DSC05321

3 5fk • Wybrane zagadnienia geodezji w epoce GPS

Podajemy wartości odnoszące się do klasycznych wielkości geodezyjnych, a nie do przyrostów współrzędnych obserwowanego wektora z dwóch powodów; po pierwsze, ponieważ obecnie pomiary GPS są powszechnie wykorzystywane do odnowienia i modernizacji osnów geodezyjnych, a także do tworzenia osnów dla innych celów, np. fotogrametrycznych, katastralnych itp_. a po drogie dlatego, iż charakterystyki dokładności tradycyjnych wielkości geodezyjnych mierzonych nową techniką można łatwo porównywać z wynikami metod klasycznych.

S&bkiepomiary statyczne (RapidStatic i FastStatic™)

W roku 1992 pojawiły się metody szybkich pomiarów statycznych. Powstanie i rozpowszechnienie tych metod zawdzięczamy nałożeniu się głównie dwóch czynników: znacznemu postępowi w budowie nowych, doskonalszych odbiorników GPS oraz rozwojowi teorii w zakresie opracowania wyników obserwacji i rozwojowi oprogramowania. Doprowadziło to w sumie do opracowania efektywnych i bardzo ekonomicznych procedur obserwacyjnych stanowiących konkurencyjną alternatywę dla tradycyjnych pomiarów statycznych używanych w większości praktycznych zastosowań techniki GPS w pomiarach geodezyjnych. Szybkie pomiary statyczne pozwalają na skrócenie czasu gromadzenia sygnałów satelitarnych na stacji obserwacyjnej do kilku czy kilkunastu minut, przy czym wyniki takich wyznaczeń mają parametry dokładnościowe takie same lub niewiele niższe niż wyniki wyznaczeń statycznych. Mamy tutaj na myśli dokładności rzędu 1 cm. Bardzo poważny udział w technologiach szybkich pomiarów statycznych mają ulepszenia w zakresie metod i algorytmów wyznaczania niejednoznaczności całkowitych cykli fazowych.

Poświęćmy kilka zdań na omówienie zasadniczych cech nowej generacji geodezyjnych odbiorników GPS. Zrobimy to na przykładzie odbiornika Geodetic Survcyor 4000SSE firmy TRIMBLE Navigation. Zaznaczmy, że wcześniej wyprodukowane odbiorniki tej firmy, takie jak: Field Surveyor 4000ST i Geodetic Surveyor IIP 4000SST, mogą być także wykorzystywane do szybkich pomiarów statycznych. Model 4000SSE posiada możliwość rejestrowania wartości czterech wielkości obserwowanych bez względu na to, czy kod precyzyjny P-codę jest dostępny czy też nie. Standardowo odbiornik prowadzi rejestrację:

-    pełnocyklicznych pomiarów fazowych na dwóch częstotliwościach nośnych L\\Li,

-    obserwacji kodowych kodu P na obu częstotliwościach.

Gdy właściciel systemu GPS - amerykański DoD (Department of Defence) - włączy tzw. antispoofmg (A-S), czyli przeciwdziałanie fałszowaniu informacji³² utajniając kod precyzyjny P poprzez zamianę tego kodu na militarny kod Y, odbiornik 4000SSE będzie nadal dokonywał obserwacji czterech wielkości:

-    pomiarów fazowych na dwóch częstotliwości nośnych L\ i Lj,

-    precyzyjnych pomiarów kodowych kodu CJA na częstotliwości Lu

-    pomiarów tzw. korelacji wzajemnej (cross-corrclation) kodu Y.

ⁿ Tafc było, gdy system OPS był wykorzystywany do celów militarnych; przykład - wojna w Zatoce Perskiej 1991/92 Od połowy roku 1994 kod precyzyjny P został niemalże na stale zastąpiony kodem Y.

Technika cross-correlation wykorzystuje następującą właściwość: kod Y na obu częstotliwościach nośnych, choć nieznany, jest ten sam. Cross-correlation polega na precyzyjnym wyznaczeniu różnicy grupowych opóźnień sygnałów (zob. [6.2.6]) pomiędzy częstotliwościami L\ i £& na które nałożono nieznany, lecz ten sam kod Y. Taką wzajemnie skorelowaną obserwację, łącznie z kodową (C/A) obserwacją wykorzystuje się do wyznaczenia odległości z Lj. Jak już wspomnieliśmy, mamy także ciągle do dyspozycji pomiar fazowy na obu częstotliwościach L\ i Z?. Tak więc, odbiornik ten ma możliwość obserwowania sześciu wielkości, przy czym czterech w każdych okolicznościach. Nadmieńmy, że przełączenie odbiornika do reżimu obserwacyjnego kodu C/A i techniki cross-correlation następuje automatycznie w przypadku, gdy kod P zostaje wyłączony.

Na czym polegają szybkie pomiary statyczne w wersji Rapld Stalle albo FastStatlc

Wspomnieliśmy już wyżej, że szybkie pomiary statyczne są metodą względnych pomiarów GPS pozwalającą na skrócenie czasu obserwacji do 5 + 20 minut i uzyskanie tej samej dokładności pomiarów dla krótkich wektorów (do 20 km), jaką dawały względne metody statyczne. FastStatic jest to zarówno metoda, jak i technologia szybkich pomiarów statycznych opracowana przez firmę TRIMBLE Navigation (.19926). Nazwa FastStatic™ jest jednocześnie znakiem handlowym technologu. Podstawowe wymagania tej metody są następujące:

-    do obserwacji mogą być wykorzystane dwuczęstotliwościowe odbiorniki GPS z kodera precyzyjnym P, a więc: Geodetic Surveyor IIP lub Geodesists IIP (obydwa z serii 4000SST) oraz Geodetic Surveyor lub Geodetic System Surveyor z serii 4000SSE firmy TRIMBLE Navigation,

-    zaleca się stosowanie interwału zliczeń w przedziale 5+15 sekund; interwał 15--sekundowy zliczania jest optymalny,

-    powinno się obserwować 5, a nawet 6 satelitów GPS,

-    satelity powinny znajdować się powyżej 20° ponad horyzontem,

-    czas pomiaru zależy od liczby obserwowanych satelitów, od jakości sygnałów satelitarnych oraz od długości mierzonego wektora i zawiera się w przedziale 5+20 minut,

-    gdy czas pomiaru był krótszy niż 10 minut, należy obserwacje wykonać powtórnie, najlepiej następnego dnia, w celu zwiększenia pewności poprawnego wyznaczenia,

-    długość mierzonego wektora nie powinna być większa niż 20 km,

-    do opracowania wyników pojedynczych wektorów należy stosować program GPSur-vey; do jednoczesnego opracowania sieci wielu wektorów należy ten program wspomagać pakietem TRJMYEC Plus.

Doświadczenia Instytutu Geodezji Wyższej i Astronomii Geodezyjnej Politechniki Warszawskiej w zakresie pomiarów i tworzenia sieci geodezyjnych metodą FastStatic, opisane przez Piraszewsklego (1993), wskazują na pełną przydatność metody do odnowienia sieci podstawowych II i niższych klas, a także do tych wszystkich zastosowań geodezyjnych, w których realna dokładność wyznaczenia różnicy współrzędnych na poziomie pojedynczych centymetrów jest zadowalająca.

Podstawę pakietu programowego GPSunrcy stanowi program WAYE™ (Weighted Ambiguity and Vector Estimator), który jako integralna jednostka programowa zapewnia kompletne obliczenia związane z wyznaczeniem pojedynczego wektora zaobserwowanego w reżimie FastStatic. Przy opracowywaniu wrielopunktowych sieci program fYAYE