GNSS

Gass- global navigation sattelite system ( wspolna nazwa dla wszystkich systemów nawigacyjnych)

Pierwszy system nawigacyjny transit1B - bazował na 4-10 satelitach , dokładność wynosiła ok. 1m

Aktualnie mamy : GPS Navstar - USA, GLONASS Rosyjski

GNSS-1

a) Systemy nawigacyjne (globalne )

gps, glonass - segment kosmiczny

b) systemy wspierające

-sbas- satellite based automatic system

-gbas- Ground based automatic system

GNSS-2 (2giej generacji)

- Galileo europejski

-Kompass- chinski

-IRNSS indyjski

SBAS ( waas - syst. Wspomagania szerokiego zasięgu, egnos, MSAS + GAGAN ind. + BEIDU chiński)

GBAS ( EPIN, IGS -globalne) ) ( krajowe lub regionalne (GRAS, AUSPOS, ASG EUPOS, CORS, SAPOS, SWEPOS)

GPS NAVSTAR

Amerykański radiowy satelitarny system wyznaczania pozycji, prędkości oraz transferu czasu. Nie działa w pomieszczeniach zamkniętych, nieograniczona liczba użytkowników.

Składa się z 3 segmentów: satelitarna , kontrolna , użytkownika.

Konstelacja satelitów

Wysokość orbity 20 200 km, czas obiegu 11:58 , nachylenie orbity 55^o , liczba płaszczyzn 6 , po 6/5 satelitów, liczba satelitów 24 - zmienna .

Częstotliwość podstawowa 10,23 mhz , częstotliwości fal nośnych L1, L2 154/120 * 10.23 MHz, projektowana L5 115*10,23 Mhz,

GALILEO

Publiczny , faza operacyjna od 2015r. , płaszczyzn 3 , liczba satelit 30, 10 kodów , kompatybilny z gps,

Usługi w ramach Galileo: OAS - bezpłatny nawigacyjny, CS dokładność 0,8m płatny, PRS dla służb państwowych, SOL dla międzynarodowych agencji- do nawigacji, SAR dla ratownictwa.

COMPASS

30 satelitów , globalny system chiński , 4 częstotliwości zgodne z Galileo , L1 pokrywa się

SYSTEMY SBAS

WAAS na terenie są rozmieszone stacje śledzące satelity , obliczana jest ich pozycja chwilowa , różniąca się od pozycji rzeczywistej o błąd systemowy, redukujemy wpływ błędów, a poprawki przesyłane są do satelitów geostacjonarnych.

Informacja kodowa |-|_|- od 1 do -1 gdzie 1 to faza zgodna , odwrócenie fazy o 180 stopni przy zmianie, kodu binarnego:

a) navigation message ( zawiera informacje o satelitach , przybliżone XYZ , współrzędne modelu opoźnienia jonosferycznego .

b) C/A c) P/Y, d) L2C, e) L1C

Kody sygnał binarny zero jedynkowy , przypadkowy, służy do pomiaru pseudo odległości, każdy satelita emituje inna sekwencje kodu, C/A 1,023 MHz , czas transmisji 1 milisekunda

P/Y 10,23 MHz nakładany bezpośrednio na fale nośną , czas transmisji 266 dni

L2C 1,023 MHz , czas transmisji 1 milisekunda

Dokładności

3-5m dla odbiorników autonomicznych , 1-2m dla pomiarów automatycznych z korektą DGPS 0,01-0,02 m dla pomiarów względnych z użyciem obserwacji fazowych (dla geodezji )

GLONASS

Powstał w latach 70tych, radiowy satelitarny system wyznaczania pozycji, prędkości oraz transferu czasu. Nie działa w pomieszczeniach zamkniętych, nieograniczona liczba użytkowników.

W Europie mamy 30 stacji śledzących GBAS,

Działanie systemów GNSS

- realizacja liniowego wcięcia przestrzennego , pomiar odległości od satelity do odbiornika odległość = V x t (prędkość czas)

Odległość - suma pewnej liczby pełnych cykli fazowych emitowanej fali + czesc ułamkowa cyklu. P= N λ + Φλ - pomiar fazowy

Odbiornik zegar kwarcowy, satelita - zegar atomowy

Mając odległości do kilku (min 4 satelit, ) możemy zrealizować przestrzenne wcięcie liniowe. Dzięki czemu wyznaczymy pozycję odbiornika.

Pseudo odległość nie uwzględnia błędów zegara , W geodezji wyznaczamy różnice dwóch pozycji odbiorników , odbierających sygnały od tych samych satelitów , dokładność wyznaczenia pozycji względnej 1-10 mm, wektory GPS

UKŁĄDY WSPÓŁRZĘDNYCH REALIZOWANYCH TECHNIKAMI SATELITARNYMI

Geodezja - określa kształt ziemi Geoida - jedna z powierzchni ekwipotencjalnych , nie opisywalna matematycznie. Elipsoida obrotowa - dwie osie , zmienna krzywizna , trudna geometria na tej powierzchni	Geodezja
Sfera powierzchnia kuli	Kartografia

Od lat 80tych stosujemy jedna elipsoide aproksymujacą powierzchnie ziemi GRS 80 , WGS 84

Długość lambda, szerokoś fi

Odwzorowania :

1 azymutalne - na płaszczyzne styczną bądź sieczną

2 stożkowe - na powierzchnię stożka

3 walcowe na powierzchnię walca

Układ odniesienia - praktyczna realizacja systemu odniesienia , składa się z wartości parametrów opisujących początek układu , skalę , orientację osi oraz ich zmienność czasie

System odniesień - zbiór ustaleń i zaleceń wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku skali i orientacji osi i ich zmienności w czasie

Układ współrzędnych - określa jednoznacznie sposób przyporządkowania położenia punktu względem układu odniesienia -zbiór wartości liczbowych.

Układy odniesienia

Statyczne - zdefiniowany przez zbiór współrzędnych punktów - układ niebieski układem statycznym

Kinematyczne - zdefiniowany przez współrzędne punktów realizujących system odniesienia oraz zmiany w czasie współrzędnych tych punktów (prędkości)

Przejście z ortokartezjańskiego do biegunowego

[ x ; y ; z] = [ s cosu cos ; s cosu sinv ; s sinu ] gdzie s to odległość , v- kat poziomy , u kat pionowy

V= arctg (y/x) u= arctg ( z/ sqrt( x^2 + y^2) ) s= sqrt( x^2 + y^2+ z^2)

Mamy jeszcze układ geocentryczny i topocentryczny

Międzynarodowy ziemski system odniesienia - zdefiniowany przez przestrzenny obrót względem ICRS, przy spełnieniu warunków ( układ geocentryczny w srodku mas ziemskich + woda + atmosfera, orientacja ITRS zgodna z orientacją Międzynarodowego biura czasu BIH dla epoki 1984.0

ITRS

System kinematyczny , realizowany przez estymacje współrzędnych i prędkości z obserwacji:

VLBI LLR GPS SLR DORIS

Realizacje ITRF jako układu kinematycznego definiują współrzędne stacji służby IERS podane na epokę i ich pochodne względem czasu (prędkości). Do zadań służby IERS należą:

1. definicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia ICRS i jego realizacja w postaci układu odniesienia ICRF;

2. definicja Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS i jego realizacja w postaci układu odniesienia ITRF;

3. Wyznaczanie parametrów orientacji Ziemi (Earth Orientation Parametres, EOP) i ich zmian na potrzeby transformacji między ICRF i ITRF;

4. Analiza przestrzenno-czasowa danych geofizycznych do interpretacji zmian ICRF, ITRF i EOP oraz ich modelowania;

5. Określanie standardów, stałych i modeli (konwencje).

IERS zrzesza następujące służby obserwacyjne:

1. Międzynarodową Służbę VLBI - IVS;

2. Międzynarodową Służbę SLR i LLR - ILRS;

3. Międzynarodową Służbę GNSS (GPS/GLONASS) - IGS;

4. Międzynarodową Służbę DORIS - IDS.

VLBI : czas dotarcia fali do dwóch różnych teleskopów, z trójkąta przestrzennego wyliczamy wektor, punkty oddalone do kilku tysięcy kilometrów , podstawowa służba geodezyjna , realizacja systemu niebieskiego , parametry ruchu obrotowego ziemi , zjawisko precesji i nutacji , realizacja układów ITRS , ICRS (ITRS został zdefiniowany przez przestrzenny obrót względem nie obracającego się systemu geocentrycznego ICRS (Międzynarodowy Niebieski System Odniesienia))

SLR i LLR

Pomiar odległości do satelitów lub księżyca za pomocą wiązki laserowej ( do satelitow z dokładnością <1cm,) systemy te służą do wyznaczania środka masy ziemi ( w dowolnym czasie środek ten znajduje się w kulce z” dokładnością 1cm” sztuczne satelity - latające kulki z pryzmatami, (Lageos)

Międzynarodowa służba GNSS igscb.jpl.nasa.gov - ok. 370 stacji - rozmieszczone na głównych strukturach geologicznych , ruchy płyt i ruchy wew. płyt. Dokładności do milimetra.

Międzynarodowa służba DORIS , pomiary dopplerowskie, do precyzyjnego wyznaczania orbit i precyzyjnej lokalizacji naziemnej.

ITRF.ensg.ign.fr

Realizacje ITRF 2000: początek układu: średnia ważona z centrów analiz dla SLR skala układu i jej zmienność w czasie: średnia ważona z obserwacji centrów analiz VLBI , SLR orientacja układu wyznaczona na podstawie wybranych stacji ITRF , charakteryzuje się wysoką jakością , rotacja na epokę 1997.0 , zmienność rotacji w czasie, nie zawiera składowych obrotu

Realizacje ITRF 2005: -||- -||- Parametry obrotu są zerowe na epokę 2000.0 i ich zmiany między ITRF 2005, ITRF 2000 są zerowe

Stacje mogą realizowac 1-2-3 lub 4 techniki , im wiecej technik tym dokładniejsze wyznaczenie.

Warunki dla stacji:

- minimalny okres obserwacji 3 lata
- poza strefami deformacji, na stabilnych płytach
-błąd średni wyznaczonych prędkości 3mm/rok
- residua prędkości 3mm/rok dla 3 ostatnich rozwiązań

Układ ITRF układ kinematyczny , definiująco współrzędne stacji X`yy ( w ramach IERS)

ETRS europejski system odniesienia , opiera się na 15 stacjach ( 8 SLR, 7 VLBI ), pomiary Gass, realizowany permanentnie.

Praktyczna realizacja systemu ETRS 84, założenia teoretyczne potwierdzone obserwacyjnie.

Osnowa techniką satelitarna na poziomie kraju.

Punkty nawiązania - punkty sieci globalnej , przeliczamy współrzędne do epoki odniesienia, wyrównanie sieci (obserwacje to wektory GNSS(GPS)-L

Jak normalny rachunek wyr. Musi być spełniony warunek Xn^tPnXl = min Xn pkty nawiązywane Xl ustalony układ [dx, Dy, dz], wyrównanie swobodne, dopuszczam zmiane wspł w granicy błedu, wyrównanie pozwala dopasować rozwiązanie do ramy utworzonej przez punkty nawiązania

Możemy przejść na ETRF 89 na epoke obserwacji

Praktyczna realizacja dla kraju

-11 pktów na terenie Polski , specjalnie stabilizowane , 5 dób osbesrwacji , wyrównane (euref-pol ? )

- zagęszczenie sieci technika Gass punkty polref co 25 km , , siec trójwymiarowa podstawa katalogów.

ASG-EUPOS - alternatywa dla polrefu, stacje co 70 km , siec dla pomiarów geodezyjnych

Reguluje to rozporządzenie z dnia 24 sierpnia 2000, państwowy system odniesien przestrzennych w Polsce (asg eups , Euref-pol , polref )

ETRS 89 = pomiary okresowe + pomiary permanentne

System Wysokości instr. G-2 szczegółowa pozioma i wysokościowa osnowa geodezyjna.

Geoida niwelacyjna (quasi geoida) - efekt osnowy zintegrowanej, pow. Ekwipotencjalna

ETRF89 siec geodezyjna m zbiór punktów których znane jest wzajemne położenie

DGPS - wyznaczenie pozycji względem stacji referencyjnej

ETRS89 europejski system odniesienia na eopkę 89

EVRF- europejski układ odniesienia wysokości

Fi, lambda - 2D

h elips. -1D

Razem daja 2,5D

h + dN Hⁿ ( +/- 2mm/km, dN undulacja)

Gnss + niwelacja Hⁿ = 3D

Osnowa Pozioma II klasyczna mp <5cm IIs <3cm nawiązania I, Is

III klasyczna mp<10 cm , IIIs mp<7cm nawiązania I, Is, IIs

Błąd wysokości H

Fi , lambda , h Hⁿ dla III klasy 10 mm / dla IV klasy 20mm , nawiązanie I lub II

Osnowa wielofunkcyjna - fi lambda h , Hⁿ , xy 2000, xy1992

Osnowa zintegrowana = osnowa wielofunkcyjna + osnowa grawimetryczna i osn. Magnetyczna

Osnowę podstawową tworzą:

11 pkt EUREF-POL : fi lambda h , Hⁿ (2kl. Wys) , xy 2000, xy1992 xy65

386 POLREFów: fi lambda h ( Is ), Hⁿ , , xy 2000, xy1992 xy65

98 pktów ASG-EUPOS fi lambda h ( Is ), , xy 2000, xy1992

Wyznaczone technika satelitarna GNSS trójwymiarowa osnowa
--------------

3500 pktów SAG fi lambda ( I ) xy 2000 92 65, Hⁿ z przeliczenia - dokładności do decymetra

Osnowa wysokościowa

63 pkt. Sieci EUVN (EVRF) o wspłrzednych fi lambda h, Hⁿ_k IIwys , dowiązane do I , xy 2000 , 92

Repery sieci I^w II^w , Hⁿ

Zakładanie osnowy w mieście.

Konstrukcja sieci trójkątów, zewnętrzne nawiązania na 3x Is , 3x IIw , w ten sposób otrzymamy punkty IIIs , których wspł przeliczamy na xy2000.

Ilość łączna wektorów GPS w zależności od ilości punktów -n , =2n, wektory niezależne n-1, wektory niezależne muszą być pomierzone w tym samym czasie

Jeśli mamy 9 obserwacji z czego k=3 niezależne, r=6 nadliczbowych (to 6= liczba stopni swobody)

Przed wyrównaniem musimy przejeść z Hⁿ punktów nawiązania na h. Is h+/- 1cm , Iw h+/- 2cm

Psujemy własną sieć , z dokładności milimetrowych nakładamy nawiązania centymetrowe

Standardy danych GNSS formaty NMEA , RTCM

Pomiary rzeczywiste, wyznaczenie wektora w terenie. ( podział na)

DGPS- pomiary bezwzględne z wykorzystaniem stacji bazowej, pseudoodległości poprawiane o korekty ze stacji referencyjnych ( odbiornik sygnału DGPS, odbiornik ruchomy,i stacja referencyjna , odbiornik pobiera dane z satelit i korektę „dr” ze stacji o znanych współrzędnych ) Poprawki wyznaczane do każdej pseudo odległości oraz wyznaczana jest prędkość zmiany poprawki , używany w precyzyjnej nawigacji ,

RTK - Real time kinematic wyznaczony jest wektor pomiędzy stacja referencyjną XYZ a stacją mobilną (te same satelity „obserwują” stację referencyjną ( kilka stacji) o znanych XYZ oraz odbiornik mobilny ) rozwiązania/ metody pomiaru RTK z uwzględnieniem poprawek

1. MAC dane obliczone wysyłane do stacji najbliżej odbiornika
2. VRS wirtualna stacja referencyjna w odległości 1m od odbiornika mobilnego, zawiera dane obliczeniowe
3. FKP - poprawka powierzchniowa - odbiornik otrzymuje funkcję, z której wylicza sobie poprawkę zależnie od położenia

Formaty danych:

1 RINEX (reciver indenpendent Exchange format)
2 NMEA transmisja z odbiornika do innych urządzeń pozycjonowania w czasie rzeczywistym , forat danych ASCII
3. RTCM transmisja danych pomiędzy odbiornikami GNSS

NMEA- przesyłanie danych z odbiornika do urządzeń rejestrujących pozycję odbiornika, utworzone przez NMES, dane w formatach NMEA 0183 dla odbiorników GPS , format otwarty -znaki ASCII , transmisja szeregowa , składa się z depesz

Parametry transmisji: v= 4800m 8bit, bity stopu 1 lub 2 (wyłączona parzystość), odbiornik wysyłający i odbierający musi mieć takie same parametry,

$aaaaa, df1, df2 …. [Carriage Return] [ Line Feed]

3 typy depesz :

- talker - depesza informacyjna format: $ttaaa, df1, df2 …. [CR] [ LF]

$gpGGA, 03 1956, 2218, …N, 005, *51 (kontrola sumowa)
TT = gp - rodzaj urządzenia
aaa= GGA - typ depeszy

Querry - zapytania

$ttllQ, sss, [CR] [ LF]

Oraz do konkretnych urządzeń (nazwa nieczytelna …)

Rodzaje depesz:

GGA- dane dot. GPS

Identyfikator, czas, współrzędna (stopnie minuty dziesiate cz. Minut) , N/S , dł geograficzna , E/W, 0-5 ( dokł pozycji) , 0-12 liczba satelit, HDOP, wys nad elipsoida, jednostka wys, undulacja, jednostka, czas ostatniej korekty , ID

(dokładność 0 - błedna, 1 z pseudoodległ., 2 z DGPS, 3 serwis precyzyjny, 4 RTK pozycja względna, 5 dokł 20 cm RTK)

GLL- zawiera tylko pozycję
ID depeszy, szerokość, N/S , długość , N/S, czas, status A/V, checksum

GSA/GSV - dane dot. obserwowanych satelitów

RMC- zawiera pozycję i informacje nawigacyjne
Czas, status, szerokość, długość, prędkość , data , różnice magnetyczne

VTG- dane nawigacyjne (kurs, prędkość)
Kurs, prędkość , jednostki , kontrola sumowa

FORMAT RTCM

-dane przesyłane do odbiornika
-przesyłane współrzędne stacji, korekty
- utworzony przez RTCM
- dla różnych potrzeb różne rodzaje

RTCM SC- 104 ,Dla GPS

Wersje RTCM 2.0 ,2.1, 2.2, 2.3, 3.0, 3.1

Dane przesyłane w kolejnych depeszach, depesza składa się nagłówka (czas, długość), depesza binarna , depesze przesyłane z różną prędkością

RTCM 2.0 poprawki DGPS, depesze 1-4
RTCM 2.1 GPS
RTCM 2.2 + GLONASS
RTCM 2.3 + depesze dot. Anteny
RTCM 3.0 szybkość transmisji, dane o FKP, VRS
RTCM 3.1 + parametry do transmisji , do określonego układu współrzędnych

Depesze:
1. Poprawki różnicowe 2. Delta różnicowe zmiany prędkości poprawek, 3. Parametry stacji referencyjnych (id, współrz.) 4.ukł współrzędnych stacji referencyjnej 5. Zdrowie satelity, 6. Ramka zerowa zakończenie transmisji 7.wspł. innych stacji referencyjnych 8. Pseudo satelity, 9. Czesciowy zbiór danych, 10. P kod, 14. Czas GPS, 15. Poprawka jonosferyczna, 17. Współrzędne satelitów, 18-21. W 2.1 pomiary RTK, 23. dane anteny 24. ARP (23,24 w 2.2), 31-37 dane GLONASS (w 2.3)

W formacie 3.0 depesze od 1001 - 1019 wysyłane z inna prędkością

Format 3.1 , transformacja układów odniesienia B,L, h - undulacja N

Depesze mogą być transmitowane radiowo albo drogą internetową

Obserwacje Kodowe GNSS - błedy systematycznie nie wpływają pomiar
celem jest wyznaczenie pozycji odbiornika z 4 satelit bo mamy 4 niewiadome

Obserwacje fazowe GNSS

L₁^s_r= czesc geometyczna | +/- |wpływ jonosfery| + | ilość odłożeń fali | + | błędy przyp |

L₂^s_r= |czesc geometyczna | +/- |wpływ jonosfery| + | ilość odłożeń fali | + | błędy przyp |

P₁^s_r= czesc geometyczna | +/- |wpływ jonosfery| + | | błędy przyp |

P₂^s_r= czesc geometyczna | +/- |wpływ jonosfery| + | | błędy przyp |

RINEX

Nagłówek, typ danych obserwacji

NNNN.DOY.S.YYO (nazwa pktu/dzien roku /rok / obserwacyjny (n- nawigacyjny , g-glonass, m-meteo)

• Dane o narzędziach, instytucji, data wygenerowania,

• Obserwacje

• Nr odbiornika , typ odbiornika, nr wew odbiornika, nr generatora (?wtf)

• Nr anteny , typ anteny

ANTENA GPS

Dla każdej częstotliwości mamy centrum fazowe , offset główny pionowa odległość ARP od danego centrum. Offsety 0,0000 H, 0,000 w kier N, 0,000 w kier E

C1- pseudo odległość dla kodu C/A nałożonego na L1
L1 - przesunięcia fazowe
D1- poprawki dopplerowskie
S1 - stosunek szumu do sygnału ( im większe S1 tym lepiej ? )

L2C - kod C/A nałożony na L2

Pomiar:

SPP- wyznaczenie pozycji odbiornika bezwzględne (static) dla obserwacji kodowych 4 satelity, fazowych 5 satelit , fazowych dla 2 czestotliwości 6 satelit

DGPS- było wczesniej

12.1 Metoda statyczna

Najszerzej stosowaną i najbardziej znaną jest technika obserwacji statycznych. Klasyfikując ją wśród innych można powiedzieć, iż jest to metoda typu postprocessing, wykorzystująca pomiary fazowe.

Zapewnia ona najwyższe, możliwe do osiągnięcia w pomiarach GPS, dokładności pozycjonowania. Błędy średnie położeń punktów wyznaczonych tą techniką są rzędu 2-5 mm, wymaga ona jednak dość długich jednoczesnych obserwacji na obu punktach.

Ogólny algorytm, najczęściej stosowany do obliczania przyrostów pomierzonego wektora trójwymiarowego w sesji statycznej znaleźć można w wielu podstawowych publikacjach dotyczących GPS. Tutaj przedstawimy go w ogólnych zarysach. Współrzędne przybliżone punktów obliczane są na podstawie zmierzonych pseudoodległości do przynajmniej 4 satelitów. Na podstawie ułożonych równań, po jednym dla każdego satelity dla danej epoki obserwacyjnej, obliczane są współrzędne przybliżone obu pomierzonych punktów oraz poprawki zegarów obu odbiorników, tak jak w metodzie autonomicznej. Ten etap obliczeń wykonywany jest przez procesor wewnętrzny odbiornika. W kolejnym kroku wykonywane są już obliczenia różnicowe (jeden z punktów wektora zostaje przyjęty za stały i uzyskuje współrzędne obliczone poprzednio), z wykorzystaniem pomiarów fazowych. Układane są tzw. potrójne różnice z pomiarów fazowych, dzięki czemu parametry ambiguity znoszą się. Parametry ambiguity to wstępne nieoznaczoności całkowitej ilości cykli, wynikające z nieznajomości odległości pomiędzy stacją a satelitą w momencie rozpoczęcia pomiarów. Wartości tych niewiadomych obliczane są w trakcie dalszego opracowania pomiarów fazowych. Na podstawie potrójnych różnic obliczane są danego wektora, z błędem średnim dla każdej współrzędnej rzędu 0.5 - 1 m. Współrzędne punktu obliczanego zostają na tym etapie poprawione. Następnie program oblicza tzw. podwójne różnice z pomiarów fazowych.

Każdy z wyrazów równania obserwacyjnego sprowadzany jest do postaci liniowej, przy zastosowaniu standardowej procedury rozwinięcia w szereg Taylora i uwzględnieniu tylko pierwszych wyrazów rozwinięcia. Przy rozwiązywaniu problemu pozycjonowania na podstawie pomiarów fazowych w sesjach statycznych wektor niewiadomych zawiera przyrosty współrzędnych dla wektora łączącego obie stacje oraz wspomniane wcześniej parametry ambiguity.

Załóżmy, że obserwacje przeprowadzono na stacjach A i B, do satelitów i, j, k, l oraz że stację A przyjęto za stałą, a satelitę i za satelitę odniesienia. Macierz tworząca H układu równań liniowych dla omawianego przypadku (2 stacje i 4 satelity) przy jednej epoce obserwacyjnej składa się z trzech wierszy i sześciu kolumn (są trzy równania i 6 niewiadomych do wyznaczenia). Po wprowadzeniu kolejnych epok obserwacyjnych uzyskuje się nadmiarową liczbę obserwacji.

Mając daną macierz tworzącą H, zdefiniowany wektor niewiadomych X oraz dany wektor obserwacji, otrzymane równania rozwiązuje się z wykorzystaniem metody najmniejszych kwadratów. Na tym etapie obliczeń parametry ambiguity obliczane są jako liczby rzeczywiste (rozwiązanie typu „float”). W kolejnym kroku następuje próba zaokrąglenia ambiguity do liczb całkowitych i przyjęciu ich za wielkości znane. Poszukiwany jest taki zestaw ambiguity, przy którym RMS (średni błąd kwadratowy, „Root Mean square error”) rozwiązania jest minimalny. Badane są zestawy liczb całkowitych otrzymanych poprzez zmiany o +1 lub -1 wartości otrzymanych w rozwiązaniu typu „float”. Po wybraniu odpowiedniego zestawu liczb całkowitych przeprowadzane jest ostateczne rozwiązanie wyznaczające przyrosty współrzędnych (rozwiązanie typu „fixed”). Błędy średnie rozwiązania typu „float” są zwykle rzędu 5-10 cm, a dla rozwiązania typu „fixed” nie przekraczają 1 cm.

Tradycyjnie, metoda statyczna stosowana jest do aplikacji precyzyjnych, jak wyznaczanie współrzędnych punktów geodezyjnych wysokich klas, do badania stałości punktów, przemieszczeń i deformacji powierzchni terenu lub obiektów inżynierskich.

Należy tu wspomnieć także o nowocześniejszej metodzie pozycjonowania, zwanej metodą „szybką statyczną” (ang. „Rapid Static”). Metoda ta może być stosowana, jeśli mamy do dyspozycji odbiorniki z kodem precyzyjnym „P”. Dodatkowe ograniczenia to ilość satelitów (minimum 5, zalecane więcej) oraz długość wyznaczanego wektora (nie powinna przekraczać 10 km). Jeśli wszystkie te warunki są spełnione, można uzyskać najwyższe, milimetrowe dokładności na podstawie 10-15 -minutowych sesji obserwacyjnych.

12.2 Metoda RTK

Technika RTK („Real-Time Kinematic”) wykorzystuje pomiary fazowe. Pozycjonowanie tą techniką daje dokładności rzędu 1-2 cm, przy bardzo krótkich czasach obserwacji. Technika ta także wymaga odbiornika umieszczonego na stacji referencyjnej, o znanych współrzędnych oraz odpowiedniego sprzętu, zapewniającego łączność radiową z odbiornikami ruchomymi. W technice RTK stacja referencyjna emituje informacje dotyczące pomiarów fazowych (surowe pomiary fazowe oraz poprawki). Czas, jaki jest potrzebny na osiągnięcie tak wysokich dokładności wyznaczenia współrzędnych zależy od ilości satelitów (minimum 5) oraz od odległości do stacji referencyjnej (maksymalnie 10 km). Szybkość przesyłania informacji musi wynosić przynajmniej 9600 bitów/sekundę.

Algorytmy stosowane w technice RTK muszą zapewniać odpowiednie rozwiązanie w bardzo krótkim czasie, na podstawie niewielkiej liczby obserwacji (krótki czas obserwacji). Znanych i stosowanych w praktyce jest wiele różnych metod obliczeń, spełniających te wymogi. Wiele z tych algorytmów wykorzystuje np. filtr Kalmana, definiując (w ogólności) układ równań dynamicznych (uwzględniających, poprzez tzw. macierz przejścia, dynamikę układu), w których niewiadomymi są współrzędne trójwymiarowe odbiornika ruchomego, ewentualnie jego prędkość i przyspieszenie, parametry ambiguity oraz opóźnienie jonosferyczne.

Pomiary RTK

Do jednej stacji , skala narzucona

Pomiary RTN

- grupa stacji , skala srednia ważona , pozycja średnia ważona
- ni widzimy bezpośrednio punktów nawiązania.

IDEA ASG :

Stacje /centrum obliczeniowe / użytkownicy ( I grupa- statyczne do 1cm ) (II grupa RTK DGPS)

ASG-PL

Osnowa podstawowa I Klasy , zniwelowana Hⁿ_k , zarządzenie głównego geodety kraju z dn 18 listopada 2005.

Użytkownicy I grupy

Idea pomiarów statycznych:

Wyniki obserwacji (plik rinex ) przesyłamy do systemu

- 4 znaki nazwa punktu
- wys anteny sposób pomiaru
- typ anteny
-plik obs. Rinex NNNNDOYS.YYO

Analiza danych - raport z obliczeń

1. realizator
2. Co i czym mierzył (epoki, interwał, ilość epok, wysokość anteny, typ odbiornika, typ anteny)
3. Parametry nawiązania stacje, i odległości do nich
4. Współrzędne w systemie odniesienia państwowego (2000 92 65)

Użytkownicy II grupy

Metody czasu rzeczywistego. RTK, DGPS

Występujące problemy:
-propagacja fali elektromagnetycznej
- droga przez atmosferę, inne drogi do stacji.
dzięki ciągłości obserwacji można wyznaczyć poprawki do defektów,

Defekt geometryczny i jonosferyczny poprawia się o parametry wyinterpolowane

Komunikacja odbiornika z centrum odbywa się za pomocą NMEA GGA

Trimble - poprawka sieciowa VRS , tworzenie wirtualnej stacji w niedalekiej odległości od punktu, użytkownik dostaje obserwacje i dane VRS

RTK i VRS - taka sama zawartość depeszy,

Leica - poprawka sieciowa MAC
z grupy stacji wybieramy stację główną z tej stacji przenoszone są informacje na pkt. , defekty liniowe interpolowane ze wszystkich stacji , (stacja główna i stacje posiłkowe)

Geo++ - poprawka sieciowa FKP
sieć podzielona na pododdziały , system wybiera nam stację na polu, której stacji jesteśmy

Systemy satelitarnego wspomagania:

SBAS satellite based augmentation system
- depesza z satelity geostacjonarnego , satelita wysyła sygnał GPS , GNSS, stworzone z myślą o nawigacji powietrznej
3 systemy
- WAAS - amerykański - kilkanaście równomiernie rozmieszczonych stacji , tworzą sieć trójkątów, dokłądność2-3 metrów, dedykowany ruchowi lotniczemu , różnicowe poprawki.

- MSAS - Azja - Japonia, mniej stacji , ruch lotniczy , satelity meteorologiczne , przekroje atmosfery , poprawa jakości pomiarów

-EGNOS - do wspomagania ruchu lotniczego , ostatnia stacja w Warszawie, dokładności 2-3m

Systemy naziemnego wspomagania:

GBAS Ground based augmentation system

- użytkownik autoryzowany ( wysyłanie informacji / zwrot na tym etapie najwięcej zniekształceń)

Otrzymywanie usług :
- obserwacje RINEX
- obserwacje bądź poprawki, korekty

IGS - international GNSS service równomiernie rozłożone stacje na całym globie,

- ITRS - ITRF 2005 (współrzędne) + obserwacje (postprocessing)

- IGS -IP RTCM 2.3/3.1 ( zwykłe RTK)

EUREF (EPN)

ETRS 89 - ETRF 2000 + obserwacje
- EUREF -IP RTCM 2.3/3.1 ( RTK)

- stacja Wrocław ( WWW.igig.up.wroc.pl)

- EUREF -IP

Stacje w czasie rzeczywistym wysyłają na RTCM 2.3 oraz 3.1 obserwacje

- do pozycjonowania przy obszarach przygranicznych => budowa systemów ogólnych.

<<Sieć EUPOS>>

-Obejmuje 17 państw w jednolitym standardzie - ETRF-89.

-Ten sam system odniesienia.

<<ASG>>

Stacje przygraniczne -> ograniczone możliwości interpolacji.

<<POLSKI SYSTEM ASG -EUPOS>>

1. W 2001 roku - ekspertyza komitetu Geodezji Polskiej Akademii Nauk - pokrycie kraju siecią punktow.

Powierzchniowy system ( jednolity układ odniesienia dla całego kraju).

2. Post processing:

Początkowo powstał na terenie województwa Ślaskiego.

3. Aktywna Sieć Geodezyjna:

- podział kraju na obszary obliczeniowe;

- otrzymywane ze stacji obserwacje i współrzędne;

4. Realizacja projektu.

5. Obszar powierzchniowy : województwo śląskie oraz małopolskie -> RTK;

6. Pomiary zarówno w post processingu jak i RTK.

7. Bazowanie na 98 stacjach, o promieniu R = 35 km.

<<System ASG-eupos>>

-75 nowych stacji: 63 z modułem GPS; 8 z modułem GPS/GLONASS

- 23 istniejące stacje.

- 17 stacji włączono do stacji europejskich (EPN).

Klasa A - 1 cm; Klasa B - 3 cm;

-21 stacji zagranicznych;

- Centrala zarządzająca: Warszawa.

-Stacje są zautomatyzowane.

Kilka szkiców z wykładu do tego:

Systemy GNSS - WYKŁAD

<<Projekt nowelizacji rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 8 sierpnia 2000r >>

- celem jest stworzenie osnowy zintegrowanej (trójwymiarowej);

- wprowadza określenie - geodezyjny system odniesienia ETRS 89;

- zastosowanie modelu quasigeoidy;

- pomiary sytuacyjno - wysokościowe -> prawne uwarunkowania;

- wysokość normalna;

- osnowa ma punkty A i B, punkty klasy A mogą być punktami nawiązania; 17 pkt kontrolowanych niezależnie - pkt główne do przewiązania sieci, realizujące układ europejski (PS. pisze bo było, ale nie do końca czaje co to ma znaczyć ;])

- modernizacja EUREF 2000, na epokę 2005;

- realizacja, przenoszenie układów odbywa się technikami satelitarnymi;

- kompromisowe rozwiązania łączące EUREFPOL i ASG - EUPOS to ETRF 2000 na epokę 2005;

Dokładność RTK: 5 + 3*sort(L)

Dokładność ASG: 3 cm

<<Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie osnów geodezyjnych i grawimetrycznych oraz magnetycznych>> - projekt rozporządzenia.

- IGS - stacje realizujące globalny układ odniesienia;

- modernizacja osnowy - doprowadzenie osnowy do stanu zgodnego z przepisami ;)

- osnowa wielofunkcyjna - osnowa pozioma i wysokościowa;

- punkty osnowy - punkt w państwowym systemie odniesień przestrzennych;

- rząd osnowy - kolejność włączania punktów do procesu wyrównania;

- XML - format wymiany danych;

-stacja referencyjna - stacja względem której wyznaczamy współrzędne;

-UML - format zapisu obiektów przestrzennych;

- XSD -standard zapisu danych;

- wysokość geodezyjna - jest to wysokość wyliczona, niemierzalna; odległośc danego punktu od powierzchni elipsoidy wzdłuż normalnej do elipsoidy;

<< Osnowa obligatoryjna >>

Osnowa fundamentalna - 1 rzędu (tzw. 0) KRAJOWA

Osnowa podstawowa - 2 rzędu. Zagęszcza

<< Osnowy fakultatywne >>

Osnowa szczegółowa - 3 rzędu

Osnowa pomiarowa - 4 rzędu - tworzone w miejscach gzie są potrzebne;

Poziomą osnowę fundamentalną tworzą stacje referencyjne systemu ASG - EUPOS.

Dokładność osnowy fundamentalnej względem punktów sieci EPN:

- w poziomie +- 0,01 m, - na wysokości +- 0,02 m

<<Szczegółowa pozioma osnowa geodezyjna>>

- jest to zagęszczenie osnowy podstawowej, w nawiązaniu do punktów osnowy podstawowej;

- służy do nawiązywania osnowy pomiarowej i wykonywania szczegółowych pomiarów geodezyjnych;

- nowo zakładana mp< +- 0,07m;

dotychczasowa 2 klasy mp < +- 0,05m;

dotychczasowa 3 klasy mp <+-0,10m

- wysokość h wyznacza się z dokładnością +- 0,05 m;

- tworząc nową osnowę musimy musimy ją nawiązać do minimum 3 stacji ASG-EUPOS (najbliższych).

- przy pomiarach wysokości techniką GNSS należy wykonać nawiązanie wysokościowe do co najmniej 4 pkt wysokościowej osnowy geodezyjnej podstawowej lub też szczegółowej;

- przeniesienie przestrzenne ( przesunięcie, obrót oraz skala);

- ciągi poligonowe wykonuje się metodą trygonometryczną.

Stawiane wymogi:

a) co najmniej 4 widoczne satelity;

b) co najmniej dwukrotny , niezależny pomiar punktu;

c) odkryty horyzont;

d) więcej niż 3 odbiorniki (konieczne zamknięcie figur);

e) prawidłowe pomiary anten;

- wyrównanie swobodne sieci - dzięki temu wykrycie błędów grubych;

- sieć niwelacyjna => niwelacja geometryczna techniką GNSS

Błąd niwelacji -> 4 mm/km daje to dokładność na poziomie 3 klasy;

Błąd wysokości -> 0,01 m.

<<Osnowa wielofunkcyjna>>

- pozioma oraz wysokościowa;

- wykorzystywana do przejścia na układ 2000;

- ujednolicenie układu odniesienia - jednorodność osnowy w zasobie;

Systemy GNSS - wykład z dnia 31.05.2010

G.1.12

<<Rozporządzenie>>

Co możemy mierzyć techniką satelitarną GNSS?

1. osnowę pomiarową;

2. osnowę realizacyjną;

3. pomiary sytuacyjno- wysokościowe;

4. tyczenie;

Osnowa dwufunkcyjna - realizuje:

- fi, lambda, h oraz H normalne;

Osnowa pomiarowa realizuje:

- fi, lambda, h (X, Y, Z);

- realizuje państwowy system odniesień przestrzennych;

GNSS - osnowa dwufunkcyjna -> trójwymiarowa wysokość;

Cechy osnowy pomiarowej GNSS:

- sieć jednorodna;

- zawiązana do państwowej osnowy podstawowej lub szczegółowej;

-jest to zbiór minimum 3 punktów;

- sieć nawiązana do minimum 3 punktów ASG -EUPOS;

-wyrównanie wektorów niezależnych;

- wyrównanie sieci - metodą najmniejszych kwadratów;

Przykłady sieci:

<< Pomiary statyczne GNSS >>

- obliczanie współrzędnych w procesie postprocessingu,

- wykorzystujemy odbiorniki dwuczęstotliwościowe oraz wieloczęstotliwościowe z wewnętrzną dokładnością;

Warunki konieczne do poprawnego pomiaru:

- unikamy zakryć horyzontu;

- unikamy aktywnych urządzeń;

- unikamy odbić sygnału;

- minimalna liczba widocznych satelitów - 4, a w przypadku pomiarów szybkich statycznych 6;

- kąt elewacji - obcięcia horyzontu - minimum 10^o;

- PDOP podczas pomiarów nie może przekraczać 6;

- interwał ustawiamy na 5 sekund ( przy RTK na 1 sek);

- długość sesji pomiarowej - minimum 720 pomierzonych epok;

- prawidłowy pomiar wysokości anteny oraz prowadzenie dziennika pomiarowego;

Pomiar wysokości anteny.

<<Pomiary w czasie rzeczywistym>>

- określanie współrzędnych w czasie rzeczywistym;

- RTK - powierzchniowy;

- RTN - pojedynczy - wirtualna stacja + poprawki VRS, MAC i FKP;

-odbiorniki korzystają z poprawek;

- wyprowadzanie parametrów dokładnościowych oraz typów rozwiązania: float lub fixed;

<< Wyznaczenie typu fixed mamy wtedy gdy parametry nieoznaczoności zostały zaokrąglone do liczb całkowitych. W wypadku gdy parametry nieoznaczoności nie zostały zaokrąglone do liczb całkowitych mamy do czynienia z rozwiązanie typu float. Przy czym wysokie dokładności uzyskamy tylko przy fixed >>

-> w pierwszej kolejności korzystamy z poprawek powierzchniowych z grupy stacji -VRS, MAC, FKP

->-> z pojedynczej stacji -ASG -EUPOS;

->->-> ze stacji na punkcie osnowy podstawowej klasy s (wyznaczanym satelitarnie);

- odległość do pojedynczej stacji - 5 km;

- wykorzystujemy dwie częstotliwości;

- przekazać do zasobu pełen system odniesień przestrzennych;

<<Tyczenie RTK>>

- w układzie lokalnym ( NAWGEO - układ 2000);

- wysokości to wysokości elipsoidalne;

- tyczyć można w takich w których nie ma osnowy realizacyjnej;

Dostosowanie dotychczasowych współrzędnych w lokalnym układzie do tych z ETRS 89.

(Europejski System Odniesienia ETRS'89 został zdefiniowany w 1990 roku na podstawie Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS dla epoki 1989.0):

- w oparciu o udostępnione przez ośrodek parametry transformacji;

- z wykorzystaniem minimum 3 pkt;

Zasób geodezyjny (bazowy, użytkowy, przejściowy) => zawartość

RTK -> szkic przeglądowy + położenie punktów kontrolnych

<< Dokładności >>

Pozioma:

1. podstawowa ( pkt EUREF-POL, POLREF, SAG ):

1 kl <= 3 cm (GNSS)

B) szczegółowa:

II kl < 5cm, II kl^s < 3 cm (GNSS)

III kl <10 cm, III kl < 7 cm (GNSS)

Wysokościowa:

1. podstawowa:

I kl - 1mm/km; II kl - 2mm/km;

b) szczegółowa:

III kl - 4 mm/km; mh < 10 mm;

IV kl - 10 mm/km; mh < 20 mm;

GPS mierzy po elipsoidzie. Normalna odnosi się do GPS, linia pionu do pomiarów klasycznych.

---