WPROWADZENIE DO GEOMATYKI
Prof. dr hab. Jerzy B. Rogowski
Rozwój globalnych metod pomiarów
geodezyjnych
Wyniesienie na orbitę okołoziemską 4 paz
dziernika
1957 roku pierwszego sztucznego satelity Ziemi
stworzyło możliwości zastąpienia metod wyznaczania
pozycji z pomiarów naziemnych (kątów, długości,
różnic wysokości itp.) o zasięgu kontynentalnym
metodami o zasięgu globalnym wykorzystującymi
pomiary do sztucznych satelitów Ziemi (początkowo
kierunków a póz
niej odległości i zmian odległości).
Rozwój globalnych metod pomiarów
geodezyjnych c.d.
Krótki rys historyczny:
1958-1970  wyznaczenia modelu Ziemi w tym jej
spłaszczenia modele SAO SE (Smithsonian
Astrophysical Observatory Standard
Earth), w tym również modelu pola
grawitacyjnego i globalnej geoidy
(powierzchni odniesienia pomiarów
niwelacyjnych) oraz po raz pierwszy
globalnej sieci punktów i powiązanie
pomiędzy układami współrzędnych
(dokÅ‚adność Ä…ð 50 m). Stosowana metoda
pomiar kierunków metodą fotograficzną.
1970-1980  System satelitarny TRANSIT pomiar efektu Dopplera sygnałów
radiowych wysyłanych przez satelity. Kampanie obserwacyjne
WEDOC (w kampanii tej bierze tez udział Józefosław), ADOS itp.
DokÅ‚adność Ä…ð 0.5 m.
Rozwój globalnych metod pomiarów
geodezyjnych c.d.
Krótki rys historyczny cd:
Od 1980 - Epoka systemu NAVSTAR/GPS pomiary na
częstotliwościach radiowych pseudoodległości
(korelacji wzajemnej kodu sygnału emitowanego
przez satelitÄ™ z jego replikÄ… w odbiorniku, lub fazy
sygnału). Dokładność zależna od użytej technologii
pomiarów dochodzÄ…ca do Ä…ð5mm. Sieć Å›wiatowa
stacji permanentnych IGS i europejska EUREF. W
ostatnich latach również system rosyjski
GLONASS (sieć IGLOS), zasada podobna do GPS.
Oba system być może stworzą nowy system
globalny GNSS. PracujÄ…cy na podobnych zasadach
system europejski GALILEO.
Zasada wyznaczania pozycji z obserwacji
sztucznych satelitów Ziemi
Zasada wyznaczania pozycji z obserwacji
sztucznych satelitów Ziemi c.d.
Zasady ruchu ciał niebieskich zostały sformułowane doświadczalnie
przez Johanesa Keplera (1571  1630).
Pozycja satelity na orbicie może być określona na podstawie równań
ruchu wynikających z dwóch podstawowych praw fizyki:
Øð II prawa dynamiki Newtona (Newton, 1687)
= ×ð
F m a
F - siła m - masa a - przyspieszenie
Øð i prawa powszechnego ciążenia
×ð
m 1 m 2 ×ð
F = k r
r 3
r - wektor łączący ciała
m 1 , m 2 - masy k - stała grawitacji
zarówno r jak i a muszą być znane w układzie współrzędnych inercjalnych.
Zasada wyznaczania pozycji z obserwacji
sztucznych satelitów Ziemi c.d.
Układ inercjalny  początek układu
współrzędnych może poruszać się
ze stałą prędkością (zarówno co do
kierunku jak i modułu) oraz nie
może obracać się w przestrzeni.
Układ inercjalny może być
określony na podstawie położenia
obiektów leżących poza Ziemią a
nawet GalaktykÄ….
Odległa gromada galaktyk Coma
Galaktyka - Droga Mleczna
Mozaika zdjęć Galaktyki
z satelity COBE
Nasze miejsce
w Galaktyce
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Międzynarodowy Niebieski Układ Odniesienia ICRF
(International Celestial Reference Frame)
qð Stanowi praktycznÄ… realizacjÄ™ ukÅ‚adu
idealnego
qð Za jego  konserwacjÄ™ odpowiada
Międzynarodowa Służba Ruchu
Obrotowego Ziemi i Układów Odniesienia
(IERS)
qð Zdefiniowany jest przez pozycjÄ™ ponad 600
radioz
ródeł pozagalaktycznych w epoce
2000
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Międzynarodowy Niebieski Układ Odniesienia ICRF
(International Celestial Reference Frame)
Obserwacje radioz
ródeł wykonywane są techniką interferometrii długich baz
(VLBI).
S
wð
S
Np
radioz
ródło
radiożródło
S
S
2
tð
c
b
teleskop
1
r2
r1
teleskop
b
lð2
lð1
Zegar Zegar
Rejestrator Rejestrator
atomowy atomowy
równik
korelator
(komputer)
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Międzynarodowy Niebieski Układ Odniesienia ICRF
(International Celestial Reference Frame)
Ruch Ziemi.
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Układ współrzędnych Ziemskich a układ inercjalny
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Układ współrzędnych Ziemskich a układ inercjalny
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Układ współrzędnych Ziemskich a układ inercjalny
x, y, z  układ współrzędnych
X, Y, Z  układ inercjalny w
ziemskich
którym określona jest
pozycja satelity
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Układ współrzędnych Ziemskich a układ inercjalny
Transformacja między
układami możliwa na
podstawie kÄ…ta S  czasu
gwiazdowego Greenwich
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Dlaczego epoka 2000?
Wynika to ze zmieniania siÄ™ pozycji punktu
równonocy i bieguna ziemskiego na skutek
zjawiska precesji i nutacji
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Precesja i nutacja
Nutacja - okresowe zaburzenia precesji
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia ITRF
(International Terrestial Reference Frame)
qð Definicja wynika z okreÅ›lenia współrzÄ™dnych i ich pochodnych wzglÄ™dem
czasu, punktów wchodzących do służby IERS
qð Wykorzystuje nastÄ™pujÄ…ce techniki pomiarowe:
" VLBI
" GPS  służba nosi nazwę IGS
" SLR - Laserowe pomiary odległości do sztucznych satelitów Ziemi
" LLR - Laserowe pomiary odległości do Księżyca
" DORIS
qð UkÅ‚ad zdefiniowany jest na wybrana epokÄ™ pomiaru:
" oÅ› obrotu Ziemi zmienia swojÄ… pozycjÄ™ w bryle (ruch bieguna)
" Pozycje stacji zmieniają się na skutek ruchu kontynentów
Pozycja punktu na powierzchni Ziemi i satelity
na orbicie  współrzędne
Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia ITRF
(International Terrestial Reference Frame)
Ruch bieguna w bryle Ziemi
Badania ruchu obrotowego Ziemi
Czynniki wpływające na ruch
obrotowy Ziemi
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
Zmiany długości doby w okresie 1623-1998
-12
1600
1650
1700
1750
1800
1850
1900
1950
2000
2050
[ sek ]