GPS
Přednášející: Ing. Miroslav Čábelka cabelka@natur.cuni.cz
Metody určení polohy pomocí GPS
Navigation Satellit e System
Určení polohy bodu:
- Absolutní určování polohy - Relativní určování polohy
Metody určení polohy
Absolutní určování polohy bodu
- Souřadnice jsou určeny v geocentrickém souřadnicovém systému WGS-84.
- Pro měření lze použít pouze jednu měřící aparaturu.
- Vzdálenosti družice-přijímač jsou určovány pomocí pseudovzáleností.
Relativní určování polohy bodu
- Poloha bodu se určuje vzhledem k referenčnímu bodu, jehož gocentrické souřadnice jsou známy.
Satellit e System
Relativní zprůsob určení polohy
- Současně měří 2 přijímače.
- Výsledkem je relativní poloha přijímačů.
- Využívá se tzv. diferenciálních fázových měření.
Statická metoda
- Určují se vektory spojnic určovaných bodů.
- Měří 2, ale i více přijímačů po dobu několika hodin či delší.
- Nejpřesnější výsledky.
- Použití: polohové základy, deformace nebo geodynamické sítě.
Navigation Satellit e System
Metody určení polohy
Statická metoda – observační série
- Časový interval, ve kterém se vykonávají simultánní měření.
Satellit e System
Metody určení polohy
Rychlá statická metoda
- Dříve nejčastěji používaná.
- Doba měření 10 – 30 min. (podle typu přístroje, konfigurace družic apod.).
- Jeden přijímač stojí na referenční stanici po celou dobu měření, druhý přechází mezi určovanými body.
- Centimetrová přesnost i po krátké observaci.
Navigation Satellit e System
Metody určení polohy
Rychlá statická metoda – měření zhušťovacích bodů
Satellit e System
Metody určení polohy
Stop And Go
- Podobná jako rychlá statická metoda. Měření začíná a končí na známých bodech. Přijímač nepřestává měřit ani při přesunu.
- Určování souřadnic podrobných bodů s přesností 1 - 2 cm + 1ppm.
- Na prvním bodě je nutné zůstat tak dlouho, dokud se nevyřeší ambiguity.
- Nesmí se ztratit signál.
- Metoda vhodná pro podrobné měření. V současnosti minimální využití.
Kinematická metoda
- Přijímač se vzhledem k Zemi pohybuje. Přesnost 1 – 2 cm.
- Poloha přijímače se odečítá po určité časové jednotce (1 sekunda).
- Nesmí dojít ke ztrátě signálu. Použití pro určení dráhy pohybujícího se tělesa.
- V současnosti minimální využití.
Navigation Satellit e System
Metody určení polohy
Plánování měření
Cíl:
- Vybrat optimální observační podmínky pro zvolenou měřickou metodu.
- Minimalizovat časové ztráty a náklady na přepravu skupin mezi body.
Satellit e System
Plánování měření
Doba observace závisí na:
Navigation Satellit e System
- geometrii družic a na změně geometrie během měření, - počtu pozorovaných družic,
- délce základny,
- stupni ionosférických poruch, - množství překážek
v okolí přijímače.
Plánování měření
Minimální počet pozorovaných družic:
- Určen typem úlohy, která se má řešit.
- Minimalizovat časové ztráty a náklady na přepravu skupin mezi body.
- 3D měření - dx, dy, dz - nutno pozorovat min. 4 družice - 2D měření - dx, dy - nutno pozorovat min. 3 družice - určování výšek - dz - postačí 2 družice
- Při délce základen 10 – 15 km postačí měřit pouze na jedné frakvenci L1.
- Při delších základnách je vhodné přijímat signál na obou frekvencích.
Satellit e System
Relativní způsob určení polohy
- Současně měří 2 přijímače.
- Poloha bodu se určuje vzhledem k referenčnímu bodu, jehož souřadnice jsou známy.
- Výsledkem je relativní poloha přijímačů.
- Primární využití v geodézii.
Metody určení polohy pomocí GPS
Navigation Satellit e System
Využívá se tzv.
diferenciálních fázových měření.
Diferenciální GPS (DGPS)
1) Je známa přesná poloha přijímače GPS – referenční (základnová) stanice
2) V každém okamžiku lze určit chybu měření polohy referenční stanice.
3) V tu samou dobu měří se stejnou chybou přijímače uživatelů v okolí referenční stanice.
4) Jejich měření lze zpřesňovat odečítáním chyb z referenční stanice – korekce.
Metody určení polohy pomocí GPS
Satellit e System
Diferenciální GPS (DGPS)
- Předpoklad, že chyby měřených pseudovzdáleností jsou korelovány pro blízké přijímače.
- Využívá přenosu korekcí kódových měření od referenčního k pohybujícímu se přijímači (rover).
- Používá se pro mapování ve středních měřítcích.
Metody určení polohy pomocí GPS
Navigation Satellit e System
Diferenciální GPS (DGPS)
Korekce jsou uživatelů dodávány: např.:
a) Internetem přes mobilního operátora (NTRIP protokol) b) Rádiový komunikační kanál
c) Rádiový datový systém (RDS) d) Telefonní systém
e) Družicový komunikační systém
Metody určení polohy pomocí GPS
Satellit e System
RTK – real time kinematic
✓ Kinematická metoda měření v reálném čase.
✓ Podobné jako DGPS, ale s použitím fázových měření.
✓ Využívá přenosu korekcí fázových měření od referenčního k pohybujícímu se přijímači (rover).
✓ Metoda nachází uplatnění při určování souřadnic bodů podrobných bodových polí a
podrobných bodů, především však při vytyčování.
✓Využití u geodetických GPS přijímačů
Metody určení polohy pomocí GPS
Navigation Satellit e System
RTK – real time kinematic
✓ Dvoufrekvenční aparatura GPS, která je schopná přijímat a zpracovávat RTK korekce.
✓ Mobilní internetové připojení GPRS (korekce jsou přijímány přes síťový protokol NTRIP).
Metody určení polohy pomocí GPS
Nutné vybavení pro RTK
Satellit e System
Evropský navigační systém EGNOS
Navigation Satellit e System
(European Geostationary Navigation Overlay Service)
Evropský systém vyvinutý s cílem zlepšit výkonnost dvou vojenských
družicových navigačních systémů – amerického GPS a ruského GLONASS.
Systém EGNOS je moderní systém tzv. diferenciálních korekcí, které umožňují v Evropě zpřesnit systém GPS pod hranici 1,5 metru.
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Evropský navigační systém EGNOS
Satellit e System
(European Geostationary Navigation Overlay Service)
EGNOS poskytuje uživateli
opravná data o geostacionárních družicích, jejich drahách, údajích hodin a o vlivu atmosféry.
Proto lze provádět zlepšené určování polohy pomocí
diferenciálního GPS (DGPS).
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Evropský navigační systém EGNOS
Navigation Satellit e System
(European Geostationary Navigation Overlay Service)
Provoz systému EGNOS spadá do odpovědnosti evropské agentury GSA při Evropské komisi.
EGNOS je provozovaný organizací ESSP (European Satellite Services Provider).
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Evropský navigační systém EGNOS
Satellit e System
(European Geostationary Navigation Overlay Service)
Na základě pozorování GPS a GLONASS jsou vypočítány opravy družicových hodin, drah a atmosféry - ionosféry a troposféry.
Základem systému EGNOS je síť pozemních monitorovacích stanic napříč Evropou, která provádí nezávislá měření signálu GPS.
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Evropský navigační systém EGNOS
Navigation Satellit e System
(European Geostationary Navigation Overlay Service)
Díky tomu mohou být spočítané korekce, které následně zvyšují přesnost GPS.
Tyto informace jsou ke
koncovým uživatelům předávané v reálném čase skrze trojici
družic na geostacionární dráze.
Základem systému EGNOS je síť pozemních monitorovacích stanic napříč Evropou, která provádí nezávislá měření signálu GPS.
Ruční přijímač tato data načítá a
koriguje podle nich údaje přijaté ze satelitů GPS. V praxi je chyba alespoň v 95 % měření menší než 1,5 metru.
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Evropský navigační systém EGNOS
Satellit e System
EGNOS je evropským ekvivalentem amerického systému WAAS (Wide Area
Augmentation System), což byl 1. koncept zpřesňování satelitní navigace na světě.
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Evropský navigační systém EGNOS
Navigation Satellit e System
Systémy zpřesňování družicové navigace na světě
Americký a evropský systém byly pečlivě navržené tak, aby vedle sebe mohly bez jakékoliv kolize fungovat.
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Evropský navigační systém EGNOS
Satellit e System
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
Skrze proceduru LPV-200 (Localiser Performance with Vertical guidance 200 feet) vedou signály
z vesmíru piloty skrze jakékoliv počasí
na přistání, a to do výšky 60 m nad dráhu.
Evropský navigační systém EGNOS na YouTube
Navigation Satellit e System
EGNOS - How does it work?
https://youtu.be/WpQ6er_VjQY EGNOS pro letectví
https://youtu.be/DKJNTkV-H_Y
EGNOS for Aviation: High Precision, Low Investment https://youtu.be/BwXvgB4QoPw
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
CZEPOS – Česká síť permanentních stanic pro určování polohy - Nejnovější metoda měření
- Využívá rádiového přenosu korekcí fázových měření od referenčního přijímače.
Satellit e System
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
CZEPOS je síť pevných GPS
referenčních stanic, jejíž budování v ČR
CZEPOS – Česká síť permanentních stanic pro určování polohy http://czepos.cuzk.cz
CZEPOS uživatelům poskytuje GPS korekční data pro přesné určení pozice na území České republiky.
Navigation Satellit e System
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
CZEPOS obsahuje 27 permanentních
stanic rovnoměrně rozmístěných na celém území České republiky ve vzdálenostech cca. 60 km.
Každá ze stanic CZEPOS provádí nepřetržitě 24 hodin denně observace GPS, které pravidelně každou vteřinu registruje.
CZEPOS nabízí služby DGPS a RTK.
VRS Now – Síť referenčních stanic Trimble https://vrsnow.eu
Satellit e System
Systémy pro zpřesňování družicové navigace
O síti VRS Now
Děkuji za pozornost
Ing. Miroslav Čábelka
Katedra aplikované geoinformatiky a kartografie, PřF, UK cabelka@natur.cuni.cz
