- Akademia Morska w Szczecinie

ISSN 1733-8670
ZESZYTY NAUKOWE NR 6(78)
AKADEMII MORSKIEJ
W SZCZECINIE
I N Ż Y N I E R I A R U C H U M O R S K I E G O 2 00 5
Ryszard Bober, Piotr Grodzicki,
Zenon Kozłowski, Adam Wolski
Badania sygnałów DGPS ze stacji Dziwnów
na obszarze portu Szczecin
Przedstawiono wyniki badań nad możliwością wykorzystania sygnałów ze stacji referencyjnej DGPS w Dziwnowie na terenie portu w Szczecinie.
The Study on the DGPS Correction Signals
in the Port of Szczecin
The paper presents results of research aimed at possible applications of reference corrections to the GPS from Dziwnów Station within the port of Szczecin.
Ryszard Bober, Piotr Grodzicki, Zenon Kozłowski, Adam Wolski
Wstęp
Port Szczecin jest jednym z największych portów w Polsce. Wraz z intensyfikacją ruchu statków na obszarze portu wzrasta zapotrzebowanie na dokładne
określenie pozycji statku w stosunku do granic toru wodnego, szczególnie w porze nocnej i przy ograniczonej widzialności.
Jednym ze sposobów dokładnego określenia pozycji jest radionawigacyjny
system DGPS powszechnie wykorzystywany na morzu. Na obszarze portu
Szczecin istnieje możliwość korzystania z systemu DGPS opartego na poprawkach nadawczych ze stacji referencyjnej Dziwnów.
Celem badań było określenie możliwości korzystania z poprawek referencyjnych nadawanych ze stacji Dziwnów, przeznaczonych do określania pozycji
na Bałtyku, na terenie portu w Szczecinie.
1. Obszar badań
Badania prowadzono w porcie w Szczecinie w trzech wybranych punktach
geodezyjnych (tabela 1):
• A  zachodni koniec nabrzeża Albańskiego w rejonie portu wolnocłowego,
• B  południowy koniec nabrzeża Holenderskiego w rejonie przeładunku
towarów drobnicowych,
• C  północny koniec nabrzeża Katowickiego w rejonie przeładunku ładunków masowych.
Tabela 1
Współrzędne geodezyjne punktów pomiarowych
Nr punktu
Szerokość
Długość
A
53° 25' 28,7647" N
014° 34' 27,588" E
B
53° 26' 06,1024" N
014° 34' 50,880" E
C
53° 24' 34,6976" N
014° 36' 42,084" E
Źródło: Zasoby geodezyjne Urzędu Morskiego w Szczecinie.
2. Metody badawcze
Dane o sygnale i pozycji rejestrowano używając odbiornika GPS Leica MX
9212 i odbiornika poprawek referencyjnych Leica MX 50R. Antenę odbiorczą
systemu umieszczano nad wyznaczonymi punktami sieci geodezyjnej Polski,
znajdującymi się na nabrzeżach (tabela 1). W każdym z wymienionych punktów
przeprowadzono w maju i czerwcu 2005 roku trzy dwunastogodzinne sesje po58
Badania sygnałów DGPS ze stacji Dziwnów …
miarowe. Pomiary wykonywano w tych samych porach dnia, tzn. pomiędzy
godz. 16.00, a godz. 05.00 następnego dnia. Warunki pogodowe w czasie sesji
pomiarowych były stabilne i porównywalne – pogoda wyżowa bez zjawisk atmosferycznych. Po wykonanych pomiarach dokonano analizy wyników stosując
program STATISTICA. Określono dla poszczególnych punktów pomiarowych:




pozycję średnią punktu pomiarowego,
dokładność określenia pozycji (p = 95%),
poziom sygnału ze stacji referencyjnej (SS),
stosunek sygnał/ szum (S/N).
Rys. 1. Rejon badań z zaznaczeniem punktów pomiarowych
59
Ryszard Bober, Piotr Grodzicki, Zenon Kozłowski, Adam Wolski
3. Wyniki badań
Według producenta odbiornik używany podczas pomiarów pracuje w trybie
DGPS wówczas, kiedy poziom sygnału (SS) jest równy lub większy od 9 dBμ,
a stosunek sygnał/szum (S/N) nie mniejszy niż 6 dB.
Tabela 2
Wyniki pomiarów
Sygnał
Punkt
pomiarowy
Poziom sygnału (SS)
[dBμ]
max min
Stosunek sygnał/szum
(S/N) [dB]
średni
max
min
średni
Promień koła
błędów [m]
Przesunięcie
pozycji
średniej [m]
A
37
36
36,08
17
13
16,00
1,81
0,24
B
38
37
37,01
20
15
17,24
2,11
0,39
C
39
35
36,77
17
7
14,69
4,05
1,43
Źródło: opracowanie własne.
Poziom sygnału (SS) [dB]
Na rysunkach 2, 5, 8 i w tabeli 2 przedstawiono poziom sygnału (SS)
w czasie pomiarów dla punktów A, B i C. Minimalne wartości poziomu sygnału
obserwowane na badanym akwenie wynosiły 35 dBμ a maksymalne 39 dBμ.
37,2
37
36,8
36,6
36,4
36,2
36
35,8
35,6
35,4
1
251
501
751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001
Czas [10s]
Rys. 2. Wykres zmian poziomu sygnału w punkcie geodezyjnym „A” (nab. Albańskie)
Na rysunkach 3, 6, 9 i w tabeli 2 zaprezentowano zmiany stosunku sygnał/szum (S/N) dla poszczególnych punktów pomiarowych. Stwierdzono, że
wartości minimalne wynosiły 12 dB, a maksymalne 20 dB. Wykonane pomiary
wykazały, że otrzymywane sygnały spełniały wymagania producenta odbiornika
odnośnie jego prawidłowej pracy.
60
Badania sygnałów DGPS ze stacji Dziwnów …
Stosunek sygnał/szum [dB]
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1
251 501 751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001
Czas [10s]
Rys. 3. Wykres zmian stosunku poziomu sygnału do szumów S/N punkcie geodezyjnym „A”
(nab. Albańskie)
Na rysunkach 4, 7 i 10 przedstawiono statystyki rozkładów pozycji punktów A, B i C względem wzorców, którymi były w każdym przypadku pozycje
geodezyjne. Dwuwymiarowy rozkład pozycji opisują elipsy błędu odpowiadające prawdopodobieństwu P = 0,95 w stosunku do pozycji średniej (mean coordinates). Dodatkową informacją jest przedstawienie błędu w formie kołowej, środek okręgu leży również w punkcie pozycji średniej. Przesunięcie pozycji średniej wynosiło 0,24 m dla punktu A, 0,39 m dla punktu B i 1,43 m dla punktu C.
Kierunki przesunięcia pozycji średniej w stosunku do pozycji odniesienia pokazano na rys. 4.
Rys. 4. Rozkład danych z pomiaru w punkcie geodezyjnym „A” (nab. Albańskie)
61
Ryszard Bober, Piotr Grodzicki, Zenon Kozłowski, Adam Wolski
40
Poziom sygnału (SS) [dB]
39
38
37
36
35
34
33
1
251
501
751
1001
1251 1501
1751
2001
2251
2501
2751
3001
3251 3501
3751
C zas [10s]
Rys. 5. Wykres zmian poziomu sygnału w punkcie geodezyjnym „B” (nab. Holenderskie)
.
18
Stosunek sygnał/szum [dB]
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1
251 501 751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751
Czas [10s]
Rys. 6. Wykres zmian stosunku poziomu sygnału do szumów S/N w punkcie geodezyjnym „B”
(nab. Holenderskie)
Rys. 7. Rozkład danych z pomiaru w punkcie geodezyjnym „B” (nab. Holenderskie)
62
Badania sygnałów DGPS ze stacji Dziwnów …
38,2
38
Poziom sygnału
(SS) ][dB]
Poziom sygnału
(SS) [dB

37,8
37,6
37,4
37,2
37
36,8
36,6
36,4
1
251
501
751
1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001
Czas [10s]
Rys. 8. Wykres zmian poziomu sygnału w punkcie geodezyjnym „C” (nab. Katowickie)
25
Stosunek sygnał/szum [dB]
20
15
10
5
0
1
251
501
751
1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001
Czas [10s]
Rys. 9. Wykres zmian stosunku poziomu sygnału do szumów S/N w punkcie geodezyjnym „C”
(nab. Katowickie)
Rys. 10. Rozkład danych z pomiaru w punkcie geodezyjnym „C” (nab. Katowickie)
63
Ryszard Bober, Piotr Grodzicki, Zenon Kozłowski, Adam Wolski
Wnioski
Przeprowadzone badania sygnałów GPS z poprawkami ze stacji referencyjnej Dziwnów na terenie portu w Szczecinie wykazały, że istnieje możliwość ich
wykorzystania do wyznaczania dokładnej pozycji. Poziom odbieranych sygnałów był wyższy niż 35 dBμ, a stosunek sygnał/szum nie był mniejszy niż 12 dB.
Przesunięcie pozycji średniej w stosunku do pozycji geodezyjnej wahało się zależnie od punktu od 0,24 m do 1,43 m.
Zaobserwowano występowanie krótkotrwałych zakłóceń stabilności pozycji, jednak nie mają one wpływu na jej dokładność w dłuższym okresie.
Literatura
1. Felski A., Specht C., Pewne aspekty optymalizacji wykorzystania systemów
DGPS na Bałtyku Południowym. Zeszyty Naukowe AMW nr 3, Gdynia 1995.
2. Januszewski J., System GPS i inne systemy satelitarne w nawigacji morskiej.
Akademia Morska, Gdynia 2004.
3. Luszniewicz A., Słaby T., Statystyka z pakietem komputerowym STATISTICA
PL: teoria i zastosowania. Wyd. C.H. Beck, Warszawa 2001.
4. Specht C., Polskie systemy DGPS jako element osłony radionawigacyjnej
Bałtyku Południowego. Zeszyty Naukowe AMW nr 2, Gdynia 1997.
5. Specht C., Availability, Reliability and Continuity Model of Differential GPS
Transmission. Annual of Navigation N°5, Gdynia 2003.
Recenzenci
dr inż. kpt. ż.w. Ryszard Wawruch, prof. AM w Gdyni
prof. dr hab. inż. Evgeniy Lushnikov
Adres Autorów
mgr inż. Ryszard Bober
mgr inż. Piotr Grodzicki
mgr inż. Zenon Kozłowski
dr hab. inż. kpt. ż.w. Adam Wolski, prof. AM w Szczecinie
Akademia Morska w Szczecinie
Instytut Nawigacji Morskiej
ul. Wały Chrobrego 1/2
70-500 Szczecin
64