Globalny system pozycyjny (GPS) jest technologią określania

SKNG Agrimensor
GPS
Autor: Administrator
03.03.2009.
Zmieniony 03.03.2009.
Globalny system pozycyjny (GPS) jest technologią określania współrzędnych punktów położonych w
dowolnym miejscu na ziemi, przy wykorzystaniu współczesnej techniki: satelitarnej, radiowej i
komputerowej.
GPS był u swoich początków technologią wojskową, wykorzystywaną przez Amerykańskie Ministerstwo
Obrony jako globalny, wojskowy system nawigacji. Znalazł również zastosowanie w działalności cywilnej,
jednak z pewnymi ograniczeniami. Ponad dwa lata temu Departament Obrony USA zakończył zagłuszanie
sygnału cywilnego. Teraz system pracuje z dokładnością od 10 do 15m.
System składa się z trzech części zwanych segmentami:
Segment kosmiczno - satelitarny składa się z 24 satelitów typu NavStar, okrążających Ziemię w ciągu 12
godzin widocznych nad horyzontem przez 5 godzin. W każdym punkcie Ziemi możliwe jest odbieranie
sygnałów od co najmniej 5 satelitów, a okresowo 7. Każdy z nich nadaje pewne bardzo stabilne
częstotliwości pomiarow, transmituje wskazania czasu własnego zegara, przekazuje informacje niezbędne
do identyfikacji satelity oraz ustalenia jego położenia na orbicie. Poruszają się one po sześciu
równomiernie rozmieszczonych orbitach o promieniu ponad 20200 km i nachyleniu 55o względem
równika.
Segment stacji kontrolnych składa się z kilku stacji naziemnych. Główna stacja mieści się w Falcon w
Colorado Springs na terenie Stanów Zjednoczonych. Podstawowym zadaniem stacji kontrolnych jest
śledzenie satelitów, prowadzenie kontroli prawidłowości wskazań zegarów na satelitach, obliczanie
elementów orbit i danych do ich aktualizacji oraz przekazywanie tych danych do pamięci komputera
pokładowego satelitów.
Segment użytkowników są to wszyscy posiadacze i użytkownicy GPS, którzy rejestrują odbierane od kilku
satelitów sygnały.
Możliwość wykorzystania systemu GPS w różnych dziedzinach inżynieryjnych i technicznych jest bardzo
szeroka. Najważniejsze z nich można sklasyfikować następująco:
Dziedziny korzystające z systemu GPS:
transport kolejowy (towarowy i pasażerski) - monitorowanie trasy przejazdu i ostrzeganie o możliwości
kolizji
transport lotniczy - precyzyjna nawigacja bez względu na warunki pogodowe, monitorowanie położenia
statków powietrznych, zarządzanie ruchem w przestrzeni lotniczej oraz w portach lotniczych, nawigacja
na obszarach okołobiegunowych (gdzie nie mogą być używane kompasy), możliwość lokalizacji samolotu
w przypadku katastrofy, analiza trasy lotu
transport drogowy - zarządzanie flotą samochodową (TIR-y, autobusy, taksówki), planowanie tras
przejazdu z uwzględnieniem warunków pogodowych, robót drogowych itp., analiza ruchu drogowego i
wypadków drogowych
transport morski i śródlądowy -lokalizacja jednostek wysyłających sygnał SOS, stała dwukierunkowa
łączność i monitorowanie położenia statków przez służby na lądzie, zarządzanie ruchem jednostek w
portach, prowadzenie prac przy pogłębianiu torów wodnych i basenów portowych, lokalizacja przeszkód
podwodnych, gór lodowych, określanie wielkości przypływów i prądów morskich
górnictwo - lokalizacja wyrobisk w kopalniach odkrywkowych, określanie miejsca odwiertów, sterowanie
maszynami
budownictwo - pomiary przy budowie autostrad, obiektów przemysłowych, kanałów irygacyjnych,
precyzyjne sterowanie maszynami budowlanymi, badanie przemieszczeń i osiadań konstrukcji
rolnictwo - precyzyjna nawigacja maszynami rolniczymi, monitorowanie parku maszynowego, analiza
stanu prac polowych, określenie miejsca i poziomu nawożenia (lub spryskiwania środkami ochrony roślin)
leśnictwo - określanie rejonów wyrębu lasów, lokalizacja pożarów i kierunków ich rozprzestrzeniania,
śledzenie migracji zagrożonych gatunków zwierząt
http://www.agrimensor.nets.pl/nowa
Kreator PDF
Utworzono 16 March, 2011, 16:20
SKNG Agrimensor
bezpieczeństwo - lokalizacja miejsca wypadku (katastrofy), określenie trasy najlepszego dojazdu do
wypadku, planowanie akcji ewakuacyjnych, śledzenie skradzionych pojazdów, monitorowanie trasy
poruszania się VIP-ów, monitorowanie więźniów, analiza popełnianych przestępstw
ochrona środowiska i nauka - monitorowanie terenów sejsmicznych i wulkanicznych, określanie obszarów
zagrożeń epidemiologicznych, lokalizacja i kontrola terenów zanieczyszczonych i skażonych, badania
klimatu, badania kosmiczne
geodezja - pomiary osnów, pomiary inwentaryzacyjne i realizacyjne, pomiary przemieszczeń i osiadań,
określanie położenia dla celów GIS
Metody pomiarowe
Metoda kodowa
Polega na pomiarze pseudoodległości na podstawie przesunięcia kodów.
W celu wyznaczenia współrzędnych geocentrycznych X,Y,Z należy pomierzyć odległość punktu anteny
odbiornika GPS do co najmniej trzech satelitów o znanych współrzędnych XS,YS,ZS. Odległość ta jest
równa prędkości fali pomnożonej przez czas jej przebiegu od satelity do odbiornika. Czas przebiegu fali
satelita - odbiornik wynosi około 0,07s.
Dokładność wyznaczenia położenia punktu tą metodą jest rzędu 5m - zaspokaja ona standardowe
potrzeby nawigacji.
Metoda fazowa
Stosowana jest dla osiągnięcia większej dokładności wzajemnego położenia punktów rzędu 5mm,
wymaganej w pomiarach geodezyjnych. Wykonuje się jednoczesny pomiar odległości do satelitów z
użyciem dwóch odbiorników ustawionych na punktach.
Metoda ta daje możliwość uwolnienia się od wielu błędów systematycznych, wspólnych dla obserwacji na
dwu stanowiskach jak: refrakcje troposferyczna i jonosferyczna (czyli zakłócenie przebiegu szybkości fali
radiowej od satelity do odbiornika w warstwach atmosfery ziemskiej tj. troposfera i jonosfera), błędów
wskazań zegarów umieszczonych na satelitach oraz błędy zegarów umieszczonych w odbiornikach.
Techniki pomiarowe
Pomiar statyczny
To klasyczny sposób prowadzenia pomiaru GPS. Polega on na obserwacji minimum 4 satelitów przez co
najmniej dwa odbiorniki ustawione nad punktami obserwacyjnymi. Minimalny czas obserwacji wynosi
około 0.5 godziny. Dłuższy czas pomiaru pozwala zebrać więcej danych pomiarowych. Metoda ta pozwala
na uzyskiwanie dokładności horyzontalnej do 5 mm + 1 ppm i może być stosowana do tworzenia
geodezyjnych osnów pomiarowych i szczegółowych.
Pomiar statyczny szybki " fast static"
Jest odmianą pomiaru statycznego, która pozwala na uzyskiwanie dużych dokładności pomiarów przy
krótszych czasach obserwacji na poszczególnych punktach. Jeden z odbiorników jest ustawiany na
punkcie będącym okresową stacją odniesienia, a pozostałe są przemieszczane od punktu do punku. Przy
odległości między punktami równej 15 km dokładność wzajemnego położenia punktów będzie lepsza niż
10 mm +1 ppm. Takie wyniki uzyskuje się z sesji obserwacyjnej trwającej 5 do 10 minut.
Pomiary kinematyczne metoda "stop and go"
Podobnie jak w metodzie "fast static" istnieje konieczność utworzenia tymczasowej stacji referencyjnej, a
następnie inicjalizacji pomiarów metodą tzw. zmiany anten bądź też, ustawienia odbiornika na punkcie o
znanych współrzędnych i wykonania krótkiej sesji obserwacyjnej. Następnie odbiornik przemieszcza się i
wykonuje pomiary. W metodzie tej obserwator ustawia antenę satelitarną na około 10 minut na punkcie
geodezyjnym.
Dokładność tej metody można ocenić na 1-2 cm + 1 ppm długości linii. Może ona znaleźć zastosowanie w
geodezji inżynieryjnej oraz pomiarach hydrograficznych. Podstawową słabością tej metody jest możliwość
utraty kontaktu z satelitami i konieczność ponownej inicjalizacji pomiarów.
Pomiar kinematyczny bezpośredni "Real - Time Kinematic"
Najbardziej obiecujący tryb pracy GPS to bezpośredni pomiar kinematyczny tzw. Real -Time Kinematic.
Kinematyczny, czyli w ruchu, i bezpośredni - czyli dający wyniki w momencie pomiaru (z opóźnieniem
najwyżej kilkusekundowym). Pomiar taki jest możliwy dzięki współpracy dwóch odbiorników GPS, z
których jeden pozostaje nieruchomy przez cały czas trwania sesji pomiarowej na punkcie referencyjnym,
http://www.agrimensor.nets.pl/nowa
Kreator PDF
Utworzono 16 March, 2011, 16:20
SKNG Agrimensor
podczas gdy drugi przemieszczany jest tak, aby objąć wszystkie punkty przeznaczone do pomiaru.
"Współpraca" obu (lub większej liczby ) odbiorników jest możliwa dzięki komunikacji radiowej między
nimi, a konkretnie - dzięki przesyłaniu drogą radiową danych ze stacji bazowej do stacji ruchomych.
Kluczem do pomyślnego stosowania tej metody jest realizowany na bieżąco algorytm transformacji
współrzędnych geocentrycznych do dowolnego układu lokalnego. Oprogramowanie np. zeissowskich
odbiorników satelitarnych ( o nazwie GePoS RM24 ) umożliwia automatyczną transformację do układów
Gaussa-Krügera lub UTM, związanych z dowolnie definiowaną elipsoidą odniesienia.
Wykorzystanie GPS-u do pomiarów:
Techniki pomiarowe wykorzystujące najnowsze technologie elektroniczne i satelitarne służą nie tylko to
nowych pomiarów, ale również do modernizacji istniejących już ciągów.
Za przykład może posłużyć modernizacja szczegółowej poziomej osnowy geodezyjnej IV-ej klasy I i II-go
rzędu poligonizacji technicznej założonej w latach 1963-67 w gminie Lelis. Po ścisłej analizie danych i
dokumentacji wyżej wymienionej osnowy wykryto istniejące błędy i obliczono błąd średni. Następnie w
miejscach słabych ciągów zagęszczono osnowę punktami GPS. Projektując je w parach lub w triadach
(zakładając ich wzajemną widoczność, max. 800m), odległości między sąsiednimi parami (triadami) nie
przekraczały 2km.
Pomiary wykonano metodą statyczną, otrzymując wyniki na podstawie, których nastąpiło ścisłe
wyrównanie współrzędnych istniejących punktów osnowy oraz obliczono nową wartość błędu średniego.
Na podstawie otrzymanych wyników błędów średnich można stwierdzić małą precyzję pomiarów
metodami klasycznymi, jak również słabą konstrukcję geometryczną osnowy oraz możliwość wykrycia
fragmentów ciągów posiadających błędy grube, niemożliwe do wykrycia podczas klasycznych pomiarów
terenowych.
http://www.agrimensor.nets.pl/nowa
Kreator PDF
Utworzono 16 March, 2011, 16:20