Laboratorium z Miernictwa Górniczego

Transkrypt

Laboratorium z miernictwa górniczego
Laboratorium z Miernictwa Górniczego
Materiały pomocnicze I
Planowanie warunków obserwacji satelitów GPS/GLONASS
Opracował
dr inż. Jan Blachowski
[email protected],
pok. 505, bud. K-1, tel. 320 68 73
1
Zakład Geodezji i Geoinformatyki
Instytut Górnictwa
Politechnika Wrocławska
1. Zadanie
Ćwiczenie obejmuje określenie przewidywanej widoczności satelitów systemów GPS oraz GLONASS dla
określonego miejsca pomiarowego w trakcie planowanego pomiaru. Obejmuje ono analizę wpływu
przesłonięć (w warunkach gęstej zabudowy, środowiska kopalni odkrywkowej, terenów górskich itp.) na
dostępność satelitów. Interpretacja wykonywania jest na podstawie sporządzonych wykresów liczby
dostępnych satelitów (NSats) oraz wartości współczynników DOP (ang. Dilution of Precision - Rozmycia
dokładności), zazwyczaj PDOP (Position Dilution of Precision). Analizie poddawana jest (a) sytuacja
teoretyczna (bez przesłonięć) oraz z przesłonięciami dla (b) tylko satelitów GPS oraz (c) łącznie satelitów
GPS i GLONASS.
Prowadzenie analiz widoczności satelitów dla pomiarów GPS oraz ich wpływu na dokładność satelitarnych
pomiarów wynika z potrzeby określenia optymalnych okresów obserwacji. Powinny one charakteryzować
się zadaną wcześniej wielkością spodziewanych błędów pomiarowych.
Ćwiczenie przekazywane jest w sprawozdaniu nr 1 Pomiary kodowe GPS.
2. Zakres ćwiczenia
Procedura analizy widoczności polega na wykonaniu w terenie szkicu przesłonięć (rys. 2). Następnie w
laboratorium korzystając np. z programu Trimble Planning Software wprowadza się informacje konieczne
do określenia przewidywanych warunków pomiaru. Są to:
- planowany dzień i/lub czas pomiaru (w naszym wypadku planowany dzień pomiaru 0:00-24:00 oraz
czas pomiaru np. 14:00-16:00)
- miejsce pomiaru (współrzędne punktu dla którego wykonano szkic przesłonięć),
- almanach (almanac)*,
- zaznaczone w terenie przesłonięcia nieba (na podstawie szkicu terenowego).
Na ich podstawie geberowane są wspomniane wyżej wykresy (NSats i PDOP) charakteryzujące
przewidywane warunki obserwacji GPS oraz GPS i GLONASS.
Określenie optymalnych czasów do prowadzenia pomiarów satelitarnych dla danego miejsca realizowane
jest poprzez podanie parametrów takich jak: minimalna liczba widocznych satelitów (Number Sats), czas
potrzebny na wykonanie obserwacji (Working hours), dopuszczalna wartość współczynnika PDOP (PDOP).
2
3. Informacje do ćwiczenia
Almanach plik z danymi o aktualnym stanie systemu GPS, zawiera m. in. przybliżone orbity wszystkich
satelitów (jest to zestawienie informacji o keplerowskich parametrach orbit poszczególnych satelitów
systemu). Informacje te są niezbędne do określenia przewidywanej konfiguracji satelitów. Plik jest on
zapisywany przy każdorazowym uruchomieniu odbiornika GPS w terenie na podstawie danych przesłanych
w depeszy satelitarnej transmitowanej przez satelity systemu lub jest publikowany w internecie przez
segment kontroli systemu.
DOP (Dilution of Precision) – „Rozmycie dokładności”. Zestaw współczynników wiążących błąd pomiaru
odległości do satelity z błędem wyznaczenia pozycji. Wartości DOP są pochodną konfiguracji geometrycznej
układu satelity-odbiornik. Mniejsze wartości współczynników DOP odpowiadają lepszym warunkom
obserwacji satelitów. Podstawowe wskaźniki DOP to:
GDOP (Geometrical Dilution of Precision) - geometryczne rozmycie dokładności, współczynnik ten jest
odwrotnie proporcjonalny do objętości bryły, której wierzchołkami są pozycje obserwowanych
satelitów i odbiornika,
PDOP (Position Dilution of Precision) - trójwymiarowe rozmycie dokładności, w uproszczeniu
współczynnik ten jest odwrotnie proporcjonalny do objętości bryły, której wierzchołkami są pozycje
obserwowanych satelitów i odbiornika GPS (rys. 1),
HDOP (Horizontal Dilution of Precision)- poziome rozmycie dokładności. Patrz także DOP,
VDOP (Vertical Dilution of Precision) - pionowe rozmycie dokładności. Patrz także DOP,
TDOP (Time Dilution of Precision) - rozmycie dokładności czasu.
Korzystne jest wykonywanie pomiarów przy wartość współczynnika PDOP<4, pow. 8 dopuszczalne, w
przypadku wartości PDOP>20 warunki wykonywania pomiaru uważa się za niekorzystne [Lamparski, 2001].
PDOP 
1
V S1,2 ,3 ,4 , K 
Rys. 1. Geometryczna interpretacja współczynnika PDOP
3
,
Rys. 2. Przykład terenowego szkicu przesłonięć
4
4. Procedura wykonania ćwiczenia
W trakcie zajęć powinieneś/aś zrealizować i zamieścić w sprawozdaniu z ćwiczenia:
1. Krótkie wprowadzenie (0.5-1 strony A4) obejmujące charakterystykę współczynników DOP (PDOP),
omówić czynniki wpływające na dostępność satelitów i zmiany wartości współ. PDOP i zależność
jakości pomiarów GPS od ilości obserwowanych satelitów i wartości współ. DOP (PDOP),
2. Podać cel i zakres ćwiczenia,
3. Opisać wykonane czynności, w terenie (m.in. czas, miejsce, sprzęt, zakres wykonanych prac) oraz w
laboratorium (procedura planowania sesji pomiarowej),
4. Załączyć terenowy szkic przesłonięć (budynki, drzewa) dla planowanego miejsca obserwacji GPS z
opisem występujących przeszkód terenowych (zaznaczonych na szkicu),
5. Załączyć wykresy ilości satelitów GPS (NSats) przy odkrytym niebie (a) dla satelitów GPS oraz (b) GPS +
GLONASS,
6. Załączyć wykresy współczynnika PDOP przy odkrytym niebie (c) dla satelitów GPS oraz (d) GPS +
GLONASS,
7. Załączyć komputerowy szkic przesłonięć (wykonany na podstawie szkicu terenowego),
8. Załączyć wykresy ilości satelitów GPS (NSats) po uwzględnieniu przesłonięć (e) dla satelitów GPS oraz
(f) GPS + GLONASS,
9. Załączyć wykresy współczynnika PDOP po uwzględnieniu przesłonięć (g) dla satelitów GPS oraz (h) GPS
+ GLONASS,
10. Dokonać analizy warunków pomiarów satelitarnych bez „przesłonięć” i z „przesłonięciami” (na podst.
wykresów),
11. Ocenić warunki obserwacji z uwzględnieniem przesłonięć i określić optymalne okresy obserwacji dla (a)
tylko satelitów GPS (b) satelitów GPS + GLONASS (na podst. wykresów),
12. Wymienione wcześniej załączniki,
13. Spis wykorzystanej literatury.
W punkcie 10 powinieneś/aś udzielić odpowiedzi m.in. na następujące pytania:
Ile jest aktywnych satelitów GPS a ile GLONASS?
Jak zmienia się liczba widocznych satelitów GPS w dniu planowanego pomiaru?
Jak zmienia się liczba widocznych satelitów GLONASS w dniu planowanego pomiaru?
Ile maks. satelitów jest jednocześnie widocznych?
Jak zmienia się wartość współczynnika PDOP w dniu pomiaru (dla satelitów GPS)?
Jak zmienia się wartość współczynnika PDOP w dniu pomiaru (dla satelitów GPS + GLONASS)?
W punkcie 11 powinieneś/aś:
Odpowiedzieć na powyższe pytania z uwzględnieniem przesłonięć(,)
Określić kiedy występuje najlepszy, według Ciebie, okres dla przeprowadzenia pomiarów
satelitarnych?
A kiedy najgorszy?
Ocenić czy uwzględnienie satelitów GLONASS poprawia spodziewane warunki pomiaru
satelitarnego?
5
5. Dane do ćwiczenia
-
Plik almanac pobierasz ze strony http://www.trimble.com/gpsdataresources.shtml
Data pomiaru zostanie podana na zajęciach laboratoryjnych
Współrzędne miejsca pomiaru to:
B = 51° 06’ + („n” minut) 0”
L = 17° 01’ 0”
gdzie „n” to Twój numer na liście
-
Darmową
wersję
programu
Trimble
Planning
http://www.trimble.com/planningsoftware_ts.asp
6
Software
możesz
pobrać
ze
6. Materiały pomocnicze (instrukcja użytkownika programu Trimble Planning)
6.1.
Jak pobrać plik almanachu?
Rys. 3. Lokalizacja plików almanachu (*.alm) na stronie http://www.trimble.com/gpsdataresources.shtml
6.2.
Jak wczytać plik almanachu w programie?
zakładka Almanac  polecenie Load (rys. 4)
Rys. 4. Wczytanie pliku alamachu do programu Planning Software
6.3.
Jak wprowadzić miejsce i czas planowanego pomiaru?
Informacje dotyczące miejsca planowanego pomiaru takie jak: współrzędne, data planowanego
pomiaru, strefa czasowa oraz przesłonięcia (Obstacles) wprowadzasz w edytorze stacji (Station
Editor) w zakładce File.
7
zakładka File  polecenie Station (rys. 5)
Rys.5. Wybór podstawowych parametrów analizowanego punktu.
(1) Nadajemy nazwę (np. Wrocław) miejsca,
(2) Podajemy współrzędne oraz wysokość punktu,
(2) Ustawiamy tzw. maskę elewacji (Elevation Cutoff),
(3) Wprowadzamy datę (Start Date, Start Time) oraz czas (Duration) trwania planowanego pomiaru.
Pamiętaj o wyborze odpowiedniej strefy czasowej (Time Zone) (4) w której znajduje się miejsce
pomiaru.
Możesz także wybrać interwał co jaki analizowana będzie przez program konfiguracja satelitów
(Interval).
Informacje dodatkowe miejsce pomiaru możesz także wybrać z mapy (Map) lub listy miast (City) (rys.
6).
8
Rys. 6. Możliwości wyboru położenia miejsca pomiaru. Tutaj z predefiniowanej listy miast
6.4.
Jak wybrać system pozycjonowania satelitarnego?
Możesz wybrać czy w prognozie analizowane będą satelity GPS, GLONASS czy GPS i GLONASS razem
zaznaczając odpowiednie okienka (punkt 5 na rys. 7).
6.5.
Jak aktywować / dezaktywować poszczególne satelity systemu?
Selekcji satelitów wchodzących w skład poszczególnych systemów (GPS, GLONAS) dokonasz w menu
Satelity (Satellites) poleceniem Selekcja (Selection) (punkt 6 na rys. 7).
zakładka Satellites  polecenie Selection
6.6.
Jak przeglądać informacje o poszczególnych satelitach systemu?
W oparciu o plik almanach’u możesz przeglądać informacje o poszczególnych satelitach GPS lub
GLONASS (punkt 7 na rys. 7).
zakładka Satellites  polecenie Information
9
Rys. 7. Wybór systemu pozycjonowania, aktywacja/dezaktywacja satelitów oraz przegląd
informacji o poszczególnych satelitach
6.7.
Jak wygenerować wykresy ilości satelitów oraz wartości współczynnika PDOP?
Wszystkie wykresy obrazujące spodziewane warunki pomiaru wygenerujesz poleceniami
zgrupowanymi w menu Wykresy (Graphs).
W ćwiczeniu wykorzystasz dwa z nich. Są to: Liczba satelitów (Number of Satellites) na wykresie
Widoczności (Visibility) oraz PDOP (DOP Position).
-
Wykres widoczności - Liczby satelitów (rys. 8 punkt 8)
zakładka Graphs  polecenie Numbers of Satellites
-
wykresu wartości współczynnika PDOP (rys. 8 punkt 9)
zakładka Graphs  DOP  polecenie DOP-Position
Uwaga Prezentowany na rys. 8 przykład dotyczy sytuacji bez wprowadzonych przesłonięć dla
satelitów systemu GPS.
Podobne wykresy generujesz dla obu systemów (GPS i GLONASS) bez przesłonięć, z przesłonięciami
dla systemu GPS oraz z przesłonięciami dla systemów GPS i GLONASS (patrz punkt 4).
10
Rys.8. Wykresy liczby satelitów (Visibility – Number of Satellites) oraz wartości współczynnika
PDOP (DOP Position) dla systemu GPS bez wprowadzonych przesłonięć
6.8.
Jak wprowadzić przesłonięcia?
Przesłonięcia opisane w trakcie rekonesansu terenowego wprowadzisz do programu korzystając z
Edytora przesłonięć (Obstruction Editor) dostępnego pod poleceniem Przeszkody (Obstacles) (Rys. 9).
zakładka Files  Station  polecenie Obstacles
Edytor przesłonięć podaje procent obszaru zasłoniętego (Shaded) oraz pozwala na zapisanie (Write)
lub wczytanie (Read) zapamiętanych przesłonięć.
11
Rys.9. Widok edytora przesłonięć z wprowadzonymi przeszkodami. Na rys. powyżej wynoszą
one 25%
6.9.
Dodatkowe informacje - analiza trajektorii satelitów
Polecenie Sky Plot pozwala na śledzenie trajektorii orbit satelitów nad miejscem pomiaru z
uwzględnieniem wprowadzonych przesłonięć (rys. 10).
zakładka Graphs  polecenie Sky Plot
Rys. 10. Widzialność satelitów nad miejscem pomiaru, bez przesłonięć (po lewej), z
przesłonięciami (po prawej)
6.10.
Dodatkowe informacje Generowanie zestawień parametrów
W menu Zestawienia (Lists) zgrupowano polecenia umożliwiające generowanie raportów dla
poszczególnych satelitów GPS i GLONASS obliczanych dla kolejnych rozpatrywanych konfiguracji
satelitów w ustalonych interwałach (np. co 10 minut). Rys. 11 przedstawia zestawienie wartości
współczynników DOP oraz liczby widocznych satelitów.
12
zakładka Lists  Polecenie DOP Values
Rys.11. Zestawienie wartości współczynników DOP oraz liczby satelitów dostępnych w kolejnych
rozpatrywanych przedziałach. W oknie w lewym górnym rogu znajdują się informacje o planowanym pomiarze
oraz numery rozpatrywanych satelitów GPS i GLONASS
Uwaga Zestawienie przedstawione na rys. 11 może być przydatne podczas szczegółowej analizy
warunków pomiarów.
7.
Literatura
Lamparski J., „NAVSTAR GPS od teorii do praktyki”, Wyd. UWM, Olsztyn 2001,
Januszewski J., „Systemy satelitarne GPS, Galileo i inne”, Wydaw. Naukowe PWN, 2006
Czarnecki K., „Geodezja współczesna w zarysie”, Wyd. Wiedza i Życie, 1997,
GPS Tutorial, http://www.trimble.com/gps;
13
Załącznik 1 – Przykładowe wykresy NSATS I PDOP (bez przesłonięć)
14
Załącznik 2 – Przykładowe wykresy NSATS I PDOP (z przesłonięciami)
Okres
nieodpowiednich
warunków obserwacji
satelitarnych
Okres dobrych
warunków obserwacji
satelitarnych
15
Załącznik 3 Szkic przesłonięć
………………………/……………
Nazwisko i imię / nr indeksu
……………
data
………………..
Grupa
Opis miejsca obserwacji (szkic terenowy na odwrocie)
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………

Laboratorium z Miernictwa Górniczego

Transkrypt

Podobne dokumenty

GPSHolux RCV-3000 GPS Logger USB, Bluetooth

Systemy satelitarne wykorzystywane w nawigacji