ambiguit, o uložení výsledk výpo tu a o modu m ení, p i emž vektory s úsp šn vy ešenými ambiguitami jsou tmav zabarveny. Pro zvolený vektor lze zobrazit podrobn jší informace o výsledku výpo tu pomocí volby knoflíku Details a ádku p íslušného vektoru. Objeví se panel s kartézskými a elipsoidickými sou adnicemi a sou adnicovými rozdíly obou bod spolu se sm rodatnými odchylkami v poloze ur ovaného bodu a hodnotou délky vektoru. Podrobné výsledky jsou obsaženy ve výpo etním protokolu.

Výpo etní protokol : V tabulce . 11 je ukázka výpo etního protokolu SKI obsahujícího informace o vstupních hodnotách, pr b hu vyhodnocení GPS m ení a výsledných hodnotách vypo tených parametr . Protokol má standardní formát s len ním do informa ních blok . Tabulka 11 Výpo etní protokol programu SKI ######################################################################## #

GE_PP

PROCESSING

PARAMETERS

#

######################################################################## Cut-off angle (deg)

:

15

Tropospheric model

:

Hopfield

Ionospheric model

:

Standard

Ephemeris

:

Broadcast

Data used

:

Use Code and Phase

Frequency

:

L1 + L2

Limit to resolve ambiguities (km)

:

20

a priori rms (mm)

:

10

Sampling rate for static (sec)

:

Use all

Receiver clock offset (microsec)

:

1

Clock synchronization (microsec)

:

1

Phase processing

:

Automatic

Code processing

:

L2

Cycle slip detection

:

Phase check & loss lock flag

No of epochs for initialization (epoch)

:

25

Update rate for static (epoch)

:

25

Update rate for kinematic (epoch)

:

1

Initialize SGS/KIS with known coord

:

No

Minimum time to fix amb - AROF (sec)

:

200

######################################################################## #

GE_SS

SATELLITE

SELECTION

#

########################################################################

- 82 (140) -


Manually disabled satellites

:

None

######################################################################## #

GE_BO

BASELINE

OVERVIEW

#

######################################################################## Total no of baselines computed : 1 BL

CH

id

id

1

1

Rover

Reference

First common ep

Amb Frq Obs Mod

4012

4006

11/23/94 08:10:00 AMY

1+5 STS

######################################################################## #

GE_IC

INITIAL

COORDINATES

#

######################################################################## Reference : Point id : 4006 X Lat

3997173.5775 49 17

m

Y

5.78697 N

Lon

m

Z

4811539.5851

m

16 29 32.45709 E

1183436.1960

h

330.5580

m

m

Z

4812602.9716

m

7.56114 E

h

320.3767

m

Rover : Point id : 4012 X Lat CH.1

m

Y

49 17 58.94470 N

3996116.2613

Lon

1182598.5708 16 29

=======================================

NEW

STATIC

CHAIN

=====

######################################################################## #

BL.1

4012

4006

11/23/94 08:10:00 AM #

######################################################################## BL_SE.1

START / END

(COMMON)

EPOCHS

---------------------------------------11/23/94 08:10:00 AM BL_OI.1

OPERATION

to

11/23/94 08:24:40 AM

INFORMATION

--------------------------------Rover

Reference

Point id

4012

4006

Sensor/Controller id

001634/094926

101321/094617

Operation mode

STS

STS

Observation rate (s)

10.0

Ht reading/Ant offset (m)

1.613

Eccentricity E/N/H (m)

0.000

BL_SI.1

SATELLITE

10.0 /0.191 /0.000

1.603 /0.000

0.000

/0.191 /0.000

INFORMATION

--------------------------------SV id

L1_C_CA

L1_P_CO

L2_C_P

L2_P_CO

L1_P_SQ

1

25

25

0

0

0

0

7

87

87

0

0

0

32

14

89

89

0

0

0

89

15

89

89

0

0

0

89

29

85

85

0

0

0

65

- 83 (140) -

L2_P_SQ

/0.000


BL_EA.1

ELEVATION / AZIMUTH

-----------------------------sat id :

15

7

29

14

17/199

51/258

hh:mm:ss PDOP GDOP 8:10:00

3.7

4.0

86/117

sat id :

20/317

15

1

7

29

14


2.0

2.4

86/117

31/ 51

20/317

17/199

51/258

8:10:20

2.0

2.4

86/118

31/ 51

20/317

17/199

51/258

8:10:30

2.0

2.4

86/118

31/ 51

20/317

17/199

52/258

8:10:40

2.0

2.4

86/119

31/ 51

21/317

17/199

52/258

sat id :

15

1

7

14


6.0

9.9

86/119

sat id :

31/ 51

15

7

21/317

52/258

14

hh:mm:ss PDOP GDOP 8:11:00 ---- ----

86/119

21/317

52/258

8:11:10 ---- ----

86/120

21/317

52/258

8:11:20 ---- ----

86/120

21/317

52/258

sat id :

15

7

29

14


3.8

4.1

86/120

21/317

18/199

52/258

8:11:40

3.8

4.1

86/120

21/316

18/199

52/258

8:11:50

3.8

4.1

86/121

21/316

18/199

52/258

8:12:00

3.8

4.1

85/121

21/316

18/199

52/258

. . . 8:24:00

4.3

4.7

80/130

24/313

23/200

57/263

8:24:10

4.3

4.7

79/130

24/313

23/200

57/263

8:24:20

4.3

4.7

79/130

24/313

23/200

57/263

15

29

14

8:24:30 ---- ----

79/130

23/200

57/263

8:24:40 ---- ----

79/130

23/200

57/263

sat id : hh:mm:ss PDOP GDOP

BL_PI.1

PROCESSING

INFORMATION

---------------------------------Number of observations rejected :

0

Number of observations used

:

1025

Total number of parameters

:

270

Epoch independent parameters

:

Rms of weight unit BL_FS.1

FARA

:

3 .0033 m

STATISTICS

--------------------------Ambiguities to be resolved : -----SVid-----Ref SVid-----Carrier-----Wavelength factor----1

15

1

1

7

15

1

1

29

15

1

1

14

15

1

1

29

15

5

2

14

15

5

2

7

15

5

2

- 84 (140) -


-------

FARA

------------------------------

Iteration :

NUMBER OF AMBIGUITY SETS= RMS ACTUALLY COMPUTED #

RMS

RMS/RMS1

1

--------

216.

=

84.

AMBIGUITIES

----------------------------------1

.003

1.000

9

1

2

.003

1.021

10

2

1

3

.004

1.195

9

1

-2

4

.004

1.209

9

1

0

5

.004

1.215

10

2

2

6

.004

1.223

10

2

0

7

.004

1.227

8

0

-3

8

.004

1.412

8

0

-2

9

.004

1.454

11

3

2

10

.005

1.626

9

2

1

#

RMS

RMS/RMS1

-1

AMBIGUITIES

----------------------------------1

.003

1.000

2

.004

1.334

3

.005

1.373

4

.005

1.562

5

.005

1.606

6

.005

1.642

7

.006

1.663

8

.006

1.799

9

.006

1.866

10

.006

1.904

-13

-18

22

3

9

1

-1

----------------------------------------------------------------------* FARA Summary

Iteration :

1 *

----------------------------------------------------------------------rms a priori

:

10.0 [mm]

Error prob. alpha

:

5.000 [%]

rms float

Probability that (rms float < rms a priori) rms fix 1

:

3.3 [mm]

Error prob. alpha

:

5.000 [%]

Probability that (rms fix 1 < rms a priori) Error prob. alpha

:

:

3.4 [mm]

: 100.000 [%]

: 100.000 [%]

.001 [%]

Probability that (rms fix 1 < rms fix 2)

: 100.000 [%]

----------------------------------------------------------------------* Ambiguity Resolution successful * ----------------------------------------------------------------------Number of epochs with GDOP =< 8 :

83

Total number of common epochs

:

89

Observation time (GDOP =< 8)

:

820 sec

Recommendation

:

316 sec

- 85 (140) -


BL_CS.1

CYCLE

SLIP

INFORMATION

----------------------------------Total no of cycle slips : 5 Time

time from

SV

start (sec)

id

freq

slip value

fraction

(cycle)

(cycle)

11/23/94 08:13:00 AM

180

1

1

64.0

-0.435

11/23/94 08:11:30 AM

90

29

1

-132.0

-0.086

11/23/94 08:14:50 AM

290

29

2

-208.0

0.101

11/23/94 08:17:00 AM

420

1

1

-13.0

-0.494

11/23/94 08:19:10 AM

550

7

2

-33.0

0.093

BL_FC.1

FINAL

COORDINATES

----------------------------Rov:4012

Ref:4006

Amb:Y

11/23/94 08:10:00 AM

Cartesian : X

3996116.2613

m

Y

1182598.5708

m

Z

4812602.9716

m

dX

-1057.3162

m

dY

-837.6252

m

dZ

1063.3865

m

sX

0.0010

m

sY

0.0005

m

sZ

0.0009

m

Geodetic : Lat

49 17 58.94470 N

dLat

53.15773

sLat

0.0007

Lon

m

16 29

7.56114 E

dLon

24.89595

sLon

0.0006

m

h

320.3767

m

dh

-10.1813

m

sh

0.0011

m

Distance : Slope

1717.6508

m

sSlope

BL_VC.1

VARIANCE-COVARIANCE

0.0007

m

MATRIX

-------------------------------------a posteriori rms :

0.0033

m

Co-factor matrix (upper triangle) : qx qx qy qz

+8.3877631E-002

qy

qz

-8.4170597E-003

+4.0488362E-002

+2.5882373E-002

-1.3340779E-002 +7.7076159E-002

1. blok (PS - Project Settings) obsahuje povšechné informace o verzi software, hlavi ku instituce, název akce (projektu), ozna ení sou adnicového systému a pásmo asu GPS. 2. blok (PP - Processing Parameters) uvádí p ehled nastavení všech volitelných parametr výpo tu. Jsou to následující parametry: eleva ní maska, troposférický model, ionosférický model, druh použitých efemerid, výb r dat pro vyhodnocení, frekvence, apriorní st ední chyba, filtr dat pro statickou metodu, interval povolených odchylek hodin p ijíma e od GPST, interval povolených diferencí v synchronizaci hodin obou p ijíma , mód zpracování fázových m ení, volba frekvence kódových m ení, zp sob detekce fázových skok , po et inicializa ních epoch, po et epoch pro jeden krok statického výpo tu, filtr pro zpracování kinematických dat, zp sob inicializace aparatury p i Stop and Go nebo kinematické metod , pop . minimální interval pro vy ešení ambiguit p i kinematické metod m ení.

- 86 (140) -


3. blok (SS - Satellite Selection) informuje o tom, zda a které družice byly vylou eny z výpo tu. 4. blok (BO - Baseline Overview) podává p ehled o pr b hu vyhodnocení GPS vektor . Jsou zde pro každý po ítaný vektor uvedeny po adové íslo a identifikátor et zce, názvy obou bod (reference, rover), datum a as první spole né m ené epochy, indikátor vy ešení ambiguit, frekvence použité pro výpo et a kód typu GPS m ení. D ležitou informací je indikátor vy ešení ambiguit, p i emž znamená Y - bezproblémové vy ešení ambiguit, Y* - ambiguity vy ešeny, ale výsledek m že mít menší spolehlivost, N - ambiguity nevy ešeny, ? kvalitu.

-

výpo et nebyl úsp šný pro nedostatek dat nebo jejich nízkou

Ambiguity mohou být ešeny na frekvencích L1, L2, L3 (ionosphere-free) nebo L5 (wide-lane).

5. blok (IC - Initial Coordinates) uvádí v kartézském a geodetickém tvaru vstupní sou adnice všech po ítaných bod . V 6. bloku (a dalších blocích) pak následuje výstup výsledných parametr pro každý jednotlivý vektor v po adí:

identifika ní íslo vektoru ( et zce), hlavi ka obsahující íslo vektoru, název obou bod a asový údaj o první spole né epoše, as první a poslední epochy, opera ní informace o nastavení obou aparatur, družicová informace o po tu epoch observace každé družice pro každý typ m ení, informace o kvalit konfigurace družic - PDOP, GDOP, azimut a výška družic pro každou epochu, informace o výpo tu obsahující po et vylou ených m ení, po et použitých m ení, celkový po et ešených parametr , po et parametr nezávislých na epoše a jednotkovou st ední chybu, informace o pr b hu ešení ambiguit metodou FARA, po et fázových skok (cycle slips) a bližší informace o p íslušné družici, frekvenci, celo íselné a zlomkové ásti fázového skoku, výsledky výpo tu obsahující výsledné sou adnice a jednotlivé sou adnicové složky vektoru v kartézském i geodetickém tvaru a dále hodnotu délky vektoru, spolu s jejich sm rodatnými odchylkami, varian ní-kovarian ní matice rozd lená do dvou ástí - hodnota aposteriorní st ední chyby a matice kofaktor .

- 87 (140) -


Toto je obsah úplného výpo etního protokolu. Pro rychlou orientaci je možnost výstupu pouze sumarizovaných výsledk . Vypo tené vektory nebo jejich ást lze ihned vložit do databáze projektu. Pokud je t eba, je možné vypo ítat pro každý vektor ješt hodnoty oprav (reziduí) pro každou frekvenci a druh m ení. V tabulce . 12 je ukázka za átku výstupního souboru odchylek kódových m ení a v tabulce . 13 jsou vypo tené odchylky fázových m ení na frekvenci L1 pro vektor o délce 11 km. Tabulka 12 Opravy kódových m ení DP_BL.

1

L1 CODE

RESIDUALS

-------------------------------date :

94-11-16

sat id :

(yy-mm-dd) 16

19

2

18

27

hh:mm:ss GDOP 15:04:30

5.7

-.141

-.525

.339

-.108

.444

15:04:45

5.8

-.263

-.452

.604

-.416

.515

15:05:00

5.8

-.278

-.470

.592

-.248

.495

15:05:15

5.8

-.436

-.437

.620

-.024

.530

15:05:30

5.8

-.479

-.287

.574

-.068

.488

15:05:45

5.8

-.585

-.203

.089

.022

.574

15:06:00

5.9

-.625

-.055

.233

-.214

.530

15:06:15

5.9

-.670

.287

.570

-.250

.297

15:06:30

5.9

-.793

.350

.636

-.377

.362

15:06:45

5.9

-.840

.497

.395

-.230

.318

15:07:00

5.9

-.762

.573

.283

-.156

.205

15:07:15

5.9

-.757

.576

.284

-.146

.207

15:07:30

6.0

-.989

.534

.618

-.189

.359

15:07:45

6.0

-.799

.726

.426

-.381

.170

15:08:00

6.0

-.938

.772

.284

-.139

.216

15:08:15

6.0

-1.002

1.095

-.168

-.200

.157

15:08:30

6.0

-.878

1.219

-.424

-.451

.088

Tabulka 13 Opravy fázových m ení DP_BL.

1

L1 PHASE RESIDUALS

-------------------------------date :

94-11-16

sat id :

(yy-mm-dd) 16

19

2

18

R27

hh:mm:ss GDOP 15:04:30

5.7

-.005

-.002

.011

.009

15:04:45

5.8

-.007

-.001

.015

.010

.001 .001

15:05:00

5.8

-.004

-.001

.020

.007

-.001

15:05:15

5.8

-.005

-.001

.015

.007

.000

15:05:30

5.8

-.007

.001

.013

.005

.001

15:05:45

5.8

-.007

.000

.015

.009

.001

15:06:00

5.9

-.005

.001

.011

.006

.000

15:06:15

5.9

-.008

.003

.010

.012

.000

15:06:30

5.9

-.006

.001

.012

.010

-.001

15:06:45

5.9

-.009

.003

.007

.011

.001

15:07:00

5.9

-.007

.002

.007

.009

.001

15:07:15

5.9

-.006

.002

.005

.014

-.001

15:07:30

6.0

-.007

.001

.000

.012

.002

15:07:45

6.0

-.008

.002

-.001

.010

.002

15:08:00

6.0

-.005

.000

-.001

.013

.001

15:08:15

6.0

-.008

.004

-.010

.013

.002

15:08:30

6.0

-.007

.004

-.009

.019

.001

- 88 (140) -


Všechny výstupní dokumenty lze vytisknout. Krom toho mohou být výsledné hodnoty jednotlivých fází výpo tu uloženy do ASCII soubor pro pozd jší použití nebo archivaci. 8.1.2.4 Vyrovnání Modul pro vyrovnání vektor GPS (Adjustment) poskytuje možnost MN vyrovnání vypo tených vektor p i nadbyte ném po tu m ení (v síti). Vstupními daty jsou 3D kartézské sou adnicové rozdíly s jejich p esnostními charakteristikami. Pracovní prostor pro výpo ty spojené s vyrovnáním p edstavuje vytvo ená sí (Network). V rámci základního menu vyrovnávacího modulu lze volit položky • sí (Network), • vstup dat (Import), • grafické zobrazení (Show), • editace (Edit), • nastavení parametr (Settings), • výpo et (Compute), • výsledky (Results), • pomocné programy (Utilities). V rámci položky Network lze zakládat nové sít (New), otevírat (Open), zavírat (Close), ukládat (Save) a rušit (Delete) existující sít . Každá sí má sv j název a nastavení cesty. Data pro vyrovnání se vkládají položkou Import bu anebo z ASCII soubor typu viz. tabulka .***.

p ímo ze SKI projektu,

D ležitý nástroj pro ízení výpo tu p edstavuje položka Edit, která umož uje: - zm nu sou adnic bod , - nastavení klasifikace bod (bod m že být ozna en jako pevný (Fixed), relativn pevný (Relative fixed) nebo po ítaný (Computed), - vypušt ní bod z ešení (Delete point), - vypušt ní jednotlivých m ení nebo skupin m ení z výpo tu (Delete observation), - editaci vstupních m ení (Edit observation), - manuální vkládání dalších m ení (Add). V položce Settings se volí hodnoty výpo etních parametr jako typ vyrovnání (volné, vázané) a dále obsah výstupního protokolu. Po spušt ní a prob hnutí výpo tu (Compute) se graficky zobrazí všechny body sít , všechny vektory a polohové (elipsy chyb) i výškové charakteristiky p esnosti. íselné výsledky vyrovnání jsou p ístupné prost ednictvím položky Results. Výpo etní protokol lze vyvolat volbou Log.

- 89 (140) -


8.1.3

LEICA SKI-Pro GPS software

Tento GPS vyhodnocovací programový systém je ur en primárn pro zpracování m ení aparaturami Leica System 500, je však zp tn kompatibilní s daty po ízenými Leica System 200 a 300. Vyzna uje se implementací metody LAMDBA pro ešení ambiguit a efektivn jšího výpo etního algoritmu. Ovládání programu odpovídá zvyklostem opera ního systému Windows verze 98 a vyšší.

Stru ný návod pro zpracování GPS m ení aparatur Leica firemním softwarem SKI Pro. Vypracováno podle verze 1.1. : Poznámky: a) Jedná se o návod pro konkrétní innost, ne o manuál k programu. Obsahuje pouze nejnutn jší informace nezbytné pro zpracování m ení. Ob as jsou použita zjednodušená vysv tlení, která nemají univerzální platnost! b) Návod p edpokládá, že data jsou již stažena z aparatur do po íta e nap . programem SKI. Musí být k dispozici sou adnice vhodných bod v obou souadných soustavách (WGS 84, S-JTSK) pro transformaci výsledk m ení do S-JTSK. c) Program SKI Pro naleznete pod nabídkou Start – Programy – SOFTWARE – GPS – SKI Pro – SKI Pro. 8.1.3.1 Výpo et GPS vektor GPS vektor je prostorová spojnice dvou bodu ur ená technologií GPS. Pro urení GPS vektoru je nutné observovat sou asn na obou koncových bodech vektoru. Pokud známe prostorové sou adnice jednoho z koncových bod (X, Y, Z), lze p i znalosti GPS vektoru spo ítat sou adnice bodu druhého. GPS vektor je dán rozdíly jednotlivých prostorových sou adnic obou koncových bod vektoru – složkami dX, dY, dZ. Ur ení t chto sou adnicových rozdíl je cílem výpo tu GPS vektoru.

Postup výpo tu 1) Založení projektu (New Project) Použití položek File - New Project. Název projektu musí být v rámci daného po íta e unikátní (nelze použít název který už n kdo používá).

- 90 (140) -


Je nutné zvolit adresá do kterého je možné zapisovat! Volba Time Zone nemá na výpo et vliv.

Obr. 48 - Založení nového projektu

- 91 (140) -


2) Import GPS dat Použití položky Import. Pro zobrazení soubor je nutné nastavit Files of Type (nap . GPS200..., RINEX a pod.).

Obr. 49 - Import nam ených dat

- 92 (140) -


Obr. 50 - P ipojení dat k projektu tla ítkem Assign

Po p ipojení zav ít okno tla ítkem Close. Body 2) a 3) opakovat pro data ze všech aparatur (minimáln 2).

- 93 (140) -


3) Vložení sou adnic referen ní stanice Vkládají se prostorové sou adnice známého (referen ního) bodu. Na bod se klikne pravým tla ítkem myši a zvolí se Properties, vypln ní tabulky viz obr. 4.

Obr. 51 - Vložení sou adnic referen ního bodu

- 94 (140) -


4) Výpo et vektoru Použití záložky Data-proc. Objeví se grafické znázorn ní asového pr b hu m ení. Jednotlivá m ení se ozna í pravým tla ítkem myši a nastaví jako Ref. (m ení na známem bod ) nebo Rover (ur ované body).

Obr. 52 - Ozna ení referen ního bodu ( ervená barva) a ur ovaných bod /aparatura rover (zelená barva)

- 95 (140) -


Nastavení parametr výpo tu Použití položky Data Processing. (vyžaduje hlubší znalosti, rad ji nem te)

Obr. 53 - Nastavení parametr výpo tu vektor

- 96 (140) -


Spušt ní výpo tu použití položky Data Processing - Process

Obr. 54 - Výpo et vektor

- 97 (140) -


Uložení výsledk Pokud ve sloupci Ambiguity Status jsou údaje yes, uloží se výsledky pravým tla ítkem myši (Store) Pokud je uvedeno no nebo yes* výpo et neprob hl uspokojiv , zkonzultujte s vyu ujícím.

Obr. 55 - Uložení výsledk výpo tu pravým tla ítkem

- 98 (140) -


Protokol o výpo tu vektoru je pod položkou Logfile, uložení protokolu pomocí pravého tla ítka myši.

Obr. 56- Protokol o výpo tu (Logfile), uložení souboru pravým tla ítkem myši

5) Po úsp šném výpo tu vektoru a uložení protokolu je tato ást zpracování hotova. Výsledky jsou uvedeny v protokolu o výpo tu (parametry vektoru dX, dY, dZ v etn st edních chyb), sou adnice ur ených bod (X, Y, Z) jsou pod záložkou Points. P ed p evodem výsledk do rovinných sou adnic (S-JTSK) je nutné projekt nejprve zav ít (nap . položkou File – Close).

- 99 (140) -


8.1.3.2 Transformace do S-JTSK Výsledkem bodu I jsou sou adnice ur ovaných bod v prostorovém geocentrickém systému WGS 84. V tšinou je nutné je p evést do rovinného kartografického zobrazení, nap . do systému JTSK. Bude se tedy jednat o prostorovou transformaci. P i použití technologie GPS je nutné vždy ešit i výšky. Vytvo ení transforma ního klí e a jeho použití pro transformaci konkrétního projektu do S-JTSK je obsahem této pasáže.

Postup výpo tu 1) Založení nového sou adnicového systému (lokální realizace systému JTSK) P epnout se použitím položek Management – Coordinate Systems. Pravým tla ítkem vytvo it nový Coordinate System. Nastavení viz obr. 10. Název systému je nezávislý na názvu projektu, lze zvolit libovoln .

Obr. 57 - Založení nového sou adnicového systému

- 100 (140) -


2) Založení nové sou adnicové sady (seznamu bod se sou adnicemi v jednom ze systém )) P epnout se použitím položek Management – Coordinate Sets. Pravým tla ítkem vytvo it nový Coordinate Set. Je nutné vytvo it dv sady, obsahující identické body. V jedné sad jsou uvedeny sou adnice bod v systému WGS 84, v druhé sad sou adnice v systému JTSK. Nastavení sady v systému WGS 84, viz obr. 11. Je vhodné zvolit název sady tak, aby v sob obsahoval i použitý sou adnicový systém.

Obr. 58 - Založení sady bod v systému WGS84

- 101 (140) -


3) Otev ení sady použitím pravého tla ítka Body se vkládají použitím položek Edit – New point. Ukázka vypln ní viz obr. 12. Sou adnice lze vkládat p es klipboard (Ctrl + C, Ctrl + V). Body se ukládají tla ítkem Apply nebo OK.

Pozor: N které verze programu SKI-Pro obsahují chybu. U položky Height Mode (typ výšek) musí být zatrhnuta varianta Ellipsoidal. Pokud je zatrhnuto Orthometric výsledek transformace bude zcela chybný! Zatržení není p itom možno zm nit. Nápravy je možné dosáhnout zav ením a vymazáním práv založené sou adnicové sady, vytvo ením nové sady s volbou Coordinate type – Local. Na názvu sady nezáleží. Po otev ení této sady nastavíte Height Mode na Ellipsoidal (zde to jde), vložíte jeden vymyšlený bod a sadu op t zav ete a vymažete. Znovu se pokusíte založit sou adnicovou sadu pro WGS 84 (postup na p edchozí stran ). Obr. 59 - Vkládání bod do sady WGS84

- 102 (140) -


4) Založení sou adnicové sady v systému JTSK Postup je obdobný jako v bod 2), nastavení viz obr. 13. Položka Coordinate System musí obsahovat název Sou adnicového systému založeného v bod 1)

Obr. 60 - Založení sady bod v systému S-JTSK

- 103 (140) -


5) Otev ení sady v systému JTSK a vložení bod Postup obdobný bodu 3), p íklad viz obr. 14. U položky Height Mode zatrhnout variantu Orthometric. Poznámka Ozna ení typ sou adnic v programu: Geodetic – zem pisná ší ka, zem pisná délka, výška Cartesian – pravoúhlé prostorové sou adnice X, Y, Z Grid – pravoúhlé rovinné sou adnice a výška

Obr. 61 - Vkládání bod – sada S-JTSK

6) Vytvo ené sady je nutno p ed dalším pokra ováním zav ít (nap . File – Close).

- 104 (140) -


7) Spušt ní aplikace pro vytvo ení transforma ního klí e a výb r sad sou adnic pro transformaci Spušt ní pomocí položek Tools – Datum and Map. V levém horním okn ozna it sadu v systému WGS 84. V levém dolním okn ozna it sadu v systému JTSK.

Obr. 62 - Datum and Map – výb r sad. Naho e WGS84, dole S-JTSK

- 105 (140) -


8) Zobrazení obou sad sou adnic Zobrazíme pomocí záložky Match. Ob sady musí obsahovat stejné body.

Obr. 63 - Datum and Map, záložka Match - naho e ob sady sou adnic

- 106 (140) -


9) Nastavení typu transformace Spustí se pravým tla ítkem (Configuration), nastavení viz obr. 17.

Obr. 64 - Datum and Map – nastavení

- 107 (140) -


10) Vzájemné p i azení bod P i azení bodu pravým tla ítkem a volbou Auto Match.

Obr. 65 - Datum and Map – automatické p i azení bod (Auto Match)

- 108 (140) -


11) Výsledek transformace Zobrazí se použitím záložky Results. Zobrazí se odchylky v jednotlivých souadnicích. Maximální odchylky v jednotkách centimetr (výjime n decimetr ). P i p ekro ení odchylek nutno transformaci opakovat nebo upravit výb r bod . Uložení výsledku transformace pravým tla ítkem.

Obr. 66 - Datum and Map, záložka Results – sou adnicové odchylky na jednotlivých bodech, uložení výsledk pravým tla ítkem myši.

- 109 (140) -


12) Zadání názvu transforma ního klí e P ed uložením program žádá název transforma ního klí e. Zárove se vytvo í stejnojmenný sou adnicový systém (lokální realizace systému JTSK). Pozor: Sou adnicový systém založený v bod 1) byl jen pomocný, dále budeme pracovat se sou adnicovým systémem vytvo eným v tomto bod . Název samoz ejm musí být rozdílný.

Obr. 67 - Datum and Map – zadání názvu transforma ního klí e

- 110 (140) -


13) Vytvo ení protokolu o transformaci Protokol se vytvo í záložkou Report. Obsahuje informace o transformaci. Uložit ho lze pomocí ikony otev ené obálky se šipkou. Je nutné nastavit Formát a Destination (nap . podle obr. 21).

Obr. 68 - Datum and Map – uložení protokolu transformace (po poklepání na ikonu otev ené obálky naho e na lišt )

14) P ed dalším krokem je vhodné zav ít všechny otev ené položky (projekty, sou . systémy i sady).

- 111 (140) -


15) Zm na sou adnicového systému projektu Použitím položek File – Open Project otev ít seznam projekt . U vybraného projektu pravým tla ítkem otev ít Properties.

Obr. 69 - Zm na Coordinate System p i otvíraní projektu (kliknout na projekt pravým tla ítkem – Properties)

- 112 (140) -


V záložce Coordinates zm nit Coordinate System na nov vytvo ený (lokální realizaci S-JTSK)

Obr. 70 - Zm na sou adnicového systému (Coor. Systém)

- 113 (140) -


16) Zm na zobrazovaných sou adnic v projektu V otev ené projektu p ejít na záložku Points. V záhlaví sloupce stisknout pravé tla ítko myši a zm nit Coord. System na Local a Coord. Type na Grid.

Obr. 71 - Projekt – zm na Coord. System na Local a Coord. Type na Grid.

17) Zkontrolovat sou adnice alespo jednoho bodu jehož sou adnice v S-JTSK jsou známé! Pokud se sou adnice liší, transformace prob hla neúsp šn !!! Pokud jsou sou adnice stejné (rozdíly max v cm), je výpo et v po ádku.

- 114 (140) -


18) Sou adnice pro další zpracování m žete opsat nebo uložit. Nejjednodušší varianta je v záložce body ozna it všechny body a pravým tla ítkem zvolit Save as… Objeví se následující okno:

Obr. 72 - Uložení bod

Lze volit formáty txt, prn (obdoba txt) a cvs. Poslední formát lze p ímo na íst do Microsoft Excel a z n j vytisknout.

Poznámka: Poslední verze SKI-Pro (3.x) obsahuje n které zm ny, z nichž nejvýznamn jší je nemožnost zpracování dat z p ijíma používajících techniku squaring (data s faktorem vlnové délky 2).

8.2

Vyhodnocení v reálném ase

DGPS – diferen ní ur ování polohy je metodou zp esn ní výsledk kódových m ení využíváním tzv. diferen ních korekcí, které poskytuje referen ní p ijíma umíst ný na známém bod . Nutný je tedy datový p enos mezi referen ní stanicí a roverem zajiš ovaný radiovým spojením. P esnost autonomního ur ení polohy se tak zvýší asi na 1 m. RTK – kinematická metoda v reálném ase je založena na spole ném zpracování fázových m ení referen ní stanice a roveru. Nutné je kontinuální rádiové spojení obou p ijíma , aby mohla být data z referen ní stanice plynule p edá-

- 115 (140) -


vána na rover a tam pomocí speciálního software vyhodnocena s mimimálním zpožd ním n kolika sekund, tedy prakticky v reálném ase. M ení GNSS RTK v reálném ase vyžadují vyšší frekvence záznamu dat ( 1Hz). Inicializace se provádí za pohybu (OTF) – ešení ambiguit "on the fly" vyžaduje velmi dobrá kódová m ení pokud možno na obou frekvencích, C/A kód v zásad neposta uje. Používá se lineárních kombinací s v tší vlnovou délkou (Wide-Lane, Melbourne-Wübbena). Kritická je zde možnost výskytu multipath efektu, který siln ovliv uje kvalitu kódových m ení. Následující Obr. 73 ilustruje charakteristickou blokovou strukturu komer ního programu pro zpracování GNSS dat.

Obr. 73 - P íklad struktury komer ního GPS software (Rothacher 2005)

- 116 (140) -


- 117 (140) -

Formáty GNSS datových soubor

9

P evod výsledk do S-JTSK

P edpokládejme, že metodami GNSS byly získány prostorové sou adnice bod v geocentrickém prostorovém sou adnicovém systému vázaném na eu-asijskou kontinentální desku (sou adnicový systém ETRS a jeho realizace ETRF-89). Dále p edpokládejme, že v tomto systému (rámci) známe jak sou adnice identických bod (tj. bod u nichž známe sou adnice i v S-JTSK), tak i sou adnice nov ur ených bod , které chceme p etransformovat do sou adnicového systému JTSK. Problematikou transformace se bude zabývat tato kapitola.

9.1

Sou adnicový systém ETRS

Protože euroasijská kontinentální deska se pohybuje rychlostí asi 27 mm za rok severovýchodním sm rem, bylo nutno z ryze praktických d vod definovat sou adnicový systém, který by byl pro Evropu „stálý“, tzn. že by geodetické body prakticky nem nily svoje sou adnice v ase. ETRS-89 byl volen tak, že je unášen euro-asijskou deskou a relativní zm ny sou adnic jsou vzhledem ke geologické stavb Evropy asi o jeden ád menší. Výjimku tvo í oblasti s v tší dynamikou zemského povrchu (nap . Turecko a ecko). V eské republice byl sou adnicový systém ETRS-89 realizován prost ednictvím m ických kampaní aparaturamy GPS. •

v roce 1991 bylo zam eno (p ipojeno) v eskoslovensku celkem 6 bod , z toho 3 body jsou nyní v eské republice ( R) a 3 body ve Slovenské republice (SR),

•

v roce 1992 bylo zam eno v eskoslovensku 19 bod , 10 v R a 9 v SROV. Podle názvu m ické kampan CS-NULRAD-92 se tyto body nazývají body nultého ádu se zkratkou NULRAD,

•

v roce 1993 bylo zam eno v R dalších 6 bod (CS-BRD-93),

•

v letech 1993 a 1994 bylo v R zam eno celkem 176 bod v n kolika kampaních, tyto body byly navázány na sí bod NULRAD a doplnili ji. T mto bod m se proto íká body sít DOPNUL. V tšina bod byly body Základního bodového pole (trigonometrické body obvykle vyššího ádu)

•

v letech 1996 až 2006 Zem m ický ú ad postupn zhuš oval metodou GPS sí bod DOPNUL v rámci tzv. „výb rové údržby“. Byly vybírány trigonometrické body s dobrým obzorem v hustot asi 4 body na jeden triangula ní list (10 x 10 km). Celkem bylo ur eno v sou adnicovém systému ETRS-89 v eské republice 3094 bod .

Na Obr. 74 je vykresleno rozložení bod sítí NULRAD a DOPNUL. P esnost výsledných sou adnic je charakterizována standardní odchylkou (st ední chybou) 2 cm v polohových sou adnicích (ve sm ru sever-jih, východ-západ) a 4 cm v elipsoidické výšce.

- 119 (140) -


Obr. 74 – Sít NULRAD a DOPNUL

Protože zam ené body jsou sou asn body trigonometrickými, známe tak na bodech prostorové sít sou asn prostorové sou adnice X,Y,Z v systému ETRF89 s rovinnými sou adnicemi y,x v S-JTSK a výškami H ve výškovém systému Bpv. Prostorové kartézské (pravoúhlé) geocentrické sou adnice X, Y, Z lze snadno p evést na geodetické zem pisné sou adnice tj. geodetickou zem pisnou ší ku , geodetickou zem pisnou délku a elipsoidickou výšku h. Z hlediska výšek tak máme pro jeden bod ur eny dv výšky a to elipsoidickou výšku h vztaženou k elipsoidu GRS80 a „nadmo skou výšku“ H ve výškovém systému Bpv.

9.2

Sou adnicový systém JTSK

9.2.1

Stru ná historie budování systému

Po vzniku eskoslovenské republiky v roce 1918 bylo zahájeno budování nového sou adnicového systému, který by se stal základem pro práce v katastrálním mapování. Budováním systému byl pov en Ing. Josef K ovák, proto se tento systém a jeho sou adnice též nazývají K ovák v systém a K ovákovy sou adnice. Systém byl definován na bázi vyrovnání trigonometrické sít I. ádu zam ené v letech 1920 – 1927 a vyrovnané v roce 1928. Rozm r, poloha a orientace sít na Besselov elipsoidu byly p evzaty nep ímo pomocí transformace 42 bod sít rakouské vojenské triangulace (Obr. 75). Sí I. ádu byla v následujících letech dopln na a postupn zahuš ována trigonometrickými body II. až V. ádu (1928 až 1957). Sí má vysokou relativní p esnost (10 – 20 mm mezi dv ma sousedními trigonometrickými body), ale vykazuje lokální sm rové a délkové deformace.

- 120 (140) -


Obr. 75 - Trigonometrická sí I. ádu– stav v roce 1936

Klady a a zápory S-JTSK: -

velká hustota bod sít (47 tis. bod ), st . vzdál. bod 1,5 – 2 km,

-

vysoká relativní p esnost (mezi sousedními body ~ 1-1,5 cm),

-

lokální deformace délek (místní m ítko délek až 3cm/1km),

-

pooto ení sít asi 8“ až 12“ a absolutní posun sít v poloze ~ 300 m,

-

kartografické zobrazení zvolené jen pro eskoslovensko, špatná návaznost na sousední státy.

9.2.2

Kartografické zobrazení

V systému Jednotné trigonometrické sít katastrální (S-JTSK) je použito pro p evod zem pisných sou adnic z Besselova elipsoidu do kartografické roviny konformní kuželové zobrazení v obecné poloze se dv ma nezkreslujícími se kartografickými rovnob žkami (tzv. K ovákovo zobrazení). Na Obr. 76 je znázorn no schéma p evodu zem pisných sou adnic na sou adnice rovinné. Schéma lze popsat následujícím postupem: 1. P evod geodtických zem pisných sou adnic z Besselova elipsoidu na sférické zem pisné sou adnice na Gaussov kouli, 2. p evod sférických sou adnic na kartografické sou adnice na kouli s posunutým kartografickým pólem, 3. p evod kartografických sou adnic na polární kuželové sou adnice (souadnice na plášti kužele)

- 121 (140) -


4. p evod polárních kuželových sou adnic na pravoúhlé sou adnice v rovinn kartografického zobrazení.

Obr. 76 - Schema p evodu zem pisných sou adnic na rovinné

Matematické vztahy pro jednotlivé kroky p evodu: ad 1) U ϕ 1 − e sin ϕ tg + 45 o = k ⋅ tg α + 45 o ⋅ 2 2 1 + e sin ϕ

αe 2

, V = α ⋅ λ , ∆V = α ⋅ (42 o 30′ − λ F ) ,

α = 1,000597498372 r = 6380703,61054 m e 2 = 0,00667437223061 r ′ = r ⋅ 0,9999 = 6380065,54018 m

λG ≈ λ F − 17 o 40′

ad 2) sin Š = sin U k sin U + cos U k cos U cos(Vk − V ) sin D =

cos U sin(Vk − V ) cos Š

U k = 59o 42′42,69689′′ → 30o17′17,30311′′ Vk = 42o31′ 31,41725′′

- 122 (140) -


ad 3) tg n R = Ro tg n

Šo + 45o 2 Š 2

D′ = n D

+ 45o

(

)

n = sin Šo = sin 78o 30′ = 0,979 924 7046 Ro = 1 298 039,0046 m

ad 4)

D´ R

X = R cos D′ Y = R sin D′ délkové zkreslení : nR r cos Š m ∈ (0,99990 ; 1,00014)

m=

resp.(−10cm / 1km ; + 14cm / 1km)

Podrobn jší popis p evodu p ekra uje rámec tohoto studijního textu zam eného na družicové metody. Studenti jsou s ním podrobn seznámeni v p edm tu Matematická kartografie. Tam jsou též uvedeny vzorce pro zp tný p evod z roviny kartografického zobrazení na zem opisné dou adnice na Besselov elipsoidu. Jedná se vlastn o inverzní úlohy k jednotlivým krok m p evodu. Inverzním p evodem m žeme zístat z rovinných sou adnic bodu v S-JTSK jeho geodetické zem pisné sou adnice na Besselov elipsoidu. Doplníme-li tyto zem pisné sou adnice ješt o t etí sou adnici, tj. o elipsoidickou výšku (nad tímto elipsoidem) m žeme je snadno p evést na prostorové pravoúhlé sou adnice vázané ke st edu Besselova elipsoidu. Elipsoidickou výšku získáme jako sou et výšky nadmo ské (ve výškovém systému Bpv) a odlehlosti kvazigeoidu od elipsoidu (z vhodného modelu kvazigeoidu).

9.3

Prostorová podobnostní transformace

P edpokládejme, že nyní máme k dispozici množinu identických bod u kterých známe prostorové pravoúhlé sou adnice X, Y, Z vázané na elipsoid GRS80 (ETRS-89) a prostorové pravoúhlé sou adnice U, V, W vázané na Bessel v elipsoid p evodem y S-JTSK a Bpv.

- 123 (140) -


Prostorovou sedmiprvkovou podobnostní transformací m žeme získat transforma ní klí mezi t mito dv ma soustavami sou adnic. Protože ur ujeme 7 neznámých koeficient (3 posuny, 3 rotace a m ítko), musíme mít více než 2 identické body – v praxi minimáln 3 identické body se sou adnicemi v obou systémech. P i v tším po tu identických bod ur íme koeficienty transforma ního klí e vyrovnáním. Význam koeficient translace (vzájemný posun po átk obou sou adnicových systém ) a rotací (pooto ení kolem jednotlivých sou adnicových os) je z ejmý z Obr. 77. Z

W

P vodní soustava O1, U, V, W V

O1 z0

U

O2

Nová soustava O2, X, Y, Z

Koeficienty transformace : Y Translace (posun po átk ) x0 , y0 , z0

x0

Rotace (kolem všech t í os)

y0

,

M ítko

X

, m

Obr. 77 – Prostorová podobnostní transformace

Matematicky lze prostorovou podobnostní transformaci popsat následovn :

x = x0 + m ⋅ R ⋅ u x x= y , z 1 Rx = 0

x0 x 0 = y0 , z0

0

0

cos α

sin α

0 − sin α

u R = Rx ⋅ R y ⋅ Rz , u = v . w

cos β Ry =

cos α

0 − sin β

0

1

0

sin β

0

cos β

cos γ Rz = sin γ 0

− sin γ

0

cos γ

0

0

1

Matice rotací R bude vznikne vynásobením t í díl ích maticí rotací Rx, Ry a Rz kolem jednotlivých os. Její tvar bude: cos β cos γ R = sin α sin β cos γ − cos α sin γ cos α sin β cos γ + sin α sin γ

cos β sin γ

− sin β

sin α sin β sin γ + cos α cos β cos α sin β sin γ − sin α cos γ

sin α cos β cos ε cos β

- 124 (140) -


Aplikujeme-li prostorovou podobnostní transformaci na geodetický problém transformace dvou blízkých sou adnicových systém (st edy obou systém jsou blízko sebe – Bessel v elipsoid má st ed v blízkosti st edu Zem ), sou adnicové systémy jsou skoro rovnob žné (jen malé úhly rotací) a m ítko obou systém je skoro identické, m žeme provést celou adu zjednodušení. Zjednodušený systém lze popsat následovn :

x dx u µ y = dy + v + − ε γ z dz w εβ

εγ µ − εα

−εβ

εα µ

u ⋅ v w

Detailn jší výklad podobnostní transformace p ekra uje problematiku tohoto studijního textu. Dodejme jen, že programové prost edky každého vyhodnocovacího softwaru nabízejí tento typ transformace obvykle ve dvou modifikacích: -

Burša.Wolfova transformace,

-

Molod nského – Badekasova transformace .

Druhá transformace využívá t žišt identických bod . Koeficienty obou transormací bývají identické.

9.4

Schéma p evodu

V této stati bude nakresleno schéma p evodu mezi systémy ETRS-89 a S-JTSK dopln né výškami v Bpv. ETRF-89 Identické body + nov ur ené body (X, Y, Z)ETRF

Bpv Výšky bod

HBpv

Model kvazigeoidu S - JTSK Identické body (Y, X)JTSK

Transformace mezi elipsoidy (transforma ní klí z identických. bod )

P evod ( , , h)BESSEL na (X, Y, Z)BESSEL

P evod na , na Besselov elipsoidu

Transformace podrobných i identických bod na (X, Y, Z)BESSEL

P evod na ( , , h)BESSEL

P evod na JTSK (Y, X) a HBpv + dotransformace ?

Uvedené schéma využívá k transformaci identické body, které by m li zajistit návaznost na místní „pom ry“ K ovákova zobrazení a jsou tedy pro p esn jší aplikace omezeny velikostí zvoleného území. Jednotný transforma ní klí pro celou eskou republiku, který dopl uje transformaci o dopl kové korekce byl vyvinut v souvislosti s vytvá ením integrovaného systému S-JTSK/05. - 125 (140) -


- 126 (140) -


10


10.1 RINEX formát RINEX (Receiver Independent Exchange) formát m ených GPS dat je dohodnutý ASCII formát umož ující datové p enosy mezi r znými typy GPS aparatur a r znými vyhodnocovacími programovými systémy. V tšina t chto program má možnost vstupu a výstupu RINEX formátu dat a obsahují též programy pro vzájemnou konverzi dat v "surovém" interním (binárním) formátu a v RINEX formátu. Tak lze zpracovávat GPS m ení z kampaní, p i nichž byly použity r zné typy aparatur. Pot eba univerzálního vým nného formátu pro GPS data se objevila koncem osmdesátých let v souvislosti se zpracováním velkých mezinárodních GPS kampaní (CIGNET, EUREF). První verze RINEX formátu byla p ijata r.1989, avšak ihned v následujícím roce byly provedeny n které zm ny a p ijata druhá verze (RINEX v.2). V posledním období prošel RINEX formát n kolika úpravami v souvislosti s využíváním systému GLONASS, zahrnujících p edevším soubory smíšených GPS/GLONASS m ení, definici GLONASS asového systému, soubory GLONASS naviga ních dat atd. Sou asn platný tvar RINEX formátu verze 3.0 lze najít v IGS CBIS (Central Bureau Information System). P ístup do CBIS je prost ednictvím po íta ové informa ní sít INTERNET. Adresa uzlu je sideshow.jpl.nasa.gov a p íslušný soubor je v adresá i igscb\data\format\ . V rámci této verze jsou definovány t i typy soubor : • soubor m ených dat, • soubor vysílaných (broadcast) družicových naviga ních dat, • soubor meteorologických údaj . Doporu ené názvy a p ípony t chto soubor ukazuje následující tabulka . 14: Tabulka 14 Názvy a p ípony RINEX datových soubor Typ

ASCII

souboru

soubor

m ení

Komprimovaný soubor UNIX

VMS

DOS

ssssdddf.yyO ssssdddf.yyO.Z ssssdddf.yyO_Z

ssssdddf.yyY

naviga ní ssssdddf.yyN ssssdddf.yyN.Z ssssdddf.yyN_Z

ssssdddf.yyX

meteo kde

ssssdddf.yyM ssssdddf.yyM.Z ssssdddf.yyM_Z ssssdddf.yyW

ssss

je ty místný textový kód stanice,

ddd

je po adové íslo dne (v roce) prvního záznamu,

f

je po adové íslo seance v tomto dni,

yy

je poslední dvoj íslí roku. - 127 (140) -


P íklad: soubor TUBO3401.94O je RINEX soubor GPS m ení prvního datového intervalu ze dne 22.11.1994 (DOY 340) na stanici TUBO . Každý RINEX soubor se skládá ze záhlaví a sekce obsahující vlastní data. V záhlaví jsou uvedeny informace popisující obsah souboru a údaje, které z stávají beze zm ny po celou dobu observace, jako nap íklad typ souboru, název stanice (bodu), typy m ených dat, p ibližná poloha, údaje o výšce antény a jejích p ípadných excentricitách, a další údaje). Pro lepší itelnost obsahuje každý ádek záhlaví v pravé ásti (pozice 61-80) textový deskriptor obsahu záznamu. Záhlaví soubor formátu RINEX je zakon eno textem END OF HEADER. RINEX soubory jsou dob e itelné a je na nich patrná skladba datových záznam v jednotlivých typech soubor .

Soubor m ení je složen z blok obsahujících fázová m ení na jedné nebo na obou frekvencích ( L1 , L2 ), kódová m ení pseudovzdáleností - C/A kód na první frekvenci ( C1 ) , P kód na první nebo na obou frekvencích ( P1 , P2 ), které p ísluší jednotlivým epochám m ení. Každý blok je uveden ádkem s údajem data, asu, po tu a PRN p ijímaných družic, a nepovinn údaj o oprav asu hodin p ijíma e (který se odchyluje od systémového asu GPST zpravidla mén než 1 ms). Pseudovzdálenosti jsou vyjád eny v délkových jednotkách (m) , fázové hodnoty jsou kontinuáln m eny v cyklech nosné vlny, p i emž data zaznamenaná p ijíma i používajícími techniku squaring musí být ozna ena p íslušným faktorem vlnové délky 2. N které p ijíma e zaznamenávají ješt m ení dopplerovské frekvence v jednotkách Hz ( D1 , D2 ) , která zpracovávají n které speciální vyhodnocovací software. Všechny hodnoty zaznamenávaných veli in mají p esn definovaný formát, jejich po et a vzájemné po adí se mohou lišit podle typu p ijíma e. RINEX v.2 umož uje bezproblémový záznam rapid static a kinematických dat po ízených mobilním p ijíma em. Ukázka za átku RINEX souboru GPS m ení je v následující tabulce . 15.

- 128 (140) -


Tabulka 15 RINEX datový formát – observa ní data 2

OBSERVATION DATA

OBSTORNX

Version 1.08

RINEX VERSION / TYPE 16-APR-94 09:20

PGM / RUN BY / DATE OBSERVER / AGENCY

P1

MARKER NAME

1

MARKER NUMBER

101321

SR299

2.10

094617

internal

REC # / TYPE / VERS ANT # / TYPE

4001501.5020

1192353.3559

4805810.6334

0.1920

0.0000

0.0000

1

2

4

C1

L1

P2

L2

1994

4

16

5

55

APPROX POSITION XYZ ANTENNA: DELTA H/E/N WAVELENGTH FACT L1/2 # / TYPES OF OBSERV

0.000000

TIME OF FIRST OBS END OF HEADER

94

4 16

5 55

0.0000000

0

6G27G16G19G 2G18G26

-0.000000063

20091046.473

105579170.817 8

20091043.701

82269604.389 8

20947699.072

110080908.610 8

20947696.356

85777451.809 8

21136378.572

111072428.075 8

21136376.398

86550064.039 8

23326139.038

122579730.989 7

23326137.004

95516793.664 7

23673772.469

124406533.002 6

23673771.743

96940275.806 6

24125970.030

126782848.219 5

0.000

0.000 0

94

4 16

5 55 30.0000000

0

6G27G16G19G 2G18G26

20090657.240

105577125.381 8

20090654.704

82268010.513 8

20942983.473

110056130.967 8

20942981.078

85758144.530 8

21147903.179

111132989.289 8

21147900.807

86597254.566 8

23307539.123

122481989.778 7

23307537.713

95440631.674 7

23692201.177

124503379.516 6

23692200.522

97015740.575 6

24108648.596

126691823.469 5

24108648.022

98721021.47115

94

4 16

5 55 60.0000000

0

6G27G16G19G 2G18G26

20090367.166

105575601.033 8

20090364.626

82266822.689 8

20938381.370

110031946.752 8

20938378.969

85739299.665 8

21159502.193

111193944.522 8

21159500.197

86644752.131 8

23288982.319

122384475.114 7

23288981.536

95364646.232 7

23710661.990

124600391.743 6

23710661.317

97091334.443 6

24091348.125

126600910.883 5

24091347.442

98650180.486 6

94

4 16

5 56 30.0000000

0

6G27G16G19G 2G18G26

20090162.479

105574525.399 8

20090159.935

82265984.514 8

20933878.513

110008286.079 8

20933876.733

85720862.760 8

21171156.214

111255188.816 8

21171154.348

86692474.931 8

23270451.946

122287096.345 7

23270450.730

95288766.681 7

23729142.415

124697509.027 7

23729142.350

97167010.185 6

24074053.404

126510029.510 5

24074052.543

98579363.770 6

-0.000000008

0.000000021

0.000000072

Soubor naviga ních dat obsahuje orbitální data všech p ijímaných družic, parametry hodin družic, informaci o stavu (zdraví) aparatur na družicích a o ekávanou p esnost m ení pseudovzdáleností. Jsou v n m obsaženy všechny naviga ní zprávy p ijaté GPS p ijíma em v dob m ení, tj. pokrývající asový interval observa ní seance. Ukázka za átku naviga ního RINEX souboru je v tabulce . 16.

- 129 (140) -


Tabulka 16 RINEX datový formát – naviga ní data 2

NAVIGATION DATA

EPHTORNX

Version 1.08


PGM / RUN BY / DATE END OF HEADER

27 94

4 16

6

0

0.0 0.260057859123D-04 0.113686837722D-11 0.000000000000D+00

0.000000000000D+00 0.711875000000D+02 0.462233540333D-08-0.114009248984D+01 0.359676778316D-05 0.109299337491D-01 0.931508839130D-05 0.515376197052D+04 0.540000000000D+06-0.176951289177D-06 0.108278247074D+01-0.149011611938D-07 0.949192039418D+00 0.197156250000D+03 0.237139079897D+01-0.813569567271D-08 0.607168135214D-11 0.100000000000D+01 0.744000000000D+03 0.000000000000D+00 0.700000000000D+01 0.000000000000D+00 0.139698386192D-08 0.000000000000D+00 0.000000000000D+00 16 94

4 16

6

0

0.0-0.718906521797D-04-0.341060513165D-12 0.000000000000D+00

0.137000000000D+03-0.187500000000D+00 0.504092412257D-08-0.249617684216D+01 0.126659870148D-06 0.829179421999D-03 0.632368028164D-05 0.515357171440D+04 0.540000000000D+06 0.223517417908D-07-0.962616131203D+00 0.100582838058D-06 0.958223036487D+00 0.256031250000D+03-0.171783802360D+01-0.822462808969D-08 0.195365279509D-09 0.100000000000D+01 0.744000000000D+03 0.000000000000D+00 0.700000000000D+01 0.000000000000D+00 0.512227416039D-08 0.137000000000D+03 0.000000000000D+00 19 94

4 16

6

0

0.0 0.209426507354D-04 0.238742359215D-11 0.000000000000D+00

0.189000000000D+03 0.753437500000D+02 0.480234296774D-08 0.494357874916D+00 0.390782952309D-05 0.475405249745D-04 0.942870974541D-05 0.515366660881D+04 0.540000000000D+06-0.117346644402D-06 0.107083601106D+01-0.186264514923D-07 0.935718505392D+00 0.185156250000D+03 0.117096719158D+01-0.810212341662D-08 -0.169649919113D-09 0.100000000000D+01 0.744000000000D+03 0.000000000000D+00 0.700000000000D+01 0.000000000000D+00 0.419095158577D-08 0.189000000000D+03 0.000000000000D+00 2 94

4 16

6

0

0.0-0.835917890072D-04-0.250111042988D-11 0.000000000000D+00

0.450000000000D+02 0.500000000000D+02 0.463769334047D-08 0.270369669004D+01 0.254996120930D-05 0.127047310816D-01 0.364519655704D-05 0.515365771675D+04 0.540000000000D+06-0.158324837685D-06 0.211237128273D+01-0.152736902237D-06 0.954200667156D+00 0.305406250000D+03-0.268275328856D+01-0.817176903922D-08 0.110004581833D-09 0.100000000000D+01 0.744000000000D+03 0.000000000000D+00 0.700000000000D+01 0.000000000000D+00 0.931322574615D-09 0.450000000000D+02 0.000000000000D+00

Soubor meteorologických údaj obsahuje asov p i azené kalibrované povrchové hodnoty barometrického tlaku v jednotkách mb , suché teploty vzduchu v jednotkách oC a relativní vlhkosti vzduchu v % . Každý soubor pokrývá data jedné stanice z ur itého asového intervalu. Ukázka za átku RINEX meteo-souboru jsou v tabulce . 17.

- 130 (140) -


Tabulka 17 RINEX datový formát – meteorologická data

1

METEOROLOGICAL DATA

XL:MET_BATCH


P1

PGM / RUN BY / DATE MARKER NAME

3

PR

TD

# / TYPES OF OBSERV

HR

94

4 16

5 30 00

989.8

10.2

83.6

94

4 16

6 00 00

989.6

10.3

81.9

94

4 16

6 30 00

989.5

10.5

80.6

94

4 16

7 00 00

989.3

10.6

81.4

94

4 16

8 00 00

989.0

10.8

84.2

94

4 16

8 30 00

988.8

11.0

87.4

94

4 16

9 00 00

988.7

11.1

88.8

94

4 16

9 30 00

988.5

11.3

89.3

94

4 16 10 00 00

988.4

11.5

90.2

94

4 16 10 30 00

988.0

11.8

90.7

94

4 16 11 00 00

987.8

12.2

91.5

94 94

4 16 11 30 00 4 16 12 00 00

987.5 987.3

12.7 13.6

94.0 93.8

- 131 (140) -


10.2 SP3 formát p esných efemerid #aP2006

1

3

0

0

0.00000000

## 1356 172800.00000000 +

29

1

+

2

3

4

96 ORBIT IGb00 HLM

IGS

900.00000000 53738 0.0000000000000 5

6

7

8

9 10 11 13 14 15 16 17 18

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

0

0

0

0

0

+

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

+

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

+

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

++

3

4

4

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

4

3

3

++

4

3

3

3

4

3

4

3

4

4

3

3

0

0

0

0

0

++

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

++

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

++

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

%c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %c cc cc ccc ccc cccc cccc cccc cccc ccccc ccccc ccccc ccccc %f

0.0000000

0.000000000

0.00000000000

%f

0.0000000

0.000000000

0.00000000000

0.000000000000000 0.000000000000000

%i

0

0

0

0

0

0

0

0

0

%i

0

0

0

0

0

0

0

0

0

/* FINAL ORBIT COMBINATION FROM WEIGHTED AVERAGE OF: /* cod emr esa gfz jpl mit ngs sio /* REFERENCED TO IGS TIME (IGST) AND TO WEIGHTED MEAN POLE: /* CLK ANT Z-OFFSET (M): II/IIA 1.023; IIR 0.000 *

2006

P

1 -14971.354870

1

3

0

0

0.00000000

P

2

P

3 -11439.611573

21891.436578

9200.207744

63.527166

P

4

-5602.284676

-295.358718

105.825170

P

5 -10401.710279 -21350.822183 -12251.858288

451.965612

P

6

-9699.572533 -16714.842120

18374.199527

178.533048

P

7

16272.837198

-6949.754958 -19345.926035

461.373407

17390.359219 -13136.463416

20858.438879 -12527.455526 26162.738638

28.507411

10176.447680

-23.097401

10.3 Fázová centra GPS antén – NGS formát ANTENNA ID YR/MO/DY

DESCRIPTION

DATA SOURCE (# OF TESTS) |AVE = # in average

[north]

[ east]

[

up ]

| L1 Offset (mm)

[90]

[85]

[80]

[75]

[70]

[65]

[60]

[55]

[50]

[40]

[35]

[30]

[25]

[20]

[15]

[10]

[ 5]

[ 0]

[north]

[ east]

[

| L2 Offset (mm)

[85]

[80]

[75]

[70]

[65]

[60]

[55]

[50]

[40]

[35]

[30]

[25]

[20]

[15]

[10]

[ 5]

[ 0]

[45]

.5

NGS (

71.4

.0

.6

1.4

2.3

3.2

4.1

4.9

5.6

6.1

6.4

6.1

5.5

4.5

3.1

1.3

-.9

.0

.0

-.4

.1

| L2 Phase at | Elevation (mm)

Trimble Zephyr Geodetic with GP

.3

| L1 Phase at | Elevation (mm)

up ]

[90]

TRM41249.00

[45]

6.4

68.2

.0

-.5

-.6

-.5

-.2

.1

.5

.8

1.0

1.0

.9

.6

.2

-.2

-.6

-.8

.0

.0

- 132 (140) -

1.1

4) 01/04/11

Záv r

11

Inženýrské aplikace GNSS

S kompletací systému GPS a se zdokonalováním p ijímacích aparatur a vyhodnocovacích program roste po et jeho geodetických aplikací pro stále náro n jší úlohy. Technologie GPS se používá zejména v oblasti budování bodových polí, uplatn ní nachází v regionálních a lokálních geodynamických projektech. GPS proniká stále více i do oblasti inženýrské geodézie. Jedny z prvních inženýrských aplikací GPS byly v oboru m ení posun . Klasickým p íkladem je m ení posun p ehrad, kde byla GPS technologie poprvé použita v kombinaci s klasickými terestrickými metodami, Pozd ji se objevily autonomní GPS monitorovací technologie, které p inesly zna né ekonomické úspory. Statická GPS metoda za použití progresivního p ístrojového vybavení je schopna nyní poskytovat polohovou p esnost n kolika málo milimetr . GNSS technika je v sou asnosti využívána i v dalších oblastech inženýrské geodézie – p i vyty ování staveb, p i budování primárních systém staveb, v oblasti kontrolních a inventariza ních m ení, a dokonce i p i ízení innosti t žkých stavebních stroj .

11.1 Vyty ování s GNSS Vyty ování p edpokládá použití RTK metody a vyžaduje p ehledný terén bez p ekážek p íjmu družicového signálu. M že se pracovat s dvojicí GNSS p ijíma – reference (base) a rover. Alternativní možností je práce s jedním GPS p ijíma em s navázáním na sí permanentních stanic (nap . CZEPOS). P ed zahájením m ení je ú elné uložit do pam ti p ijíma e soubor sou adnic vyty ovaných bod . P i vyty ování se na grafickém displeji kontroleru zobrazuje poloha vyty ovaného bodu a okamžitá poloha antény p ijíma e spolu s údaji o délkové a sm rové odchylce. Anténou je t eba pohybovat tak dlouho, až se odchylky vynulují (Obr. 78).

Obr. 78 – RTK vyty ování (Leica SR530)

Složitý systém pro vyty ování polohy stavebních konstrukcí byl vyvinut Trimble Navigation Ltd. Tento systém zahrnuje RTK GPS hardware a PC „Target:Structures“ software umož ující efektivní a p esné vyty ování polohy velkých konstrukcí. První zkušenosti s tímto systémem byly získány na Seo-Kang Grand Bridge projektu p es Han River v Soulu, Jižní Korea, kde byl použit pro p esné usazení t žkých ocelových p íhradových mostních díl . Pozd ji byl

- 133 (140) -


vybrán jako hlavní vyty ovací systém pro stavbu 7,8 km dlouhého mostu, který je sou ástí Øresund fixed link mezi Dánskem a Švédskem. Tento projekt zahrnoval p esné polohování keson , patek, pilí , pylon a nosník tvo ících East, Elevated a West bridge sekce. K tomu ú elu bylo Target:Structure software modifikováno tak, aby umožnilo spole né zpracování polohových informací pocházejících z RTK GPS a totálních stanic, ímž byly p ekonány obtíže s p íjmem GPS signálu p i spoušt ní jednotlivých sekcí mostu do jejich kone ného umíst ní.

11.2 Budování ú elových geodetických sítí s GNSS Lokální ú elové sít pro inženýrské projekty i pro m ení posun jsou v sou asné dob budovány p evážn technologií GPS nebo kombinací GPS a terestrických metod (ED, triangulace, geometrická a trigonometrická nivelace). Spole né zpracování r znorodých vyžaduje správné odvození a vzájemné váhování jednotlivých m ených veli in. Formální p esnost vypo tených GPS vektor je indikována nízkými sm rodatnými odchylkami p i vyrovnání seancí. Kvalifikovaný p ístup musí brát v úvahu skute nou fyzikální podstatu družicových a klasických m ení a spolehliv jší odhady p esnosti m ených dat. GNSS metodami je možné budovat lokální geodetické sít pro inženýrské stavby v souladu s plánovanými požadavky p esnosti, homogenní v celém rozsahu, s ekonomickými a asovými úsporami. Jednou z prvních takových aplikací GPS bylo nasazení dvoufrekven ních p ijíma TI 4100 p i budování vyty ovací sít tunelu pod kanálem La Manche, kde se tím umožnilo p esn jší propojení ástí sít na obou stranách kanálu.

11.3 Primární systémy plošných a liniových staveb GNSS technologie nachází použití i p i budování primárních systém (vyty ovacích sítí) pro liniové a plošné stavby. P íkladem v našich podmínkách mohou být ZVS pro vysokorychlostní železni ní koridory, kde se ustálilo schéma stabilizace bod podél budované trati ve vzdálenostech cca 1 km.

11.4 Ur ování geometrických parametr koleje V roce 1996 a 1997 uskute nili pracovníci VUT v Brn n kolik experimentálních m ení za ú elem ov ení použitelnosti GPS metody Stop & Go pro ur ování geometrických parametr koleje. M ení se uskute nilo na vybraných tra ových úsecích celostátních drah. Vesm s se jednalo o rekonstruované úseky a tyto experimenty byly vykonány v rámci rozsáhlejších kontrolních m ení klasickými metodami (p esná nivelace, p esná polární metoda, sm rové protínání). To umož uje vzájemn porovnávat výsledky GPS a klasických m ení. M ilo se dvoufrekven ními GPS aparaturami Leica SR299 a SR399. P i m ení bylo nutné použít n které speciální pom cky, zvlášt pro tento ú el navržené a zhotovené. P edevším se jednalo o speciální nosi GPS antény umož u-

- 134 (140) -

Záv r

jící její upevn ní a centraci nad hlavou kolejnice v podélném i p í ném sm ru spolehliv na 1 - 2 mm. Experimentální m ení se konala celkem na t ech lokalitách. Nejv tší objem prací byl vykonán v lokalit Libice na trati Pod brady Kolín (úsek v p ímé). Další m ení se konala na lokalit Havlí k v Brod Dlouhá T ebová (sm rový oblouk o polom ru 300 m) a na lokalit Stará Boleslav (úsek v p ímé). Tabulka . 18 uvádí výsledky experimentálního stanovení vlivu po tu epoch použitých pro ešení na výslednou výšku bodu ur eného Stop & Go metodou. Vyhodnocení nam ených dat bylo vykonáno ve ty ech variantách (2, 3, 4 a 5 observa ních epoch na každém bod ). Pro tento ú el byla nam ená data p evedena do formátu RINEX a manuáln upravena. Délka vyhodnoceného úseku je cca 207 m , po et zam ených bod je 65. V tabulce 18 jsou vypo teny sm rodatné odchylky pro rozdíly mezi výškami ur enými metodou p esné nivelace (PN) a výškami z vyhodnocení Stop & Go et zc s p íslušnými po ty observa ních epoch. Tabulka 18: Porovnání vlivu po tu epoch

diference

sm rodatná

GPS - PN

odchylka [m]

dH (2 epochy)

0,0092

dH (3 epochy)

0,0091

dH (4 epochy)

0,0089

dH (5 epochy)

0,0091

dH (pr m r)

0,0091

Porovnání velikostí odchylek na jednotlivých bodech je možné v následujícím Obr. 79 . Z uvedených výsledk vyplývá poznatek, že výsledky metody Stop & Go jsou prakticky nezávislé na zvoleném po tu observa ních epoch (tém stejné hodnoty sm rodatných odchylek, výsledné výšky lišící se v hodnotách n kolika milimetr ). Vzhledem ke skute nosti, že rozptyl výškové složky GPS ešení je n kolikanásobn v tší než rozptyl složky horizontální, lze tento poznatek oprávn n zobecnit.

- 135 (140) -


LIBICE 96 - POROVNÁNÍ VLIVU PO TU EPOCH (úsek 1 - 65) 0.015

dH (GPS - PN) [m]

0.005

-0.005

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

-0.015

-0.025

dH(2-PN) dH(3-PN) dH(4-PN)

-0.035

dH(5-PN)

-0.045 stani ení [m]

Obr. 79 - S&G metoda – porovnání vlivu po tu epoch

Dalším experimentem bylo vyhodnocení p esnosti ur ení sm rového pr b hu koleje. Vyhodnocená data pocházejí vesm s z lokality Libice a byla zam ena v letech 1996 a 1997. Observa ní parametry byly ve všech p ípadech stejné (interval záznamu dat 4 sekundy, úhel eleva ní masky 15 deg, 4 observované epochy na každém bod ). V tabulce . 19 jsou sestaveny charakteristiky p esnosti ur ení horizontální složky ve sm ru p í ném k ose koleje. Tabulka 19 : P esnost ur ení sm rového pr b hu koleje lokalita

délka úseku

po et bod

sm rodatná

rok

[m]

n

odchylka [m]

LIBICE 96

55

18

0.0074

LIBICE 96

103

31

0.0042

IBICE 96

125

39

0.0046

LIBICE 96

114

35

0.0042

LIBICE 96

85

26

0.0051

LIBICE 97

42

14

0.0037

LIBICE 97

42

14

0.0048

LIBICE 97

64

20

0.0043

LIBICE 97

35

13

0.0059

- 136 (140) -

Záv r

LIBICE 96 - SM ROVÉ ODCHYLKY KOLEJNICE L (úsek 1 - 39) 0.012 0.010 0.008

sm r.odchylka [m]

0.006 0.004 0.002 0.000 -0.002 20

40

60

80

100

120

140

160

180

-0.004 -0.006 -0.008 -0.010 -0.012 stani ení [m]

Obr. 80 - S&G metoda – sm rové odchylky

Pr m rná hodnota sm rodatné odchylky p í né horizontální složky odtud vychází v hodnot 0,0050 m (resp. 0,0046 m p i vypušt ní maximální hodnoty z prvního ádku tabulky). Tyto hodnoty jsou zcela v souladu s firemními údaji a také s údaji uvedenými v [1]. Pr b h a amplitudy p í ných odchylek jsou ilustrovány v Obr. 80 , kde jsou pro t etí z vyhodnocovaných úsek vykresleny p í né složky GPS diferencí vzhledem k referen ní poloze. Maxima amplitud zde dosahují hodnot ± 10 mm .

11.5 M ení posun stavebních objekt s GNSS M ení posun stavebních objekt jsou velmi náro ná na p esnost a jsou nákladná a asov náro ná. Jedny z prvních inženýrských aplikací GPS byly v oboru m ení posun . Jedná se o sledování stability p ehrad, mostních objekt , v ží, ropných plošin, sesuvových polí, nadloží dol apod. Používá se metoda statická, kinematická, nebo RTK. Pracuje se v režimu epochových, periodických nebo kontinuálních m ení, data jsou odesílána pr b žn na místo online zpracování. P íklad takového m ení posun je na Obr. 81 . Jedná se o kontinuální bezpe nostní m ení betonové klenbové p ehradní hráze, p ipojen je grafický záznam asového vývoje posun . Rovn ž Ústav geodézie VUT v Brn se zabývá dlouhodobým monitorováním posun op ry železni ního mostu a p ilehlého zemního t lesa v kombinaci GPS a klasických geodetických metod v lokalit Ivanického viaduktu.

- 137 (140) -


Obr. 81 - Kontinuální m ení posun p ehradní hráze

11.6 Vedení stavebních stroj pomocí GNSS ízení grader , dozer , scraper i rypadel. Využívá se kombinace p ijíma e GPS a sklonových senzor . GPS pracuje v režimu RTK. GPS p ijíma umíst ný na stroji n kolikrát za vte inu po ítá aktuální polohu radlice, která je pak porovnávána s digitálním projektem stavby. Zjišt né korekce jsou pr b žn posílány na hydrauliku stroje, která automaticky umís uje radlici do požadované výšky a p í ného sklonu (Obr. 82). Uvádí se p esnost výsledk až +/- 1,5 cm.

Obr. 82 GPS ízení innosti stavebních stroj

- 138 (140) -

Záv r

12

Záv r

12.1 Shrnutí Tento studijní text je ur en pro za ínající i pokro ilé uživatele GNSS technologií m ení. Ve výkladu se soust e uje na zatím jediný pln funk ní systém GPS a poskytuje základní p ehled metodiky observace a zpracování nam ených dat až po jejich p evod do rovinné sou adnicové soustavy (S-JTSK). Technologii GPS lze využít p i budování geodetických základ , p i údržb a aktualizaci geodetických sítí. P ednosti GPS lze využít v inženýrské geodézii, p i vyty ovacích pracích, budování speciálních inženýrských sítí, p i m ení posun a deformací, p i inventariza ních m eních i p i ízení práce stavebních mechanism . V posledním období se za íná využívat také v katastrálním vym ování. M ení GPS lze využít p i mapování a ve fotogrammetrii hlavn p i ur ování sou adnic vlícovacích bod , pop ípad ur ování polohy fotogrammetrické komory v okamžiku expozice. Touto metodikou m ení se sníží po et vlícovacích bod na minimum. Kontinuální m ení GPS lze využít pro geodynamické studie. Pohyby litosférických kontinentálních desek nemohly klasické geodetické metody postihnout. Ur ením prostorových sou adnic na bodech nivela ních sítí lze získat s n kolikacentimetrovou p esností výšky geoidu.

12.2 Studijní prameny 12.2.1 Seznam použité literatury [1]

Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., Collins, J. GPS – Theory and Practice. Springer Verlag, Wien 2001

[2]

Hefty, J., Husár, H. Družicová geodézia. Globálny polohový systém. STU, Bratislava 2004

[3]

Mervart, L. Globální polohový systém. VUT, Praha 1994

[4]

Leick, A. GPS Satellite Surveying. John Wiley & Sons, New York 2004

[5]

Rothacher, M. Satellitengeodäsie 1 (Einführung in GPS). TU München 2005

[6]

Seeber, G. Satellite Geodesy. Walter de Gruyter Verlag, Berlin 2003

[7]

Švábenský, O., Fixel, J., Weigel, J. Základy GPS a jeho praktické aplikace. VUT Brno, 1995

[8]

Teunissen, P.J.G., Kleusberg, A. GPS for Geodesy. Springer Verlag, Berlin 1998

[9]

SKI – Static Kinematic Software. User Manual. Leica A.G., Heerbrugg 1993

[10]

SKI – Pro Software. User Manual. Leica A.G., Heerbrugg 1999

- 139 (140) -


[11]

Wild GPS System 200. Technical Reference Manual. Leica A.G., Heerbrugg, 1993

12.2.2 Seznam dopl kové studijní literatury [12]

Guidelines to Stop and Go and Kinematic Surveys. Leica AG, Heerbrugg 1993

[13]

Melicher, J., Fixel, J., Kabelá , J. : Geodetická astronómia a základy kozmickej geodézie. Alfa, Bratislava 1993.

12.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny [14]

GPS World. http//www.gpsworld.com

[15]

GPS Solutions. Springer Verlag.

[16]

Wübbena, G., Schmitz, M., Menge, F., Böder,V., Seeber, G.: Automated Absolute Field Calibration of GPS Antennas in Real-Time. ION GPS 2000, Salt Lake City 2000

[17]

http//www.leica-geosystems.com

- 140 (140) -

VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ SEMINÁ GPS HE09 MODUL 01 METODIKA GPS MENÍ A VYHODNOCENÍ

Recommend Documents