Geodezie satelitară

Geodezia satelitară înglobează tehnici de observare și calcul care pot rezolva probleme geodezice

utilizând măsurători la, de la și între sateliți artificiali în mod deosebit, cei din apropierea

Pământului. Rezultatele geodeziei satelitare se pot regăsi în domenii ca: geofizica, oceanografia,

navigația, tehnici militare, geodinamică, topografie și cadastru, fotogrammetrie, etc.

Sistemul GPS este conceput din trei segmente principale:

- Segmentu spațial (sateliții): sateliții GPS reprezintă platforme purtătoare de emițătoare

radio, ceasuri atomice, computere precum și variate echipamente auxiliare necesare

pentru operarea întregului sistem;

- Segmentul de control: Acesta este constituit din stațiile specializate de la sol actualmente

sunt în număr de cinci și sunt dispuse aproximativ uniform în jurul Pământului, în zona

ecuatorială. Aceste cinci stații au următoarele atribuții: stația de control principală

( Colorado, Statele Unite ale Americii), stațiile monitor (insula Hawai, insula Kwajalein,

insula Ascension) și stațiile de contol la sol (insula Kwajalein, insula Diego Garcia, și

insula Ascension).

- Segmentul utilizatorilor. Acest segment este constituit din totalitatea utilizatorilor

deținători de receptoare GPS cu antenă, în funcție de calitățile receptorului și antenei,

rezultând acurattețea preciziei de poziționare sau a elementelor de navigație.

Receptoarele geodezice sunt receceptoarele cele mai precise și operează cu lungimile de

undă purtătoare L1 și L2 precum și codul C/A sau P.

Sistemul GPS este un sistem de măsurare a distanțelor într-un singur sens. Sateliții GPS emit

semnale care se propagă prin spațiu până la receptoarele aflate pe suprafața Pământului sau în

apropierea ei. Din semnalul interceptat, receptorul măsoară distanța între centrul de fază al

antenei receptorului și centrul de fază al antenei de emisie a satelitului. Acuratețea sistemului

de poziționare GPS este asigurată de faptul că toate componentele semnalului satelitar sunt

controlate de ceasuri atomice.

Sistemul orar GPS

Termenul ”timp” inculde cel puțin trei înțelesuri: timpul secundă – o mărime măsurabilă cu

un ceas pentru a determina viteza schimbărilor, timpul ca un concept – o construcție a

gândirii umane și timpul ca fenomen – sinonim al variabilității lumii, prin care se acceptă

timpul ca o realitate.

Se cunosc trei grupe mari de scări de timp și anumme:

- Timpul sideral sau timp universal: redă orientarea în timp a Pământului față de spațiul

inerțial, iar scara de timp adecvată este legată de rotația diurnă a Pământului.

- Timpul efemer, timp dinamic, timp terestru: este un timp convențional și este definit ca o

mișcare orbitală a corpurilor cerești în jurul Soarelui.

- Timp atomic: se leagă de măsurarea exactă a timpului de călătorie a unui semnal, care

cere o scară de timp de înaltă rezoluție (TAI), uniformă și ușor accesibilă.

Sisteme de coordonate utilizate în tehnologia GPS

- Sistemul de coordonate geocentric;

- Sistemul astronomic local;

- Sistemul global elipsoidal;

- Sistemul elipsoidal local;

- Sistemul WGS 84.

Tipuri de mărimi măsurabile utilizabile în tehnologia GPS se pot clasifica în felul următor:

- Măsurarea fazei codurilor sau a pseudodistanțelor;

- Măsurărori Doppler;

- Măsurarea fazei purtătoare sau a purtătoarei mixate.

Pozițiile diferitelor puncte de pe suprafața terestră pot fi determinate utilizând tehnici și

tehnologii multiple de măsurare. Astfel, în cadrul determinărilor în spațiu se disting trei

tehnici de poziționare:

- Poziționarea absolută sau autonomă. Prin aceasta se înțelege determinarea pozițiilor

obiectelor mobile sau statice în raport cu un sistem tridimensional de coordonate,

originea constituind-o chiar centrul Pământului.

- Poziționarea relativă. Prin poziționare relativă se înțelege determinarea pozițiilor

obiectelor mobile sau statice în raport cu un alt obiect ce reprezintă originea unui sistem

de coordonate locale, diferit de centrul de masă al Pământului și stabilit în funcție de

scopul urmărit.

- Poziționarea diferențială – DGPS: Poziționarea diferențială cu GNSS, abreviata DGPS,

este tehnica de poziționare în timp real, în care sunt folosite două sau mai multe

receptoare. Unul dintre receptoare este instalat într-o stație de coordonate cunoscute,

unde pe baza măsurătorilor efectuate cu o anumită rată de înregistrare sunt calculate

corecții pentru măsurătorile de pseudodistanțe și corecții pentru rata măsurătorilor, care

sunt apoi transmise spre unul sau mai multe receptoare mobile. Receptorul mobil aplică

corecțiile transmise și își calculează pozițiile cu pseudodistanțe corectate.

Metode de măsurare cu ajutorul sistemelor GPS

Pentru cei mai mulți utilizatori, precizia maximă dată de tehologia GPS nu este cerință

imperativă. În funcție de problema care urmează să fie rezolvată trebuie să se aleagă o

metodă de măsurare care să asigure un rezultat de precizie mare. Datorită preciziei ridicate

care se cere în geodezie nu intră în atenție decât metodele relative de poziționare, cu ajutorul

măsurătorilor de fază asupra undelor purtătoare. O trecere în revistă a metodelor de măsurare

în poziționarea relativă este dată în tabelul de mai jos.

Caracteristici Condiții de

aplicare

Precizie Durata

observațiilor

Avantaje Inconveniente Aplicații

Metoda

Statică Baze mari, peste 10

km, receptor cu dublă

recvență

±(5mm +

1ppm)

30 min-1h Precizie

ridicată și

omogenă pe

suprafețe

mari

Timp mare de

staționare

Rețele

geodezice

principale(clasa

A,B)

Rapid statică Baze scurte, sub

20km, receptor cu

dublă frecvență(L1,

L2 sau L1)

±(5mm-

10mm +

1ppm)

2-10 min Rapiditate și

eficacitate

fără

menținerea

contactului cu

aceeași

Minim 5 sateliți

și GDOP˂8

Rețele de

îndesire și

poligonometrice

sateliți

Cinnematică Număr mare de

puncte pe suprafețe

reduse, libere

±(1cm+2

ppm)

Inițializare

statică până în

5 min,

observații

cinematice 3-5

sec.

Metodă

rapidă,

eficace

Reinițializare în

cazul pierderii

satelițiilor

Rețelele de

ridicare și

detalii

Stop & Go Număr mare de

puncte pe suprafețe

limitate, neacoperite

±(1cm-

2cm

+3ppm)

30 sec-2min Metodă cu

randament și

precizie

satisfăcătoare

Are o precizie

inferioară

metodei RTK

Culegerea

detaliilor în

extravilan,

aplicații GIS

RTK Logistică specială,

vectori sub 40 km

±(1cm+2

ppm)

10-15sec Pozișionare

în timp real

cu precizie

bună

Echipament

costisitor

Rețele de

sprijin, îndesire,

poligonometrice

, de ridicare și

detalii

Receptorul GPS

Receptorul GPS reprezintă principala componentă a segmentului utilizatorilor, cu care

operatorul interacționează în mod direct. Ca aparat specific, receptorul GPS are rolul de a

capta semnale cu informații transmise de sateliți și de a le prelucra în vederea obținerii unor

date privitoare la viteza de deplasare a undelor, distanța parcursă, precum și poziția dată într-

un sitem geocentric internațional de referință.

Structura receptorului GPS:

Receptoarele GPS se pot clasifica în funcție de mărimile cu care operează și după precizia de

poziționare pe care o asigură. Astfel în funcție de mărimile cu care operează ele pot fi:

- Receptoare care operează cu codul C/A;

- Receptoare care operează cu codul C/A și măsurători de fază pe unda purtătoare L1;

- Receptoare care operează cu codul C/A și măsurători de fază pe L1 și L2;

- Receptoare care operează cu codul C/A, codul P (Y) și măsurători de fază pe unda

purtătoare L1;

- Receptoare care operează cu codul C/A, codul P (Y) și măsurători de fază pe L1 și L2;

Clasificarea receptoarelor GPS în funcție de precizia asigurată:

- Navigatoare;

- Receptoare profesionale topografice – L1 cod și fază;

- Geodezice – L1, L2 cod și fază;

Clasificarea receptoarelor GPS în funcție de destinație:

- Stații permanente GPS;

- Controlul utilajelor;

- Sisteme mixte.

Poziția determinată cu ajutorul tehnologiei GPS depinde de o serie de factori. Principalele

surse de erori sunt următoarele: erori satelitare, erori de semnal și erori datorate

receptoarelor.

La rândul lor erorile satelitare pot fi de mai multe feluri, printre care enumerăm: erori ale

orbitei sau erori ale ceasului atomic. De asemenea erorile de semnal pot fi influențate de mai

mulți factori ca: influența ionosferei și influența troposferei. Erorile datorate receptoarelor

sunt: erori de ceas ale receptorului, erori datorate antenei, erori privind punerea în stație a

receptorului, erori privind geometria sateliților.

Observații pe teren, stagii de lucru și prelucrarea datelor GPS

Pregătirea măsurătorilor în vederea verificării rețelei de sprijin locale este o etapă

premergătoare măsurătorilor care implică o fază de documentare, proiectare a rețelei de

spprijin, și recunoașterea terenului și a punctelor ce urmează a fi staționate cu receptoare

GPS și planificarea GPS.

Recunoașterea terenului se face obligatoriu pentru fiecare punct care urmează a fi staționat,

înainte de începerea propriu-zisă a proiectului de măsurători. Pe baza acestei recuoașteri a

terenului se pot determina cu precizie:

- Accesul cel mai comod la punct;

- Schița completă a terenului cu direcțiile importante de acces;

- Modul de marcare, pentru ușurarea recunoașterii punctului;

- Obținerea accordului de acces în zonă, în cazul proprietăților private;

- Punctul să fie cât posibil amplasat pe domeniul public;

- Conservarea punctului să fie asigurată pe timp îndelungat;

- Să fie accesibil indiferent de condiții meteorologice cu automobilul;

- Să fie vizibilitate spre bolta cerească de la 15 g peste orizont;

- Punctul de bază care se determină să fie utilizabil pentru lucrările ulterioare;

Echipamentul utilizat în cadrul măsurătorilor este un sistem Trimble R6 GNSS. Receptorul GPS

Trimble R6 este un sistem upgradabil, compact ce operează pe 72 canale. Antena, receptorul şi

acumulatorul sunt incluse în aceeaşi carcasă. Echipat cu tehnologia Trimble R-Track, acesta

permite recepţia semnalelor de la sateliţii GLONASS ce îmbunătăţesc soluţia sistemului GPS iar

astfel se pot obţine rezultate mai bune în condiţii dificile măsurărilor satelitare. Utilizat ca

receptor mobil acesta este robust, uşor, cablurile fiind eliminate pentru a asigura condiţii de lucru

cat mai bune în teren. Utilizatorul poate folosi unitatea Trimble R6 atât ca receptor mobil (RX)

cât şi ca receptor fix(TX) în funcţie de condiţiile impuse de operator. Receptorul baza poate

emite corectiile diferenţiale prin radio sau prin internet via GSM/GPRS.

GPS–ul Trimble R6 este proiectat să funcţioneze într-un sistem integrat de măsurători terestre

precum Trimble I.S (Trimble Integrated Surveying™) sistem patentat de Trimble. Datele GPS şi

datele provenite de la instrumentele optice pot fi stocate si prelucrate în mod unitar într-un singur

fişier cu ajutorul programului Trimble Survey Controller (TSC) instalat în unitatea de

control TSC2 sau TCU. Programul de culegere a datelor TSC rulează în limba Română.

Conexiunea radio se realizeaza pe banda de frecvente de 430-450 MHz aprobată de Inspectoratul

General pentru Comunicaţii şi Tehnologia Informaţiei.

Formatele de date CMR+, RTCM 2,3 RTCM 3,1 16NMA pentru corecţiile diferenţiale sunt

formate standard şi oferă posibilitatea de a comunica şi cu alte tipuri de receptoare. Sunt perfect

compatibile cu formatele de date transmise de Agenţia Naţională de Cadastru şi Publicitate

Imobiliară în cadrul reţelei naţionale de staţii permanente prin serviciul ROMPOS.

Punerea în stație a receptorului GPS

Pentru punerea în stație putem folosi un trepied classic, cu dispozitiv de centrare optică, pilastru

sau stativ. Este foarte important ca dispozitivul de centrare optică și nivelele torice și sferice să

fie reglate. La observații excentrice trebuie să determinăm elementele de excentricitate. Pe lângă

centrare și calare trebuie să măsurăm înălțimea antenei, adică înălțimea centrului de fază. În

cazul de față înălțimea antenei se măsoară vertical pe ruletă, iar valoarea citită se va înscrie într-o

fișă a măsurătorilor GPS.

Setarea metodei de măsurare

Un grup de configurări (Config Set) este o colecție de parametrii preciși a senzorilor necesari

pentru a realiza operații precise, precum rata de înregistrare a datelor, formatul pentru

identificatorul punctului, formatul datelor, tipul antenei, metodele de codare, etc. Există câteva

grupuri de configurări predefinite care oferă un scenario standard de măsurare. Modul de creeare

al unui nou grup de configurări este descries într-un capitol care poate fi găsit în ”Tehnical

Reference Manual”.

Creearea unui nou job de lucru

Joburile sunt folosite pentru a organiza și structura datele pe care le vom culege din teren.

Acestea pot cuprinde un număr nelimitat de puncte împreună cu toate informațiile relatabile

(măsurătorile neprelucrate, coduri, adnotații la punct, etc.). Este recomandat să fie creeat un job

de fiecare dată când incepem un nou proiect. După formatarea memoriei dispozitivului un job

predefinit este creat automat. Pot fie să folosesc acest job direct, fie să-mi creez propriul job prin

mutarea cursorului cu tastele sus/jos de pe terminal în rândul de introducere pentru jobs.

După ce aceste cerințe au fost realizate se poate trece la începerea măsurătorilor. Este necesar să

verificăm simbolurile din partea de sus a afișajului care trebuie să indeplinească anumite condiții.

Simbolul pentru poziție ar trebui să fie disponibil, simbolul pentru modul de poziționare trebuie

să indice „mișcare” iar simbolul „numărul de stateliți vizibili” să indice un număr egal sau mai

mare de 4.

Pentru fiecare satelit sunt prezentate următoarele informații:

- Numărul SV;

- Elevația și azimutul;

- Puterea semnalului în L1;

- Indicatorul de calitate pentru măsurătorile în L1;

Când a fost culeasă o cantitate suficientă de date noi măsurarea poate fi completată apăsând

tasta F1 STOP. Tasta F1 STORE devine activă, dar încă mai pot verifica și corecta

introducerile pentru Point Id și Antena Height. După apăsarea tastei F1 STORE toate

informațiile relalate vor fi înregistrate în jobul current folosit(point Id, înălțimea antenei,

etc.). Acum putem închide aparatul de realizare a operației de măsurare apăsând SHIFT F6

Quit. Aceasta ma va aduce înapoi la meniul principal.

Aspecte privind utilizarea ROMPOS în cadastru

În ultimii patru ani, Agenția Națională de Cadastru și Publicitate Imobiliară (ANCPI) a inclus

printer proiectele sale și proiectul de modernizare a rețelei geodezice naționale. Având în

vedere că în prezent realizarea unor servicii modern de determinare a poziției se bazează pe

utilizarea tehnologiilor de poziționare satelitare GNSS, ANCPI prin Direcția de Geodezie și

Cartografie a achiziționat și instalat o serie de astfel de echipamente, constituite într-o rețea

geodezică de stații de măsurare permanent, denumite și stații GNSS permanente (SGP).

Aceste stații dispun de antene și receptoare cu posibilitate de recepție a semnalelero GNSS

incluzând în principal GPS (SUA), GLONASS (Rusia), iar in viitor se va opta pentru

sistemul european de poziționare Galileo.

Caracteristicile generale ale sistemului:

- Stațiile de referință sunt interconectate între ele, inclusive peste granițele statelor vecine;

- Distanța dintre stațiile actuale este de circa 100 Km;

- Amplasarea stațiilor de referință se face atent pentru a asigura stabilitate pe termen lung a

antenelor GNSS;

- Se utilizează la stațiile de referință numai receptoare și antene cu dublă frecvență de clasă

geodezică;

- Stațiile recepționează date în mod continuu de la sateliții Navstar GPS și de la sateliții

sistemului rusesc Glonass.

- Pozițiile antenelor stațiilor de referință se verifică în mod regulat pentru a detecta

eventualele deplasări;

ROMPOS este un system de determinare a poziției bazat pe tehnologiile GNSS și include

următoarele tipuri de servicii:

- ROMPOS DGNSS: serviciul pentru aplicații cinematice în timp real (precizie între 3m și

0.5m);

- ROMPOS RTK: serviciul pentru aplicații cinematice precise în timp real (prezizie până la

2cm);

- ROMPOS GEO: pentru aplicații posprocesoare (precizie sub 2cm).

Serviciile și produsele ROMPOS sunt prezentate în tabelul următor:

Servici

u

Disponibilitate Mediu de

transmisie

Format de date Rată de

înregistrare

Tarif

DGNSS Timp real Internet/

Protocol NTRIP

RTCM 2.3 1 s Gratuit

RTK Timp real Internet/

Protocol NTRIP

RTCM 2.3 RTCM 3.0 1 s Gratuit

GEO Postprocesare Internet (FTP,

WEB)

(V)RINEX 2.x GPS

(G) GPS&GLONASS

(M)

1s, 5s, 30s Conform

tarifelor

ANCPI

Lucrările de cadastru și ROMPOS

În cadrul lucrărilor de cadastru, posibile aplicații ale sistemului ROMPOS dedicate

executanților de lucrări care posedă tehnologie GNSS sunt următoarele: realizarea rețelelor

de ridicare, determinarea coordonatelor punctelor care definesc limitele imobilelor sau

ridicări de detaliu pentru diverse categorii de lucrări de cadastru de specialitate.

Rețelele geodezice definite conform Ord. 534/2001 sunt clasificate în rețelele geodezice de

spijin, de îndesire, și de ridicare. Ele sunt realizate conform principiului ierarhic, de la

superior către inferior. Pe baza serviciilor ROMPOS, se pot determina coordonatele

punctelor rețelelelor de ridicare utilizând ROMPOS-GEO serviciul de poziționare static

postprocesare. Utilizatorii acestui serviciu pot prelua datele colectate de la stațiile GNSS de

referință și pot să-și încadreze rețeaua de ridicare în Sistemul de Referință și Coordonate

(SRC) ETRS89. Odată cu datele satelitare la intervalul de înregistrare dorit sunt transmise și

coordonatele acestor stații.

Rețeaua de ridicare alcătuită din minim două puncte materializate în teren se va staționa cu

receptoarele GNSS și se vor colecta în mod static/rapid-static observații cu o durată care

depinde în principal de distanța față de stația/stațiile/ și/sau borna/bornele de referință, de

numărul de frecvențe ale receptoarelor, precum și de numărul și de configurația geometrică

satelitară din momentul efectuării observațiilor. Un executants de rețele de ridicare și ridicări

de detaliu, posesor de tehologie GNSS, va trebui conform normelor în vigoare să realizeze

rețeaua de ridicare prin măsurători statice/rapid statice (va realize conectarea la rețelele

GNSS ierarhic superioare din zonă) și să realizeze ridicarea de detaliu prin metoda de

măsurare static/rapid-statică sau cinematic.

În cazul măsurătorilor cinematice efectuate în timp real, se pot utiliza:

- Stații de referință (minim una) amplasate în zona de lucru și comunicații (radio) la (mică)

distanță;

- Stații de referință permanente (reale) din RGN-SGP și comunicații (GPRS) la distanță –

serviciul ROMPOS-RTK;

- Stații dereferință virtual generate pe baza datelor colectate de la stații de referință reale

din RGN-SGP – serviciul ROMPOS-RTK VRS.

Avantajele utilizării ROMPOS în cadastru

Serviciile furnizate de ANCPI prin intermediul sistemului ROMPOS, prezintă o serie de

avantaje în aplicațiile din domeniul cadastrului, comparative cu tehnicile de măsurare

clasice:

- Lipsa necesității vizibilității între punctele de determinat;

- Scurtarea timpului de măsurare prin utilizarea serviciilor de timp real (RTK);

- Determinări omogene prin racordarea la sistemul de referință European ETRS89 și

transcalcul unitar în plan de proiecție;

- Necesitatea utilizării unei tehnologii modern, pactic independente de condițiile meteo;

- Creșterea productivității și reducerea costurilor;

- Disponibilitatea serviciilor.

În contextul actual al dezvoltării tehnologice globale, modernizarea rețelei geodezice

naționale a suferit un salt spectaculos prin realizarea sistemului ROMPOS. Acest system

va sta la baza rețelei geodezice naționale spațiale a țării, permițând integrarea rețelei

geodezice în cea europeană și globală.