Metody kterými lze z GPS dostat milimetry

Jedná se o metody a postupy měření v oblastech geodézie, kde se snažíme dostat ze systému z hlediska přesnosti co se dá. Zde se můžeme dostat i na milimetrovou přesnost. Geodézie používá diferenciální fázová měření. Vypnutí záměrného rušení SA nemá z hlediska geodetického využití systému žádný význam. Na rozdíl od kódového měření, kdy se za pomocí tranzitního času určí pseudovzdálenost mezi družicí a přijímačem, se při fázovém řešení určuje počet násobků (ambiguit) vlnové délky nosné vlny. Jakmile je určen celočíselný počet ambiguit, sleduje přijímač již jen fázové posuny. Určení ambiguit je poměrně obtížné a hlavně těžko kontrolovatelné zda je správně – existuje celá řada nejednoduchých metod.

Podmínky pro geodetická měření GPS technologií

V geodézii se pro určování polohy bodu využívá fázových pozorování a relativní (diferenciální) způsob určování polohy, kdy měří současně nejméně dva přijímače (nebo využití sítě permanentních stanic) a výsledkem je relativní poloha těchto přijímačů (Relative Positioning). Systém GPS umožňuje též určení absolutní polohy bodu (Point Positioning), ale touto metodou lze dosáhnou pouze přesnosti několika metrů, což je pro geodetické účely zcela nevyhovující a navíc je tato služba (PPS – precise point service) určena jen pro vojenské subjekty. Relativní způsob umožňuje určit souřadnicové rozdíly ve vztažném družicovém systému vzhledem ke geocentrickému bodu, jehož souřadnice jsou známy. Při výpočtu základen do 500 km postačí použít dvojnásobné diference, ovšem pro případné rozsáhlejší sítě je nutné použít trojnásobné diference se zavedením dalších korekcí. V závislosti na účelu a požadované přesnosti sítě lze použít následující metody:

  1. statická (mP = 3 – 5 mm)
  2. rychlá statická (mP = 5 – 10 mm + 1 ppm)
  3. stop and go (mP = 10 – 20 mm + 1 ppm)
  4. kinematická (mP = 20 – 30 mm + 3 ppm)
  5. RTK – real time kinematic (mP = 30 – 50 mm)

Vzhledem k tomu, že při těchto měřeních očekáváme výsledky v řádech centimetrových (viz výše) je nutné splnit několik základních podmínek:

  • současná observace alespoň na dvou bodech
  • dostatečně velká viditelná část oblohy
  • nepřítomnost předmětů způsobujících multipath (vícecestné šíření signálu)

Pro metody statické a rychlé statické které dávají ve výsledku nejpřesnější výsledky je nutné měření plánovat. Hlavní pozornost je nutné věnovat volbě metody a délce observace (měření). Doba observace se volí dle:

  • konfigurace družic během měření
  • počtu viditelných družic během měření
  • stavu ionosféry
  • délky základny
  • překážek v okolí určovaných bodů

Minimální počet družic, které je nutné pozorovat se volí dle použité metody (minimum pro určení výšek 2 družice, pro určení polohy 3 družice, pro prostorové určení 4 družice). Veškeré plánování se provádí na počítači pomocí software. Např. modul Vis-A-Vis výpočetního systému GeoGenius od firmy Spectra Precission.. Po zadání data měření, přibližných souřadnic a výšky stanoviska, úhlu elevační masky získáme údaje o dosažitelnosti družic systémů NAVSTAR GPS a GLONASS (dle aktuálního almanachu). V software je možné interaktivně modelovat případné překážky v měření. Plánovací data se zobrazují v grafické podobě Je možné též zobrazit grafy DOP (Dilution of Precision Factor – faktory omezující přesnost) a jejich modifikace (PDOP, GDOP, atd.)Plánování se nejvíce využívá při statické metodě. Z grafů se snadno stanoví nevhodná období pro pozorování na daném stanovišti a určí se optimální čas pozorování. Pro snížení vlivu ionosférické refrakce by bylo nejlepší měřit v noci, ale z praktického hlediska se měří ve dne.

Před měřením se při použití statické metody doporučuje provést rekognoskaci bodů. Zjišťuje se přístup k bodům, vhodnost polohy bodu vzhledem k okolním překážkám. U významných překážek je třeba zaměřit jejich azimuty a výškové úhly a zanést tyto hodnoty do plánu měření. Je také nutné posoudit zda v okolí bodu nemůže nastat multipath a případně částečně eliminovat tento efekt použitím krycího talíře antény. Při měření kinematickou metodou je nutné dobře zvolit referenční stanici, protože po celou dobu měření musí být zajištěna viditelnost ve směru pohybu sledovaného objektu.

Geodetická metody měření GPS technologií

Statická metoda

Statická metoda spočívá v kontinuální observaci několika aparatur po dobu několika hodin až dnů. Jde o metodu časově nejnáročnější, ovšem poskytující nejpřesnější výsledky. Používá se pro speciální práce s maximální požadovanou přesností (budování polohových základů, regionální geodynamika, sledování posunů a přetvoření). Při opakovaných měřeních v dostatečně vzdálených časových intervalech je možné sledovat tektonické pohyby bodů. Při delších základnách vykazuje statická metoda mnohem vyšší přesnost než metody klasické geodézie. V případě proměřování velmi dlouhých základen (kontinentální měření) je nutné modelovat při výpočtu celou řadu faktorů, které se na krátkých základnách neprojevují. Jejich výčet a popis lze najít ve Vyšší geodézie 2 [Mervart, Cimbálník]. Metoda se řadí mezi postprocesní – výsledky nelze získat online při měření, ale až po zpracování výsledků.

Rychlá statická metoda (pseudostatická metoda)

Doba observace při této metodě dosahuje několika minut, což je umožněno technologií rychlého určování ambiguit. Metoda vyžaduje dvoufrekvenční přijímač s P kódem a výhodnou konfiguraci družic (5–6 družic s elevací vyšší než 15 stupňů). Velké omezení pro tuto metodu představuje úmyslné rušení kódu – selective availability (zrušeno v roce 2000), nebo nahrazení P kódu jeho šifrovanou verzí Y kódem. Metoda se realizuje dvojicí přijímačů a měření lze uskutečnit v okruhu 15 kilometrů od zvoleného referenčního bodu. Použití je pro zhušťování základních i podrobných bodových polí a budování prostorových sítí nižší přesnosti. Opět jde o metodu postprocesní.

Metoda stop and go (polokinematická metoda)

Je obdobná rychlé statické metodě, přijímač však nepřestává měřit ani při přesunu mezi jednotlivými podrobnými body. Pouze na prvním bodě je nutné setrvat tak dlouho, dokud není možné spolehlivě vyřešit ambiguity. Pro určení ambiguit se využívá měření v kinematickém režimu na koncových bodech známé výchozí základny, na které jsou známé souřadnicové rozdíly s přesností 5 cm, nebo se využívá výměny antén mezi dvěma blízkými přijímači (5–10 metrů). Přijímač který se pohybuje musí být nastaven v kinematickém režimu, přijímač na referenční stanici může pracovat jak v kinematickém tak ve statickém režimu. Na měřených bodech je možno měření zkrátit na několik sekund za předpokladu, že během přesunu nedošlo ke ztrátě signálu (pak metoda přechází v rychlou statickou metodu). Metoda stop and go se využívá pro určování souřadnic podrobných bodů.

Kinematická metoda

Metoda rozlišuje dvě technologie měření. Kinematická metoda s inicializací je podobná metodě stop and go s tím rozdílem, že po počáteční inicializaci (vyřešení ambiguit) provádí pohybující se přijímač měření v krátkém časovém kroku. Nutnost opakování inicializace po ztrátě signálu během měření se pokouší odstranit kinematická metoda bez inicializace. Tato metoda vychází z předpokladu, že ambiguity je možno určit na základě přesných kódových měření i při pohybu přijímače (on-the-fly ambiguity resolution).

RTK – real time kinematic

Kinematická metoda v reálném čase je nejnovější metodou měření. Využívá rádiového přenosu korekcí fázových měření od referenčního k pohybujícímu se přijímači. Metoda nachází uplatnění při určování souřadnic bodů podrobných bodových polí a podrobných bodů, především však při vytyčování.

Sítě pernamentních (referenčních) stanic

Sítě stanic, které neustále určují svoji polohu a slouží jako druhá měřeící aparatura pro využití diferenciálního měření – tedy to co se využívá v geodézii. Výhodou je že vlastníte pouze jeden příjímač GPS a druhý vám zprostředkuje právě tato síť. K lednu 2012 jsou na území ČR v provozu tyto sítě:

  • Trimble VRS Now Czech – síť provozovaná firmou Trimble
  • CZEPOS – síť provozovaná Zeměměřickým úřadem, tedy státem
  • TopNET – síť provozována firmou Geodis, budovaná ve spolupráci se SŽDC

Sít referenčních stanic nahrazuje druhou stanici, kterou byste museli mít bez této sítě. Každá stanice v síti má přesně určené souřadnice a k aparatuře kterou provádíte měření se přenáší pouze korekce od dané referenční stanice. Korekce můžete přijímat online (poté jde o RTK) či data následně zpracovat (poté jde metody postprocesní). V rámci těchto sítí můžeme tedy polohu určovat:

  • DGPS – diferenční GPS – založené na kódovém měření, přesnost 10 – 20 cm, vhodné pro GIS, pro měření stačí jednoduchý GPS přístroj umožňující kódové měření (to jsou všechny) a schopný přijímat DGPS korekce v reálném čase
  • RTK – real time kinematic – referenční stanicí je jedna ze stanic systému, korekce jsou přenášeny online přes internetové spojení do přijímače, pro měření je nutná dvoufrekvenční aparatura se schopností přijímat korekce, centimetrová přesnost
  • VRS- virtuální referenční stanice – systém vypočítá virtuální stanici, kterou umístí do blízkosti měření
    • RTK – PRS – přijímač vyšle do systému informaci o své přibližné poloze a získává data z virtuální (pseudorefereční) stanice umístěné v okruhu cca 5 km od místa měření, pro výpočet korekcí jsou k dispozici data z celé sítě
    • RTK – FKP – korekce jsou vztaženy ke stanici CZEPOS a jsou doplněné o plošné parametry FKP generované na základě síťového řešení ze všech stanic
  • postprocessing – pro určení pozice až po měření, přesnost cm až mm

Ne všechny sítě podporují všechny služby.

Aktualizace v lednu 2012.

Komentáře

1 | Beruna @ | před desíti roky | www.beruna.cz

Citace

Anonym (jsme v Čechách že :-)) mne oznámil že jsem u tohoto článku neuvedl zdroj. Zdrojem prvnotně je moje diplomová práce z roku 1999 a v ní odkazy na zdroje uvedené jsou. Zde se jedná o skripta Vyšší geodézie 2, autorů Mervat a Cimbálník. Minimálně jeden z autorů o použití textů, ví či věděl.

reagovat

2 | zuzikaj | před desíti roky

DIKY

Cau Berunka :-P Dakujem za objasnenie navigacnych systemov, resp. GPS metody. Hlavne som hladala staticku, kinematicku a RTK. Trochu mi to z prednasok nebolo jasne. ;-)

reagovat

Připojte váš komentář!

Můžete používat Texy! syntaxi.

* Hvězdičkou jsou označeny povinné informace.

Cimrman

Kam jinam?

Mladí ochránci přírody