47378507 Metode de Pozitionare Gps

7/30/2019 47378507 Metode de Pozitionare Gps

1/7

METODE DE POZITIONARE GPS

De-alungul timpului au fost concepute diferite metode de exploatare a sistemului GPScu scopul de a spori precizia determinarii coordonatelor dupa o perioada relativ scurta de timp,

avand posibilitatea de a misca receptorul pe o anumita traiectorie.Un criteriu esential pe baza caruia se realizeaza diferentierea metodelor este bazat pefaptul ca receptorul poate masura coordonate in timp ce se misca, sau poate masura coordonatenumai in timpul stationarii, pe timpul deplasarii fiind inchis.

Un alt criteriu de departajare al celor 2 tehnici de determinare a coordonatelor este celal influientei erorilor. In cazul determinarilor GPS statice o mare parte din erorile de masuraresunt eliminate rezidual dupa procesare. In schimb in cazul metodelor cinematice erorile acesteasunt absorbite de coordonate micsorand precizia.

Pentru majoritatea utilizatorilor, precizia maxima a determinarilor GPS nu este ocerinta exclusiva. n funcia de problema care urmeaz s fie rezolvat - trebuie s se aleag ometod de msurare de msurare care s asigure un rezultat de precizie mare. Datorita preciziei

ridicate ceruta de geodezie, nu intra n atentie dect metodele relative de pozitionare, cu ajutorulmasuratorilor de faza asupra undelor purtatoare.n practica se folosesc metode de masurare combinate pentru sporirea eficientei. De

exemplu metoda statica poate fi utilizata pentru a determina unele puncte de referinta n zona delucru, care apoi sa constituie puncte de plecare pentru masuratorile cinematice si /saupseudocinematice.

Astfel se distind 2 tehnici de pozitionare: Pozitionarea absoluta

Pozitionarea relativa

Pozitionarea absoluta (autonoma, singulara)Prin poziionare absolut intelegem determinarea poziiilor obiectelor mobile sau statice n

raport cu un sistem tridimensional de coordonate, originea constituind-o chiar centrulPmntului.

In alt ordine de idei, poziionarea absolut reprezint o determinare independent a unuipunct, unde din msurtori de cod gsim coordonatele n sistemul WGS 84 din determinareapseudodistanei n acelai timp cu msurtorile. Aceast metod necesit un singur receptor. Camsurtori, intr n atenie doar msurarea pseudodistanelor cu ajutorul codurilor, deci estesuficient s dispunem de un receptor cu caracteristici tipice pentru navigaie. Precizia potenialn poziionarea absolut, poate fi influenat i dirijat din segmentul de control al sistemului printehnica S - A (select availability).

Precizia acestei metode pentru o determinare n plan este de cca. 100 m, iar n

poziionarea altimetric de 140 m, dac S - A este activat. Aceast precizie poate fi mbuntit

numai prin msurtori ndelungate (SPP single point positioning - ca faz de teren, SPS single point solution ca faz de birou ), sau prin alte tehnici. Poziionarea unui punct izolatpoate avea loc cu receptorul fix - msurare static , sau cu receptorul mobil - msurarecinematic. Rezultatul poziionrii unui singur punct mai este cunoscut i sub denumirea desoluie de navigaie, indiferent dac receptorul este n micare sau fix. Pentru a obine o soluie ntimp real, trebuie s se dispun de minimum 4 pseudodistane msurate concomitent spre patrusatelii, necesare la determinarea celor 4 necunoscute (3 coordonate carteziene X, Y, Z, ieroarea de timp t).


2/7

Pozitionarea relativa

Prin poziionare relativ se nelege determinarea poziiilor obiectelor mobile sau statice nraport cu un alt punct ce reprezint originea unui sistem de coordonate locale, diferit de centrulde mas al Pmntului i stabilit n funcie de scopul urmrit.

In alt ordine de idei, poziionarea relativ nseamn msurarea simultan apseudodistanei sau a fazei purttoare din dou sau mai multe puncte ctre aceiai satelii.Metoda necesit cel puin dou receptoare. Prin msurtori simultane n dou puncte staionatecu echipamente GPS spre aceiai satelii, se poate determina vectorul bazei ntre cele dou staii,acesta fiind definit prin coordonatele relative X, Y i Z n sistemul WGS 84.

Practic, poziionarea relativ are drept scop determinarea poziiei unui punct necunoscut nraport de un punct de coordonate cunoscute. In urma efecturii unor astfel de observaii sedetermin vectorul dintre cele dou puncte denumit i vectorul bazei sau pe scurt, baz(b).

Metoda de prelucrare se bazeaz pe calculul diferenelor formate n cadrul msurtorilor,iar n cursul acestei prelucrri unele erori dispar sau efectul lor scade simitor.

Precizia metodei relative de pozitionare este mult mai ridicata fata de pozitionarea unui

punct singular. La determinarea relativa a pozitiei punctelor, componentele vectorului baza suntdeterminate dupa finalizarea masuratorilor, n cadrul procesarii la birou a datelor. Pentru opozitionare relativa n timp real, este nevoie de un sistem de transmisie a datelor spre una dintrestatii, unde are loc procesarea datelor concomitent cu desfasurarea masuratorilor.

Preciziile care sunt cerute n aplicatiile geodezice, sunt atinse astazi numai prin metodelerelative de pozitionare, efectundu-se masuratori de faza asupra undelor purtatoare.Rationamentele prezentate pentru doua receptoare, pot fi extrapolate fara restrictie la folosireamai multori receptoare, cu mentiunea, ca una dintre statii va prelua functia de statie de referinta,fata de care se determina apoi pozitiile relative ale celorlalte statii.

Pozitionare diferentiala (DGPS), abreviata DGPS, este o tehnica de pozitionare n timpreal, n care sunt folosite doua sau mai multe receptoare. Unul dintre receptoare este instalat ntr-

o statie de coordonate cunoscute, unde pe baza masuratorilor efectuate cu o anumita rata denregistrare sunt calculate corectii pentru masuratorile de pseuodistante si corectii pentru ratamasuratorilor, care sunt apoi transmise spre unul sau mai multe receptoare mobile. Receptorulmobil aplica corectiile transmise si si calculeaza pozitiile cu pseudodistante corectate.

Mare parte a erorilor ce afecteaz msurtorile efectuate de satelii pot fi eliminate completsau cel puin semnificativ reduse utiliznd tehnicile de msurare difereniat.

Receptorul de referinta are un rol esential in cadrul tehnologiei GNSS.Antena receptorului de referin este montat ntr-un punct msurat anterior i ale crui

coordonate sunt cunoscute. Receptorul care este plasat n acest punct este cunoscut sub numelede receptor de referin sau staie de baz.

Receptorul se pornete i ncepe s descopere sateliii. Poate calcula o poziie autonomfolosind poziionarea absolut. Din cauz c este ntr-un punct cunoscut receptorul de referinpoate s estimeze foarte precis care ar trebui s fie distantele fata de sateliti.

Astfel, receptorul de referin poate s rezolve problema diferenei dintre valorile calculatei msurate ale distantelor fata de sateliti, aceste diferene fiind denumite corecii.

Receptorul de referin este de obicei ataat unui ir de legturi radio care sunt folositepentru a rspndi aceste corectii.

Receptorul Rover, de asemenea la fel de important, se afla la capatul celalalt al corectiilor.El conine o legtur de date radio care-I permite s perceap corecturile difuzate de ctre


3/7


4/7

Metoda prezint mai multe procedee de aplicare, toate respectnd condiiile prevzuteanterior. Cteva exemple privind aceste procedee pot fi:procedeul pseudocinematic, procedeulcu deplasare continu i procedeul stop&go.

Procedeul pseudocinematic

Se msoar punctele noi n ordine, iar dup cca 1 or se reia msurtoarea n ordineinvers. Astfel devine posibil eliminarea interpretrii multiple, crete precizia. Cauza estemodificarea constelaiei sateliilor n perioada de ateptare. Timpul de msurare ntr-un punctnou este de 5-10 minute. La aceast metod de determinare receptoarele pot fi oprite n timpuldeplasrii din punct n punct. Aceast metod mai este cunoscut i sub denumirea de metode dereocupaie (Reoccupation Method).

Procedeul cu deplasare continuan cazul acestui procedeu se folosete un receptor configurat ca staie fix i unul ca rover,

ultimul instalndu-se succesiv n puncte noi: 1,2,3,, n la intervale de timp prestabilite nfuncie de distan. Dac se modific configuraia satelitar, se va reiniializa o alt baz pe

parcurs, printr-o staionare scurt, de aproximativ 5 minute.Precizia determinrilor este de(10mm+2ppm).

Procedeul Stop & GoPentru acest tip de procedeu se folosete o baz de iniializare format din dou puncte

cunoscute, aflate la o distan pn n 10km, puncte n care se instaleaz dou receptoare fixe.Unul dintre receptoare devine mobil i se deplaseaz pe teren staionnd succesiv puncte dedetaliu. Condiia de baz o reprezint numrul sateliilor vizibili, respectiv cel puin 5 sateliidisponibili pentru a asigura o valoare a GDOP ului bun, maxim 8. Observaiile dureaz ntre30-50 secunde, maxim 2 minute, asigurnd oprecizie de (10-20mm+2ppm).

Metoda RTDGPS (GPS diferential in timp real)Metoda RTDGPS (Real Time Differential GPS) sau cinematic n timp real, RTK (RealTime Kinematic) elimin inconvenientele metodelor prezentate anterior, unul dintre cele maiimportante fiind poziionarea doar prin postprocesare. Astfel, RTK permite determinarea icunoaterea rapid a coordonatelor antenei receptorului, inclusiv verificarea calitiimsurtorilor, corelarea i corectarea erorilor de distan cu transmiterea datelor prin unde radio.

Cod-distan i faza purttoarei

De regul, datele de observaie GPS sunt pseudodistane deduse din msurtori de cod

sau faz a purttoarei. n general, precizia msurtorilor de cod-distane este de ordinul metrilor,iar precizia de obinere a fazei purttoarei se situeaz n domeniul milimetrilor. Precizia cod-distanelor poate fi mbuntit prin tehnici de netezire. Spre deosebire de msurtorile de faz apurttoarei, cod-distanele nu sunt afectate de ambiguitatea ntreag. Ambiguitatea poate fideterminat prin metode diverse (de exemplu, procedurile de iniializare).


5/7

Procesare n timp real i postprocesare

Pentru ca o poziionare s poat fi considerat n timp real, rezultatele trebuie s fiedisponibile imediat (n teren sau chiar n staie). Rezultatele sunt numite instantanee dac suntfolosite pentru calcularea poziiei, observaiile aferente unei singure epoci i timpul de procesareeste neglijabil. Noiunea de timp-real este mai larg, ea presupunnd rezultate calculate din

mai mult dect o epoc de observaii. GPS a fost conceput pentru navigaie instantanee(determinarea poziiei unui vehicul n micare vapor, main, avion din msurtori brute decod-pseudodistane). Postprocesarea const n prelucrarea datelor de msurare ntr-o etapdistinct, pe baza observaiilor executate ntr-un interval de timp relativ mare. De regul, datelenu sunt procesate direct n teren, deoarece, de cele mai multe ori, sunt combinate msurtori dindiferite locuri.

Definiii suplimentareMetoda semicinematic este o combinaie de poziionri relative statice i cinematice.

Acest mod este caracterizat prin oprirea i pornirea alternativ a unui receptor, punctele deinteres constituind poziiile de oprire. Cea mai important caracteristic a acestei metode este

creterea preciziei determinrilor n punctele de interes, ca o consecin a culegerii mai multordate de msurare n timpul staionrii. Aceast tehnic este adesea referit numai ca msurarecinematic.

Metoda pseudocinematic (numit i metodastatic intermitent) a fost dezvoltat deRemondi (1988) i const n restaionarea punctelor de interes dup aproximativ o or, pentru aobine o precizie mai bun; mbuntirea este datorat n principal modificrii configuraieisateliilor urmrii. Nu exist nici o justificare pentru meninerea semnalului n timpul deplasriireceptorului. Aceast metod poate nlocui determinarea static, mai ales atunci cnd sedetermin absolut (cu un singur receptor) cteva puncte relativ apropiate; timpul total al celordou staionri este mult inferior celui necesar pentru o determinare prin metoda static.

Metoda static rapid folosete determinri combinate, din cod i faza purttoarei, pentru

o iniializare rapid (de exemplu, determinarea ambiguitii) n modul static. Aceast tehnicnecesit msurtori att de cod, ct i de faz a purttoarei, pe ambele frecvene. Observaii de5 18 minute pot conduce la o precizie de 1 ppm.

Tehnica on-the-fly (OTF) (n zbor) realizeaz iniializarea n modul cinematic. Permitepoziionarea vehiculelor n micare, cu o precizie de ordinul decimetrilor sau chiar centimetrilor,cheia creterii preciziei fiind rezolvarea ambiguitilor.

7.1.1 Tehnici de executare a observaiilorAlegerea tehnicii de executare a observaiilor n msurtorile GPS depinde de cerinele

particulare ale proiectului, ntre care precizia urmrit joac un rol determinant.Cu folosirea unui singur receptor nu se poate executa dect poziionarea absolut pe

baza cod-pseudodistanelor. Trebuie reinut c, pentru toi utilizatorii, este asigurat accesulnelimitat la codul C/A prin Serviciul de Poziionare Standard (SPS), dar i faptul c acest codpoate fi degradat n mod deliberat, prin cuplarea dispozitivului de acces selectiv (SA). Serviciulde poziionare precis (PPS) ofer accesul la ambele coduri (C/A i P), dar numai pentruutilizatorii autorizai, atunci cnd sistemul este declarat operaionali nedegradat (prin cuplarea dispozitivului Anti-Spoofing) sau criptat pentru codul P.

Cnd sunt folosite dou sau mai multe receptoare, unul dintre ele poate fi amplasat ntr-un punct cunoscut, numit staie de referin; este posibil obinerea unei precizii mai bun n


6/7

celelalte staii. Staia de referin execut observaii i prin compararea cod-pseudodistanelormsurate cu distanele deduse din coordonate, calculeaz corecii pentru cod-pseudodistaneleobservate. Coreciile sunt apoi transmise prin legturi de comunicaie spre staiile necunoscute,conducnd la o mbuntire a poziiilor acestora, calculate independent (nu prin poziionarerelativ). Aceast metod este cunoscut sub numele depoziionarediferenial. Cu receptoarele

de cod P, care permit msurarea cod-distanelor cu precizii la nivelul metrului, prin poziionareadiferenial sunt realizabile precizii sub un metru. Astfel, pentru scopuri de cartografiere azonelor cu detalii de importan redus (de exemplu, zone umede), tehnicile difereniale sunt celemai indicate. Un avantaj cert este faptul c determinrile se fac din cod-pseudodistane, care suntimune la pierderile de cicli (schimbri ale ambiguitilor fazei). De asemenea, poate fi importantfaptul c msurtorile de cod-distane sunt afectate mai puin de ramurile arborilor dectmsurtorile fazei purttoarei (de exemplu, n zonele mpdurite).

Actualmente, preciziile impuse lucrrilor geodezice sunt obinute doar prin poziionarerelativ pe baza observrii fazelor purttoarelor. Prelucrarea unui vector spaial necesit cafazele s fie observate simultan la ambele capete ale bazei. De aceea, iniial poziionarea relativera posibil doar prin postprocesarea datelor. n anul 1990 au fost fcute ncercri de transfer al

informaiei n timp real, pentru baze scurte.Cel mai des este folosit metoda static de msurare, deoarece singura cerinfundamental este o vedere neobstrucionat a cerului din punctele staionate. Msurarea staticnecesit n general perioade de observare de 60 120 minute. Unele variante ale acestei metodepermit scurtarea considerabil a timpului (de exemplu, msurarea static rapid, bazat pedeterminarea n timp scurt a ambiguitii). Pentru baze lungi (mai mari de 50 km), deteciapierderilor de cicli i rezolvarea ambiguitilor poate deveni dificil. n astfel de cazuri poate fifolositoare funcionarea unor receptoare suplimentare, n vecintatea celor amplasate n capetelebazei. Ambiguitile pot fi determinate folosind bazele scurte i pot fi apoi folosite pentru a fixaambiguitile bazelor lungi. Procedura se numete ,,ctig de band. Aplicaiile tipice pentrumsurarea static includ: msurtori pentru controlul reelelor geodezice naionale, regionale sau

locale; determinri pentru nevoi fotogrammetrice, msurtori de limite (cadastru); studiuldeformrilor.Msurtorile cinematice asigur cea mai bun productivitate, n sensul c poate fi

determinat cel mai mare numr de puncte n timpul cel mai scurt. Msurtorile cinematice impunrecunoaterea prealabil nu numai a punctelor de interes, ci i a traseelor de deplasare, deoarecepe timpul operrii receptoarelor este obligatorie pstrarea permanent a vizibilitii ctreminimum patru aceiai satelii. n termeni practici, aceasta nseamn c receptorul mobil nupoate trece pe sub un copac sau prea aproape de un stlp utilitar. Metoda cinematic este foartepotrivit pentru zone lipsite de acoperiri. n localiti poate fi aplicat aceast metod numai dacpe marginea strzilor nu sunt copaci nali sau cu coroane bogate. Pentru executarea demsurtori cinematice, un receptor este montat pe un vehicul de teren care traverseaz o anumit

zon n serii de linii de seciune ncruciate. Receptorul montat pe vehicul poate determinacoordonatele 3D cu o precizie nalt (civa cm), astfel nct poate fi realizat o hart topograficprecis a zonei.

O tehnic mult mai eficient dect metoda static este msurareapseudocinematic. nansamblu, msurtorile executate n fiecare punct necesit mult mai puin timp, dar acest avantajeste atenuat de faptul c staionarea trebuie fcut de dou ori (cte 5 minute), la un interval detimp de circa o or. Comparativ cu msurtorile statice convenionale (la care staionarea unuipunct dureaz circa o or), metoda pseudocinematic devine avantajoas numai dac deplasrile


7/7

ntre puncte nu necesit mult timp. Necesitatea revenirii n punct dup circa o or restricioneazmetoda pentru aplicaii locale. Din punctul de vedere al timpului de msurare efectiv a unuipunct principalul competitor al acestei metode este poziionarea static rapid (o singurstaionare de10 minute). Aplicaiile metodei includ: reperaj fotogrammetric, msurtori de control pentru

reele geodezice cu laturi scurte, urmrirea excavrilor etc.n practic, cel mai bine este s se foloseasc toate cele trei tehnici. De exemplu, metodastatic i cea pseudocinematic pot fi aplicate pentru a stabili un cadru larg de control i adetermina puncte de ambele pri ale obstacolelor (de exemplu, poduri). Msurtorile cinematicepot fi utile apoi pentru determinarea coordonatelor unei mari pri a punctelor, folosind punctelepoziionate static drept puncte de control (sprijin) i verificare. Pentru aceste lucrri, la care seaplic diverse tehnici de msurare, este necesar o recunoatere prealabil foarte detaliat antregii zone.

n idea de a servi ca informaie de referin pentru msurtori ulterioare i de a permitetransformarea rezultatelor GPS n sistemul naional de referin, sunt folosite dou tipuri dereele GPS de control: reele de control pasive i sisteme de control active. Conceptul pasiv

semnific legarea reelelor GPS de control la reelele de triangulaie deja existente i la reeauaaltimetric. Dezavantajul este c trebuie staionate n mod repetat multe puncte (pentru legareaoricrei determinri GPS la reeaua naional). Totui, acest sistem este indicat unde exist reelenaionale de triangulaie dense i cnd reeaua GPS de control servete i altor scopuri (ca deexemplu, investigaiilor geodinamice). O astfel de reea de control pasiv dens este dezvoltatn Austria.

Obiectivele unui sistem de control activ sunt: calcularea i transmiterea n timp real acoreciilor difereniale ctre utilizatorii de receptoare i calcularea efemeridelor precise pentrupostprocesarea datelor de msurare. Transmiterea datelor este realizat prin folosirea unorlegturi de comunicaie de mare vitez, terestre sau prin satelii. Mai multe detalii referitoare laaceste reele sunt furnizate n paragraful 12.2.2.

47378507 Metode de Pozitionare Gps

Documents

Transcript of 47378507 Metode de Pozitionare Gps