Geodezie satelitară

Curs I

1. Consideratii generale asupra conceptului GPS. Segmentele sistemului GPS. Subiectul geodeziei satelitare Geodezia satelitara inglobeaza tehnici de observare si calcul care pot rezolva probleme geodezice

utilizand masuratori la, de la si intre sateliti artificiali, in mod deosebit, cei din apropierea Pamantului. Rezultatele geodeziei satelitare se pot regasi in domenii ca: geofizica, oceanografia, navigatia,

tehnici militare, geodinamica, meteorologie si climatologie, gravimetrie, masuratori seismice, geografie, topografie si cadastru, fotogrammetrie, etc.

1.1 Conceptul GPS

Punctul de pornire al sistemelor de navigaţie bazate pe sateliţi artificiali îl reprezintă descoperirea

că efectul Doppler, ce se putea observa în semnalul transmis de un satelit, putea fi utilizat pentru determinarea exactă a timpului când satelitul se afla cel mai aproape de suprafaţa terestră. Această descoperire, corelată cu calcularea efemeridelor satelitului conform legilor lui Kepler a dus la determinarea instantanee a poziţiei oriunde în lume.

Astfel în 1958 s-a proiectat sistemul de navigaţie Navy Navigation Satellite System, cunoscut şi sub denumirea TRANSIT, sistem ce a fost operaţional în anul 1964. În aceeaşi perioadă şi după aceeaşi concepţie a fost realizat în URSS sistemul TSIKADA.

Sistemul TRANSIT a fost predecesorul sistemului modern de poziţionare globală. Acesta era alcătuit din 6 sateliţi ce erau plasaţi pe orbite aproape circumpolare la o altitudine de aproximativ 1100 km.

Datorită factorilor perturbatori ce acţionează asupra sateliţilor de joasă altitudine s-a remarcat o instabilitate destul de mare a orbitelor fapt ce conducea la o precizie de poziţionare pentru navigaţie destul de mică. În acelaşi timp existau probleme în acoperirea cu 4 sateliţi a zonelor terestre, „goluri” care în apropierea ecuatorului puteau ajunge chiar la 6 ore, neasigurându-se o poziţionare continuă .

Sistemul GPS (Global Positioning System) a fost dezvoltat pentru a înlocui sistemul TRANSIT şi implicit corectarea celor două mari probleme prezentate mai sus.

Astfel în anul 1973 „U.S Department of Defence” (DoD), din cadrul Ministerului Apărării Statelor Unite, a elaborat concepţia unui sistem de poziţionare bazat pe sateliţi, care să permită navigaţia unui obiect oarecare aflat în mişcare sau în repaus precum şi asigurarea unor informaţii de timp foarte precise.

Sistemul GPS a cunoscu trei faze în dezvoltarea sa: -Faza 1: Programul de validare a conceptului 1974-1978 ; -Faza 2: Dezvoltarea completă şi testarea sistemului 1978-1992 ; -Faza 3: Capacitatea operaţională deplină după 1992 . Faza 1 a fost faza Blocului I de sateliţi experimentali, care au fost înlocuiţi progresiv cu sateliţii

operaţionali ai Blocului II în faza a doua de dezvoltare a constelaţiei. Începând din anul 1992, sistemul a fost format din 18 sateliţi, în şase plane orbitale, la

aproximativ 20.200 km altitudine, asigurând vizibilitate la cel puţin 4 sateliţi simultan, în orice moment al zilei, în orice punct de pe glob.

La sfărşitul anului 1992 constelaţia era formată din 21 de sateliţi operaţionali, în 24 de poziţii cu 4 sateliţi pe orbite înclinate cu 55o între ele, la altitudinea de 20.200 km.

Constelaţia actuală este constituită din 28 de sateliţi operaţionali. Altitudinea la care sunt situaţi sateliţii este aproximativ 20.200 km iar durata unei revoluţii, de 11h15min.

Componentele unui satelit sunt: -emiţător ; -ceasuri atomice ; -computere ; -echipamente auxiliare . Fiecare satelit emite un mesaj pentru determinarea poziţiei sale spaţiale . 1.2 Structura sistemului GPS

Sistemul GPS este conceput din 3 segmente principale: -segmentul spaţial ; -segmentul de control ; -segmentul utilizator. 1.2.1 Segmentul spaţial Sateliţii NAVSTAR-GPS tramsmit semnale de timp sincronizate pe două frecvenţe purtătoare,

parametrii de poziţie ai sateliţilor şi informaţii adiţionale cum ar fi starea sateliţilor. Această constelaţie de sateliţi garantează vizibilitatea simultană spre cel puţin 4 sateliţi, din orice

punct de pe Pământ, iar dacă satelitul trece prin zenitul observatorului, atunci acel satelit va fi vizibil pentru aproximativ 5 ore.

Fig. 1.1 Constelaţia sateliţilor GPS

Sateliţii În esenţă, sateliţii GPS reprezintă platforme purtătoare de emiţătoare radio, ceasuri atomice,

computere precum şi variate echipamente auxiliare necesare pentru operarea întregului sistem. Sateliţii GPS au diverse modalităţi de a fi identificaţi: după data când au fost lansaţi, numărul de

catalog al NASA, numărul poziţiei orbitale sau după numărul PRN (pseudorandom noise) – ce reflectă porţiunea de cod P ce este utilizată de satelit. În general, s-a convenit să se folosească numărul PRN.

Tipurile de sateliţi GPS sunt: Block I, Block II, Block IIA, Block IIR, Block IIM, Block IIF şi Block III.

Sateliţii din generaţia "Block-I" au fost sateliţi prototip, concepuţi pentru faza de testare şi dezvoltare (1979 – 1985) şi erau prevăzuţi cu o durată de funcţionare de 5 ani.

Sateliţii din generaţia "Block-II" se deosebesc esenţial de sateliţii din generaţia precedentă, prin faptul că aveau implementate tehnicile de protecţie SA – Selective Availability şi AS - Anti Spoofing. Primul satelit din această generaţie a fost lansat în februarie 1989, durata lui funcţionare fiind estimată la cca. 7,5 ani. La bordul fiecărui satelit din "Block-II" se află 4 ceasuri atomice, două cu Cesiu şi două cu Rubidiu.

Sateliţii din generaţia "Block-IIA" (A are semnificaţia "Advanced" - avansat) sunt dotaţi cu posibilitatea de comunicare satelit-satelit. Primul satelit din această generaţie a fost lansat în noiembrie 1990.

Sateliţii din generaţia "Block-IIR" (R are semnificaţia "Replenishment"- înlocuire) asigură facilitatea de măsurare a distanţei satelit-satelit - tehnica SSR Satelit-to-Satelit Ranging), iar ceasurile atomice cu hidrogen sunt cu un ordin de mărime mai precise. Durata de viaţă este estimată la 10 ani. Lansarea sateliţilor din această generaţie a început în anul 1995.

Sateliţii din generaţia „Block-IIM” (M are semnificaţia "Modernized" - modernizat) au fost lansaţi începând din iulie 2004.

Sateliţii din generaţia "Block-IIF" (F are semnificaţia "Follow on" - continuă) se doreşte a fi lansaţi până în 2010. Această generaţie va dispune de sisteme inerţiale de navigaţie precum şi o structură avansată a semnalului. Durata lor de viaţă va fi de minim 10 ani şi vor pregăti drumul pentru noua generaţie de sateliţi de navigaţie „Block-III”.

1.2.2 Segmentul de control Segmentul de control al sistemului GPS este constituit din statiile specializate de la sol care

actualmente sunt în numãr de cinci si sunt dispuse aproximativ uniform în jurul Pãmântului, în zona ecuatorialã.

Principalele sarcini ale segmentului de control, sunt urmatoarele: - segmentul de control urmãreste permanent prin statii de la sol satelitii sistemului,

prelucrând datele receptionate în vederea calculãrii pozitiilor spatio-temporale ale acestora ( efemeride), care apoi sânt transmise la sateliti;

- controleazã ceasurile satelitilor comparându-le cu un ceas atomic cu hidrogen, de tip MASER;

- calculeazã corectiile orbitale, care sunt transmise la fiecare satelit si operate de motoarele rachetã proprii de corectare a orbitei;

- activeazã prin comenzi de la sol, la momentul dorit sau necesar, sistemele de protectie SA (Selectiv Availability) si AS (Anti – Spoofing), ale sistemului;

- stocheazã datele noi receptionate de la sateliti; - calculeazã efemeridele prognozate (Broadcast) pentru urmãtoarele 12 sau 24 de ore pe

care le transmite la segmentul spatial; - executã întregul control asupra sistemului; Cele 5 statii la sol care formeazã segmentul de control al sistemului de pozitionare GPS au

urmãtoarele clasificãri si atributii: statia de control principalã (Master Control Station), amplasatã la Colorado Springs în Statele

Unite, centralizeazã datele receptionate de la sateliti de statiile monitoare de la sol, prelucreazã aceste

date pentru prognozarea orbitelor satelitilor (efemeridelor), si executã calculul corectiilor acestora precum si ale ceasurilor, date, care apoi se transmit la statiile de control ale sistemului pe care acestea le încarcã la segmentul spatial, sub o forma care constituie mesajul de navigatie, receptionat de utilizatori;

statiile monitor ale segmentului de control sunt amplasate dupã cum urmeazã: insula Hawai (estul oceanului Pacific), insula Kwajalein (vestul oceanului Pacific), insula Diego Garcia (vestul oceanului Indian) si insula Ascension (oceanul Atlantic). Fiecare dintre aceste statii împreunã cu statia principalã receptioneazã permanent semnalele de la satelitii vizibili, inregistreazã datele meteorologice si parametrii ionosferici pe care le transmit pentru prelucrare la statia principalã;

statiile de control la sol, amplasate lângã statiile monitor din insula Kwajalein, insula Diego Garcia si insula Ascension si care de fapt sunt antene la sol cu ajutorul cãrora se realizeazã legãtura permanentã cu satelitii sistemului si prin care se transmit efemeridele, corectiile orbitelor si ale ceasurilor atomice, precum si alte date necesare bunei functionãrii a sistemului.

Fig.1.2 - Statiile de control ale sistemului GPS

Pentru calculul efemeridelor precise, necesare în special prelucrãrii mãsurãtorilor GPS cu utilizare

în geodezie-geodinamicã, se folosesc mãsurãtori si de la alte cinci statii terestre.

1.2.3 Segmentul utilizatorilor Acest segment e constituit din totalitatea utilizatorilor detinãtori de receptoare GPS cu antenã, în

functie de calitãtile receptorului si antenei, rezultând acuratetea preciziei de pozitionare sau a elementelor de navigatie. Receptoarele geodezice sunt receptoarele cele mai precise si opereazã cu lungimile de undã purtãtoare L1 si L2 precum si codul C/A sau P.

Dacã la nivelul anului 1990 existau cca. 9000 de utilizatori GPS, la nivelul anului 2000 se estimau cca. 500000 utilizatori GPS care pe grupe mari de activitãti reprezentau urmãtoarele cifre si procente[NGS 1994]:

navigatia maritimã si fluvialã 225000 receptoare 45% navigatie si transport terestru 135000 receptoare 27% navigatia aerianã 80000 receptoare 16% utilizatori militari 35000 receptoare 7% geodezie si cartografie 25000 receptoare 5%

Tabel.1.1 Statistică privind utilizatorii de receptoare GPS pe grupe de activităţi

Curs II

2. Semnale GPS. Structura semnalelor GPS Sistemul GPS este un sistem de masurare a distantelor intr-un singur sens. Satelitii GPS emit

semnale care se propaga prin spatiu pana la receptoarele aflate pe suprafata Pamantului sau in apropierea ei. Din semnalul interceptat, receptorul masoara distanta intre centrul de faza al antenei receptorului si centrul de faza al antenei de emisie a satelitului.

Acuratetea sistemului de pozitionare GPS este asiguratã de faptul cã toate componentele semnalului satelitar sunt controlate de ceasuri atomice.

Satelitii GPS din Block II prin ceasurile atomice de la bord, 2 cu cesiu si douã cu rubidiu, asigurã o stabilitate pe perioadã îndelungatã de 10-12 – 10-14secunde.

Satelitii din Block IIR, dotati cu ceasuri atomice MASER, cu hidrogen, asigurã pe perioadã îndelungatã o stabilitate echivalentã cu 10-14 – 10–15secunde.

Aceste ceasuri atomice, de foarte mare precizie, asigurã realizarea unei frecvente fundamentale f0 = 10.23 Mhz, în banda L.

Având în vedere faptul cã lungimea de undã este datã de relatia:

fv=λ

unde: v = c = 299 792 458 m/s (viteza luminii în vid)

f0 = 10.23 * 108 Hz

rezultã:

m301023.10

1099792458.26

8≅

∗∗=λ

Frecventa fundamentalã „f0”, este la originea a trei pãrti fundamentale ale semnalului transmis de satelitii GPS si anume:

- componenta portantã, care contine cele 2 unde purtatoare L1 si L2; - componenta activã, care contine 2 coduri numite C/A si P ; - componenta mesaj, care contine codul D;

Fig.2.1 – Mesaje transmise de către sateliţii GPS

Cele douã unde portãtoare, sunt generate prin multiplicarea frecventei fundamentale cu 154, pentru L1 si respectiv 120, pentru L2. Frecventele si lungimile de undã rezultate au urmãtoarele valori:

cm19Mhz1575.42f 1L ≅=⇒=⋅=

1L0 f

cλf154 : L 1

cm24Mhz1227.60f 2L ≅=⇒=⋅=

2L0 f

cλf120 : L2

Sistemul a fost proiectat cu douã frecvente, conditie teoreticã indispensabilã pentru eliminarea diverselor cauze de manifestare ale unor erori, cum ar fi erorile sistematice care au ca efect imediat întârzierea semnalului radio emis de satelitii GPS, datoratã în principal erorilor generate de efectele erorii de ceas, refractiei ionosferice, troposferice, etc.

Determinarea distantei de la satelit la receptorul GPS terestru, esentialã pentru pozitionarea

acestuia, este indispensabil legatã de determinarea, cât mai precisã, a timpului de propagare al undei de la satelit la receptor, mãsurãtoare care se realizeazã cu ajutorul codurilor generate de un algoritm cu periodicitate în timp, care moduleazã frecventele portantelor.

Modulaţia se poate scrie sub forma: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )tftDtWtPatL

tftDtCatftWtPatL

222

11111

cossincos

=+=

unde: a – amplitudinea semnalului P – codul P (Precise sau Protected) W – codul W, care pentru protecţia împotriva semnalelor de bruiaj (A-S) transformă codul P în

codul secret Y (P+W=Y) C – codul C/A (Coarse sau Clear Acquisition, obţinere date brute sau deschise, după alţii Civil

Access – acces civil) D – cod de date (Data cu viteza de modulaţie de 50 bit/s) f – frecvenţa semnalului care aici şi mai departe se foloseşte în locul „frecvenţei circulare”

Tπω 2=

t – timpul Codul C/A Doua coduri PRN sunt transmise de fiecare din sateliti, respectiv, codul C/A si codul P. Codul

C/A reprezinta o secventa de 1023 numere binare, denumite si cipuri si se repeta la fiecare milisecunda. Acest fapt denota ca sunt generate 1,023 milioane de cipuri pe secunda, si ca un cip are o durata de aproape o microsecunda, astfel modularea va fi de f0/10. Fiecare cip calatoreste pe unda purtatoare prin spatiu cu viteza luminii, astfel se poate converti intervalul de timp in distanta, rezultand o lungime de unda a codului C/A de aprox. 300m.

300m1.023MhzfC/A C/A ≅=⇒==C/AC/A0 c/fλ/10f:codul n)Acquisitio(Coarse

Codul P In ceea ce priveste codul P, precizii mai bune se pot obtine daca se utilizeaza lungimi de unda

mai mici. Pentru obtinerea acestor precizii, satelitii emit si codul P, modularea in acest caz fiind chiar frecventa fundamentala. Lungimea de unda a codului P este de doar 30m, adica o zecime din lungimea codului C/A. Frecventa cu care sunt generate cipurile este in mod normal de 10 ori mai rapida: 10, 23 milioane de cipuri pe secunda.

30mMhz10.23fPPP

≅=⇒==P0

c/fλf:codul )(Precision

Codul Y Ca o politica de securitate cunoscuta sub denumirea de Anti Spoofing (AS), Ministerul Apararii

al SUA a codat codul P cu ajutorul unui unui cod secret W, cod ce are o frecventa de 20 de ori mai mica decat frecventa fundamentala.

In acest sens exista doua servicii de pozitionare oferite de catre sistemul NAVSTAR GPS, si anume SPS – Standard Positioning Service si PPS – Precise Positioning Service. Primul permite accesul doar la codul C/A, iar cel de-al doilea este precis si permite accesul atat la codul C/a cat si la codul P, fiind destinat armatei americane.

Mesajul de navigatie D Este foarte important ca receptorul sa stie unde se afla satelitii pentru a putea determina

distantele dintre receptor si satelitii vizibili. In acest sens, este necesar ca satelitii sa emita mesaje privind informatii orbitale (efemeride) ce se vor utiliza la calculul pozitiei satelitului, a diferentei ceasului satelitar fata de timpul sistemului GPS, informatii despre modul de operare al satelitilor, respectiv informatii privind precizia masuratorilor de distante. Mesajul de navigatie mai contine un almanah, ce cuprinde un set de date ce prezinta o descriere sumara a orbitelor satelitare, calculul frecvenţei de recepţie a satelitului si alte informatii utilizate la proiectarea masuratorilor GPS.

Codul D fD =f0/204800 = 50 Hz

Curs III

3. Atmosfera terestra. Influenta semnalelor in ionosfera. Influenta semnalelor in troposfera

3.1 Structura atmosferei terestre Atmosfera

Forma atmosferei:sferă turtită,datorită mişcării de rotaţie a Pământului şi densităţii ei mai reduse Limite: max. 10 000 km(uneori este considerată chiar 35 000 km) Alcătuire: azot(78,09%) şi oxigen(20,95%),la care se adaugă dioxid de carbon(0,03%), argon(0,93%),neon,heliu,hidrogen,ozon,amoniac,metan etc. Structura verticală a atmosferei:

Troposfera: - limite: 12 km(16-18 km la Ecuator,6 km la poli) - concentrează 90 % din masa atmosferei - temperatura scade odată cu înălţimea(6,4 ° C la 1 km) - temperatura la limita superioară: - 60 ° C Tropopauza-strat intermediar între troposferă şi stratosferă

Stratosfera: - limite:12-50 km - este cea mai rarefiată - temperatura aerului creşte de la - 60° C la - 4°C - prezintă un strat de ozon între 20-40 km Stratopauza -strat intermediar între stratosferă şi mezosferă

Mezosfera: - limite: până la 80 km - temperatura aerului scade la – 83 ° C Troposfera + stratosfera + mezosfera = homosfera Mezopauza- strat intermediar mezosferă şi ionosferă

Ionosfera(termosfera): - limite: 80-1 000 km - temperatura creşte la 1 100-1 600 °C - are mai multe straturi ce absorb radiaţiile solare şi reflectă undele radio de pe Pământ - aici se formează aurorele polare

Exosfera: - limite: peste 1 000 km Termosfera + exosfera = heterosfera Magnetosfera: - limite: până la 100 000 km Centuri de radiaţii: 3 000-4 000 km şi 15 000-20 000 km

Fig.3.1 – Structura atmosferei terestre

3.2 Influenta semnalelor in ionosfera Ionosfera este un mediu dispersiv pentru microunde, cum sunt cele emise de sateliţii sistemelor de poziţionare globală, în sensul că timpul de propagare este dependent de frecvenţa semnalului care străbate ionosfera. Cu cât frecvenţa semnalului este mai mare, cu atât influenţa ionosferei este mai redusă. Deci influenţa refracţiei ionosferice asupra semnalului L1 emis de sateliţii GPS este mai redusă decât asupra semnalului L2.

Fig.3.2 – Influenţa semnalelor în ionosferă

Semnalele satelitare care sunt recepţionate sub un unghi de elevaţie mai mic, suferă refracţii mai puternice, datorită traseului lor mai lung prin ionosferă, faţă de semnalele satelitare recepţionate din zenit. În condiţii normale, influenţa refracţiei ionosferice asupra semnalelor recepţionate la elevaţia de 15° este de cca. 2,5 ori mai puternică, decât asupra semnalelor recepţionate din zenit. Conţinutul de electroni în ionosferă şi perturbaţiile ionosferice ating un maxim în perioada cu activitate solară maximă. Activitatea solară are un caracter ciclic (protuberantele sau exploziile solare) şi se repetă la cca. 11 ani. Cercetările recente au dovedit o corespondenţă între activitatea solară şi fenomenele care au loc în ionosferă.

Influenţa ionosferei asupra măsurătorilor depinde şi de lungimea bazei. Cu cât lungimea bazei este mai mare, cu atât condiţiile ionosferice sunt mai variate, iar influenţa asupra semnalelor recepţionate în staţiile S1 şi S2 este diferită. O diminuare substanţială a efectului ionosferic asupra măsurătorilor, se poate obţine, prin combinarea măsurătorilor efectuate pe cele două semnale L1 şi L2. Sateliţii sistemelor de poziţionare globală emit pe două frecvenţe nu numai pentru a transmite un volum mai mare de date, ci mai ales pentru a putea controla efectul momentan al ionosferei. Este evident că doar măsurătorile efectuate cu receptoare care operează pe ambele frecvenţe, pot oferi corectarea în mare măsură a refracţiei ionosferice. Fenomenele care au loc în ionosferă, care depind în cea mai mare măsură de activitatea solară, sunt greu de anticipat şi de modelat. Din acest motiv, refracţia ionosferică rămâne în continuare sursa principală de erori în poziţionarea relativă, în special când bazele care se măsoară au lungimi de zeci de kilometri sau chiar sute de kilometri.

3.3 Influenta semnalelor in troposfera Troposfera reprezintã, segmentul de bazã al atmosferei, cuprins între suprafata Pãmântului si o

înãltime de cca.12-16 km. Aceastã zonã este divizatã în douã pãrti:

partea „umedã”cuprinsã între suprafata Pãmântului si o altitudine de cca. 11km, zonã în care umiditatea atmosfericã este prezentã si are valori semnificative;

partea „uscatã” cuprinsã între altitudinea de cca.10km si 40km (parte din stratosfera) . Refractia troposfericã provoacã o întârziere a receptionãrii semnalului de la satelit, întârziere

care conduce la cresterea timpului de parcurgere a distantei de la satelit la receptor si în consecintã o crestere sistematicã a distantelor.

Intârzierea datoratã refractiei troposferice este independentã de frecventa semnalului, aceasta comportându-se identic fatã de cele douã unde purtãtoare L1 si L2, dar este dependentã de parametrii atmosferici si de unghiul zenital sub care se gãseste receptorul fatã de satelit.

Valoarea refractiei troposferice creste exponential cu valoarea unghiului zenital si din aceste motive nu este recomandabil a se efectua observatii la satelitii care apun sau rãsar, decât dupã ce au intrat sau au iesit, sub unghiul zenital de 700 - 750.

Pentru eliminarea acestei erori sistematice, s-au realizat mai multe modele matematice printre care cele mai utilizate sunt cele realizate de Hopfield si Saastamoinen.

Curs IV

4. Timpul - generalitati. Sistemul orar GPS 4.1. Definire, istoricul timpului. Termenul “timp” include cel putin trei intelesuri: timpul secunda - o marime masurabila cu un

ceas pentru a determina viteza schimbarilor, timpul ca un concept – o constructie a gandirii umane si timpul ca fenomen – sinonim al variabilitatii lumii, prin care se accepta timpul ca o realitate.

Determinarea cu precizie a timpului a devenit posibila in anul 1920, o data cu inventarea oscilatorului si a filtrelor cu cristal de cuart. Ceasul atomic a fost inventat in anii ’40 ai secolului al XX-lea si de atunci precizia determinarii timpului a crescut continuu, aproximativ in acelasi ritm cu care a crescut densitatea de inregistrare in memoria calculatoarelor.

4.2. Clasificarea timpului Se cunosc trei grupe mari de scari de timp si anume: Timpul sideral sau Timpul Universal,

Timpul efemer, dinamic sau terestru si Timpul atomic. 4.2.1. Timp Sideral sau Timp Universal - redă orientarea în timp a Pământului faţă de spaţiul

inerţial, iar scara de timp adecvată este legată de rotaţia diurnă a Pământului. Există patru elemente care definesc timpul sideral: LAST – timp aparent local atribuit echinocţiului de primăvară, sau unghi orar local al

echinocţiului de primăvară real; GAST – timp sideral aparent Greenwich sau unghi orar Greenwich al echinocţiului de primăvară

real; LMST - unghi orar local al echinocţiului de primăvară mediu; GMST - unghi orar Greenwich al echinocţiului de primăvară mediu; LMST – GMST = LAST - GAST

Fig.4.1 – Scara timpului universal

4.2.2. Timp efemer, Timp dinamic, Timp terestru – este un timp convenţional şi este definit ca o mişcare orbitală a corpurilor cereşti în jurul Soarelui.

Astronomii au inventat (in 1960) timpul efemeridelor. Acest sistem de timp este precis si nu ia in consideratie rotatia Pamantului. A fost folosit la calculul efemeridelor, mai ales la efemeridele corpurilor ceresti ce se misca in sistemul solar. In 1984 TE a fost inlocuit cu Timpul dinamic terestru, iar în 1991 TDT a devenit timpul terestru (TT). In 1984 a fost creat timpul dinamic baricentric. Acesta se refera la centrul de masa al sistemului solar, apoi, in 1991, a aparut timpul coordonat baricentric, ce este bazat pe relativitate. Ultimele doua sisteme sunt neimportante pentru amatori pentru ca difera cu cateva milisecunde.

4.2.3. Timp atomic – se leagă de masurarea exactă a timpului de călătorile a unui semnal, care

cere o scară de timp de înaltă rezoluţie (TAI), uniformă şi uşor accesibilă. Ceasul atomic utilizeaza ca standard de referinta frecventa perioadei de oscilatie a radiatiei emise

la tranzitia intre doua niveluri energetice dintr-un atom. In conformitate cu hotararea celei de a XIII-a Conferinte Generale pentru Masuri si Greutati din anul 1967, secunda este durata a 9192.631.770 perioade de oscilatie ale radiatiei emise la tranzitia intre doua niveluri hiperfine ale starii fundamentale 3S1/2 a atomului de cesiu 133. Ultima referinta internationala pentru timpul precis si frecventa este “Timpul Universal Coordonat”, care este stabilit pe baza informatiilor despre timp si frecventa de la centrele de timp dispuse in jurul globului pamantesc.

In anul 1970, Timpul Universal Coordonat a fost conceput de catre un grup international de experti, format in cadrul Uniunii Internationale de Telecomunicatii, care a considerat ca, pentru evitarea confuziilor in comunicarile asupra timpului, cel mai bine ar fi sa se foloseasca, in toate limbile pamantului, o singura forma abreviata de referinta asupra timpului (UTC).

4.3. Importanţa sistemului orar GPS Cel mai semnificativ exemplu privind folosirea de catre navigatie a determinarii cu precizie a

timpului este existenta Sistemului Global de Pozitionare (GPS) care se bazeaza pe comunicarile a 24 de sateliti orbitali care transmit semnale pe baza carora se evalueaza cu precizie timpul. Deoarece semnalele se deplaseaza cu viteza luminii si timpul de transmisie este cunoscut, calculatoarele care receptioneaza semnalele pot determina cu o inalta precizie distanta la care se afla fiecare satelit orbital. In acest proces se comunica calculatoarelor receptoare timpul determinat cu precizie de catre ceasurile atomice ale GPS si, prin comparare, se determina cu o deosebita acuratete atat pozitia satelitilor, cat si timpul care este comunicat, pentru a fi inregistrat, unui mare numar de utilizatori.

In plus, au fost dezvoltate multe tipuri de sisteme de comunicatie care depind de GPS si multe tari utilizeaza semnalele GPS in perfectionarea sistemelor de navigatie si in controlul traficului aerian.

Evaluarea exacta a timpului, inclusiv a Timpului Universal Coordonat, este un parametru impus al GNSS, iar ceasul atomic este unul din instrumentele de baza ale sistemului. In prezent, GPS poate fi utilizat pentru a obtine estimarea UTC, iar transformarea UTC intr-un serviciu de timp real reprezinta o preocupare la nivel mondial.

Curs V

5. Sisteme de coordonate utilizate in tehnologia GPS. 5.1. Sistemul de coordonate cartezian geocentric Sistemul de coordonate cartezian geocentric are ca suprafatã de referintã geoidul, fiind

considerat sistemul de coordonate fundamental al geodeziei. Este un sistem de coordonate tridimensional rectangular cu centrul în centrul de masã al Pãmântului. Pozitia unui punct oarecare P de pe suprafata Pãmântului este definitã atât în sistem tridimensional (geodetic) cât si în coordonate astronomice. Cele trei axe rectangulare sunt:

- Axa Z este axa polilor;

- Axa X este în planul ecuatorului si intersecteazã meridianul 0 (Greenwich);

- Axa Y este perpendicularã pe celelalte douã, situatã în planul ecuatorului, cu sensul pozitiv spre est.

Fig.5.1 – Sistemul de coordonate astronomic

Coordonatele astronomice sunt: - latitudinea astronomicã, notatã ; - longitudinea astronomicã, notatã . Pentru a defini pozitia punctului nu pe geoid ci pe suprafata terenului, acestor douã coordonate li

se adaugã altitudinea ortometricã, notatã HOR. Latitudinea astronomicã, , a punctului P este unghiul format de verticala punctului P cu planul

ecuatorial al geoidului. Longitudinea astronomicã, , este unghiul diedru format de meridianul astronomic al punctului Greenwich cu meridianul punctului P. Altitudinea ortometricã, H, este diferenta pe verticalã, mãsuratã pe verticala locului, dintre punctul P de pe suprafata terenului si punctul în care verticala punctului P înteapã geoidul. Fizic, verticala unui punct oarecare P este datã de firul cu plumb. Toate observatiile geodezice sunt referite la verticala locului, care trebuie sã coincidã cu axa verticalã a oricãrui instrument geodezic amplasat în punctul respectiv.

Sistemul astronomic local, legat de normala n, intr.-un punct de observatie P poate fi definit ca:

n = ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

ΦΛΦΛΦ

sinsincoscoscos

5.2. Sistemul astronomic local Acest sistem de coordonate are axele definite in felul urmator: - planul orizontal xy este perpendicular pe directia gravitãtii; - axa z este axa polilor; - axa x este situatã în meridianul local al punctului P (originea sistemului), deci cu sensul

pozitiv spre nordul geografic; - axa y are sensul pozitiv spre estul astronomic si este perpendicularã atât pe axa x cât si

pe directia gravitãtii; - altitudinea, HOR, este îndreptatã dupã tangenta la directia gravitãtii, cu sensul pozitiv

cãtre zenitul astronomic. Orice alt punct din vecinãtatea punctului P si vizibil din acest punct, poate fi determinat în acest

sistem de coordonate prin mãsurãtori clasice (directii, distante, unghiuri zenitale) sau GPS. Mãsurãtorile clasice sunt denumite si coordonate astronomice polare locale:

- S - distanta înclinatã dintre cele douã puncte; - - azimutul astronomic al punctului de statie în raport de punctul nou, R; - Z- unghiul zenital, format între verticala locului punctului P si directia PR; Coordonatele astronomice polare locale care definesc pozitia punctului nou R în sistemul

astronomic local pot fi transformate în coordonate naturale locale, respectiv x,y, HOR, pentru punctul R.

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

ZZAZA

Szyx

Xcos

sinsinsincos

Fig.5.2 – Sistemul astronomic local 5.3. Sistemul global elipsoidal Sistemul global elipsoidal este similar cu sistemul cartezian global geocentric. Originea

sistemului este în imediata apropiere a centrului sistemului cartezian global geocentric, respectiv cât mai aproape de centrul de masã al Pãmântului. De asemenea, cele trei axe de coordonate sunt apropiate pânã la coincidentã cu axele de coordonate ale sistemului cartezian global geocentric. Este de asemenea un sistem de coordonate tridimensional rectangular. Pozitia unui punct oarecare P de pe suprafata Pãmântului este definitã atât în sistem tridimensional elipsoidal cât si în coordonate elipsoidale (latitudinea si longitudinea elipsoidalã). Cele trei axe rectangulare sunt:

- Axa Z’ este cât mai aproape de axa polilor geografici; - Axa X’ este în planul ecuatorului elipsoidal si intersecteazã meridianul 0 al elipsoidului

respectiv; - Axa Y’ este perpendicularã pe celelalte douã, situatã în planul ecuatorului elipsoidului,

cu sensul pozitiv spre est. Coordonatele elipsoidale, analog coordonatelor astronomice sunt: - latitudinea geodezicã, notatã B;

- longitudinea geodezicã, notatã L.

Pentru a defini pozitia punctului pe suprafata terenului, si nu pe elipsoid, acestor douã coordonate li se adaugã altitudinea elipsoidalã, notatã HE.

Latitudinea geodezicã, B, a punctului P este unghiul format de normala la elipsoid în punctul P cu planul ecuatorului elipsoidului de referintã. Longitudinea geodezicã, L, este unghiul diedru format de meridianul geodezic al punctului P cu meridianul geodezic al punctului Greenwich. Altitudinea elipsoidalã, HE, este diferenta pe verticalã, mãsuratã pe normala la elipsoid a punctului P, dintre punctul P de pe suprafata terenului si punctul în care normala le elipsoid a punctului P înteapã elipsoidul.

De remarcat cã meridianul 00 al elipsoidului nu corespunde cu meridianul 00 al geoidului. De asemenea, în mod normal, fiecare elipsoid are altã origine pentru meridianul 00 si altã pozitie a ecuatorului. De exemplu, între elipsoidul Krasovski si elipsoidul WGS84 este o diferentã de circa 1” pe longitudine si circa 6” pe latitudine la nivelul tãrii noastre.

Fig.5.3 – Sistemul elipsoidal global Sistemul elipsoidal local, legat de normala n, intr.-un punct de observatie P poate fi definit ca:

n = ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

ϕλϕλϕ

sinsincoscoscos

5.4. Sistemul elipsoidal local Sistemul de coordonate elipsoidal local are axele definite astfel: - planul orizontal xy este perpendicular pe normala la elipsoid; - axa x este situatã în meridianul geodezic al punctului P (originea sistemului), deci cu

sensul pozitiv spre nordul geodezic; - axa y are sensul pozitiv spre estul geodezic si este perpendicularã atât pe axa x cât si pe

normala la elipsoid; - altitudinea, HE este îndreptatã dupã normala la elipsoid, cu sensul pozitiv cãtre zenitul

geodezic.

Fig.5.4 – Sistemul elipsoidal local Coordonatelor astronomice polare le corespund coordonatele elipsoidale polare locale: - D - distanta înclinatã dintre cele douã puncte; - α - azimutul astronomic al punctului de statie în raport de punctul nou, R; - E - unghiul zenital, format între normala la elipsoid a punctului P si directia PR; Coordonatele elipsoidale polare locale care definesc pozitia punctului nou R în sistemul

elipsoidal local pot fi transformate în coordonate elipsoidale locale, respectiv xyHE, pentru punctul R.

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

ζζαζα

cossinsinsincos

Dzyx

X

5.5. Sistemul WGS 84 Sistemul de referinţă utilizat de tehnica GPS este sistemul WGS 84 (World Geodetic System),

căruia îi este asociat un elipsoid geocentric echipotenţial de revoluţie. Sistemul de referinţă în care este încadrată o reţea GPS poate fi considerat un sistem

convenţional, local, care are originea translatată cu o cantitate necunoscută faţă de sistemul WGS. Sistemul WGS 84 a fost dezvoliat de D.M.A. (Defense Mapping Agency) din SUA şi este în

principiu identic cu Sistemul Geodezic de Referinţă l980. Sistemul WGS 84 a necesitat realizarea: -unui sistem de coordonate geocentric ; -unui elipsoid mediu (al Pământului) ; -parametrilor de transformare în alte datumuri geodezice . Sistemul WGS 84 este un sistem geocentric fix cu originea în centrul de masă al Pământului şi

prezintă următoarele particularităţi: - axa Z este paralelă cu direcţia Polului Terestru Convenţional (CTP) şi a meridianului zero - axa X reprezintă intersecţia meridianului WGS de referinţă cu un plan paralel cu Ecuatorul Polului Terestru Convenţional ce include centrul de masă al Pământului definit de WGS 84. Sunt prezentaţi în continuare parametri elipsoidului ataşat sistemului WGS 84 :

Parametrii sistemului WGS 84

Parametri Notaţie Mărime Precizie

Semiaxa mare A 63787137 m 2 m

Coeficientul armonic zonal C20 -484.16685 10-9 1.310-9 m

Viteza unghiulară a Pământului 7292115 10-11rad/s 0,15 10-11rad/s

Constanta gravitaţională a Pământului GM 398600510 108 m3/s2 0,6 108 m3/s2

Turtirea F 1/298.257223563 3 ppm

Raza ecuatorială (a) este determinată cu o eroare de 1-2 m, iar valoarea turtirii (f) este cunoscută cu precizia de aproximativ 3 ppm.

Parametrii sistemului WGS 84 sunt practic identici cu cei ai Sistemului Geodezic de Referinţă (GRS 80), singura diferenţă constând în faptul că valoarea coeficientului zonal gravitaţional C20 este luată din modelul gravitaţional WGS 84 şi de aceea diferă puţin de GRS 80.

Această neconcordanţă se manifestă de fapt printr-o diferenţă nesemnificativă a valorii semiaxei mici a celor 2 elipsoizi corespondenţi.

bWGS 84 – bGRS 80 = +0,1 mm

Recurgând la metode adecvate de transformare şi folosind un anumit număr de puncte notate în cele două sisteme, este posibilă trecerea, fără probleme particulare, ale coordonatelor X şi Y ale GPS la coordonate corespunzătoare în sistemele geodezice naţionale. Problema este de fapt în ceea ce priveşte cotele. Cum este ştiut, cotele punctelor suprafeţei fizice a Pământului sunt raportate la nivelul mediu al mării, adică la geoid, pe când cotele GPS sunt raportate la suprafaţa elipsoidului WGS’84. Cu alte cuvinte, cotele GPS şi cotele topometrice (cote ortometrice) nu sunt raportate la aceeaşi suprafaţă zero.

Curs VI

6. Tipurile de mărimi măsurabile utilizate în tehnologia GPS Mărimile măsurabile se clasifică astfel: - faza codurilor; - numărul integrat Doppler; - faza undei purtătoare. 6.1. Măsurarea fazei codurilor sau a pseudodistanţelor Măsurarea fazei codurilor reprezintă în fapt o înregistrare a diferenţei de timp (ΔT) între

momentul de emisie a semnalului din satelit şi al recepţiei în antenă. Deoarece timpul este măsurat în receptor cu ajutorul unui ceas intern, a cărui funcţionare un coincide cu ceasul satelitului, rezultă o decalare provocată de această diferenţă, care se răsfrănge asupra calculului distanţei. Practic, produsul ΔT*v nu determină corect distanţa de la satelit la receptor, fapt pentru care produsul amintit se mai numeşte pseudodistanţă. Mãsurarea pseudodistantelor poate fi realizatã numai prin utilizarea codurilor, deoarece numai acestea pot da indicatii asupra momentului când marca de timp este emisã de satelit si poate fi detectatã de receptor.

Această diferenţă de timp se va obţine în receptor printr-o corelare încrucişată a semnalului recepţionat de la satelit cu un semnal identic generat în receptor. Reconstruirea semnalului în receptor este dependentă de cunoaşterea unei secvenţe PRN, după care s-a codificat semnalul satelitar.

Astfel, satelitul emite o undă purtătoare codificată f şi este recepţionată sub forma fr, dar în cadrul receptorului, un oscilator este responsabil de generarea unei frecvenţe fi = fr. Această corespondenţă a frecventelor se menţine pe toată perioada măsurătorilor.

In acest moment, semnalul fi este codificat printr-o modulaţie de fază cu o secvenţă PRN identică cu cea utilizată de satelit pentru codificarea semnalului.

ΔT = PD/v = 20.200km/aprox. 300.000km/s = 0,07secunde Dacă ceasul satelitului ar corespunde cu ceasul receptorului, problema s-ar simplifica întrucât

produsul dintre ΔT si viteza luminii ar da distanta dintre satelit şi receptor, dar corespondenţa aceasta nu există, aşa că se acceptă o decalare Δt privitoare la ceasul din receptor.

Δt = Ts - Tr Acum am fi în măsură să corectăm timpul măsurat cu decalarea Δt: Tc = ΔT + Δt Astfel se poate scrie acum o relaţie prin care se determină distanta satelit-receptor: D =(ΔT + Δt)*v <=> D = ΔT*v + Δt*v

ΔT*v = D - Δt*v Ca o concluzie se poate spune că măsurarea timpului de propagare ΔT multiplicată cu viteza

luminii reprezintă diferenţa dintre distanţa satelit – receptor şi o valoare constantă.

Fig.6.1 – Determinarea fazei codurilor

6.2. Măsurători Doppler Măsurătorile Doppler urmaresc efectul mişcării relative a satelitului, care are o viteză de

deplasare de cca 14.000 km/h, în raport cu receptorul de la sol. Datorită acestei mişcări, frecventa receptionată fr nu este constantă.

Ştim că n = f * t, unde f – frecventa constantă

t – timpul n – numărul de lungimi de undă

Numărul de perioade sau de cicluri „n“ se poate obţine prin utilizarea unor intervale scurte de timp Δti:

n = Δt1f1 + Δt2f2 + Δt3f3 +………….+ Δtnfn Se vor obţine rezultate foarte bune atâta vreme cât Δt are valoare mică, sau tinde spre „0”. Dacă

se întâmplă acest lucru, atunci numărul de cicluri de lungimi de undă recepţionate în perioada T1 – T2, se va determina prin integrarea frecventei recepţionate.

dtfnT

Tr∫=

2

1

Practic, pe noi ne interesează să determinăm o diferenţă de distanţă dintre receptor şi două poziţii

orbitale consecutive ale aceluiaşi satelit la două epoci diferite T1 şi T2. Acest lucru se realizeaza prin compunerea frecventei recepţionate fr cu o frecvenţă generată în

interiorul receptorului fi, dar foarte apropiată de cea recepţionată. Astfel vom obţine o frecvenţă a variaţiei în amplitudine:

fa = fi - fr

În final se vor măsura ciclurile frecvenţei de variaţie a amplitudinii fa în intervalul ales T1 - T2.

dtffdtfN r

T

Ti

T

Ta )(

2

1

2

121 −== ∫∫− , N- reprezintă numărul integrat Doppler.

6.3. Măsurarea fazei purtătoare sau a purtătoarei mixate Măsurarea fazei purtătoare sau a purtătoarei mixate are la bază principiul fazic, care se bazează

pe măsurarea diferentei de faza între modulaţiile transmise şi cele recepţionate. Mărimea care se urmăreşte în această situaţie este diferenţa de fază Δλ a semnalului recepţionat de la satelit şi cea a semnalului generat în receptor, denumită şi faza purtătoarei, ţinând cont şi de efectul Doppler.

Lungimea receptor – satelit, poate fi obtinutã astfel prin mãsurarea fazelor portantelor L1 si L2, metoda presupunând urmãrirea unui satelit “j“ în lungul orbitei sale la o epoca initialã “t0 “ si respectiv la o epoca oarecare „t”.

Fig.6.2 – Măsurarea fazei purtătoare

La momentul „t0” distanta de la satelitul „j” la receptorul „i” poate fi exprimatã ca o sumã, datã de numãrul întreg de cicli ai undei de la satelit la receptor, plus o fractiune de lungime de undã, care exprimã o fractiune de ciclu întreg de lungime de undã.

Dji = Nλ + Δλ

In realitate, aceasta este mãrimea care se mãsoarã, în timp ce numãrul de cicli întregi denumit

„ambiguitate de faze”, rãmâne ca o nouã necunoscutã pentru fiecare satelit observat. Dacã se presupune cã „ambiguitatea” rãmâne la o valoare constantă trebuie mentinut contactul

cu satelitul între diferite epoci de mãsurare si pe urmã continutul numãrului întreg de cicli se schimbã datoritã miscãrii relative a satelitului fatã de receptor (efectul Doppler).

Pierderea contactului receptorului cu satelitul, generatã în special de obstacole în calea semnalului, denumitã „cycle slip”, provoacã aparitia unei noi ambiguitãti de fazã, necunoscutã care apare la fiecare întrerupere de semnal.

Modelul matematic de mãsurare de faze are deci urmãtoarea expresie (Hofmann-Wellenhof

1992):

)t(fN)t(1 ji

jji

ji

ji δΔ++ρ

λ=Φ

unde:

λΦ )t(ji - mãsuratoarea de fazã, exprimatã în cicli; λ - lungimea de undã; ji

ρ - distanta geometricã;

ji

N - ambiguitatea de fazã (numãr întreg de lungimi de undã), independentã de „t”;

jf - frecventa semnalului de la satelit; ji

δΔ - combinatii ale erorilor de ceas ale satelitului „j” si ale receptorului „i”.

Precizia distanţei cu măsurători de fază este de aprox. 3 mm, deci această măsurătoare este mult

mai precisă decât cea de cod. Distanţa de fază însă în cazul fiecărui satelit conţine o necunoscută (sunt necunoscute ciclurile în momentul începerii măsurătorii), care se pot determina la prelucrarea datelor.

Curs VII

7. Tehnici de poziţionare GPS Poziţiile diferitelor puncte de pe suprafaţa terestră pot fi determinate utilizând tehnici şi

tehnologii multiple de măsurare. Determinările pot fi făcute relativ la un sistem de coordonate bine definit, de regulă

tridimensional, la care originea o constituie chiar centru de masă al Pământului, fie în raport cu un alt punct ce reprezintă originea unui sistem de coordonate locale, diferit de centrul de masă al Pământului şi stabilit conform scopului şi destinaţiei urmărite. Noţiunea de poziţionare poate fi atribuită atât elementelor aflate în mişcare (mobile) cât şi celor fixe (statice).

Astfel, în cadrul determinărilor în spaţiu se disting două tehnici de poziţionare: -poziţionarea relativă; -poziţionarea absolută. 7.1. Poziţionarea absolută sau autonomă Prin poziţionare absolută se înţelege determinarea poziţiilor obiectelor mobile sau statice în

raport cu un sistem tridimensional de coordonate, originea constituind-o chiar centrul Pământului. In altă ordine de idei, poziţionarea absolută reprezintă o determinare independentă a unui punct,

unde din măsurători de cod găsim coordonatele în sistemul WGS84 din determinarea pseudodistanţei în acelaşi timp cu măsurătorile. Această metodă necesită un singur receptor. Ca măsurători, intră în atenţie doar măsurarea pseudodistanţelor cu ajutorul codurilor, deci este suficient să dispunem de un receptor cu caracteristici tipice pentru navigaţie. Precizia potenţială în poziţionarea absolută, poate fi influenţată şi dirijată din segmentul de control al sistemului prin tehnica S-A (select availability).

Fig.7.1 – Metoda poziţionării absolute

Se poate spune că precizia acestei metode pentru o determinare în plan este de cca. 100 m, iar în poziţionarea altimetrică de 140 m dacă S-A este activat. Această precizie poate fi îmbunătăţită numai prin măsurători îndelungate (SPP – single point positioning -ca fază de teren, SPS – single point solution –ca fază de cabinet ), sau prin alte tehnici. Poziţionarea unui punct izolat poate avea loc cu receptorul fix - măsurare statică , sau cu receptorul mobil - măsurare cinematică. Rezultatul poziţionării unui singur punct mai este cunoscut şi sub denumirea de soluţie de navigaţie, indiferent dacă receptorul este în mişcare sau fix. Pentru a obţine o soluţie în timp real, trebuie să se dispună de minimum 4 pseudodistanţe măsurate concomitent spre patru sateliţi, necesare la determinarea celor 4 necunoscute (3 coordonate carteziene X, Y, Z, şi eroarea de timp Δt).

7.2. Poziţionarea relativă Prin poziţionare relativă se înţelege determinarea poziţiilor obiectelor mobile sau statice în raport

cu un alt punct ce reprezintă originea unui sistem de coordonate locale, diferit de centrul de masă al Pământului şi stabilit în funcţie de scopul urmărit.

In altă ordine de idei, poziţionarea relativă înseamnă măsurarea simultană a pseudodistanţei sau a fazei purtătoare din două sau mai multe puncte către aceiaşi sateliţi. Metoda necesită cel puţin două receptoare. Prin măsurători simultane în două puncte staţionate cu echipamente GPS spre aceiaşi sateliţi, se poate determina vectorul bazei între cele două staţii, acesta fiind definit prin coordonatele relative ΔX, ΔY şi ΔZ în sistemul WGS 84.

Practic, poziţionarea relativă are drept scop determinarea poziţiei unui punct necunoscut în raport de un punct de coordonate cunoscute. In urma efectuării unor astfel de observaţii se determină vectorul dintre cele două puncte denumit şi vectorul bazei sau pe scurt, bază (b).

Fig.7.2 – Metoda poziţionării relative

Fie A un punct geodezic cu coordonate geodezice spatiale cunoscute si un punct geodezic B, considerat punct nou. Coordonatele punctului B, se vor putea determina cu relatiile:

ABAB bXX +=

AB

AB

AB

AB

AB

AB

ZYX

ZZYYXX

bΔΔΔ

=−−−

=AB

Metoda de prelucrare se bazează pe calculul diferenţelor formate în cadrul măsurătorilor, iar în

cursul acestei prelucrări unele erori dispar sau efectul lor scade simţitor. Precizia metodei relative de pozitionare este mult mai ridicata fata de pozitionarea unui punct

singular. La determinarea relativa a pozitiei punctelor, componentele vectorului baza sunt determinate dupa finalizarea masuratorilor, în cadrul procesarii la birou a datelor. Pentru o pozitionare relativa în timp real, este nevoie de un sistem de transmisie a datelor spre una dintre statii, unde are loc procesarea datelor concomitent cu desfasurarea masuratorilor.

Preciziile care sunt cerute în aplicatiile geodezice, sunt atinse astazi numai prin metodele relative de pozitionare, efectuându-se masuratori de faza asupra undelor purtatoare. Rationamentele prezentate pentru doua receptoare, pot fi extrapolate fara restrictie la folosirea mai 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.

7.3. Poziţionarea diferenţială - DGPS Pozitionarea diferentiala cu GNSS, abreviata DGPS, este o tehnica de pozitionare în timp real, în

care sunt folosite doua sau mai multe receptoare. Unul dintre receptoare este instalat într-o statie de coordonate cunoscute, unde pe baza masuratorilor efectuate cu o anumita rata de înregistrare sunt calculate corectii pentru masuratorile de pseuodistante si corectii pentru rata masuratorilor, care sunt apoi transmise spre unul sau mai multe receptoare mobile. Receptorul mobil aplica corectiile transmise si îsi calculeaza pozitiile cu pseudodistante corectate.

Mare parte a erorilor ce afectează măsurătorile efectuate de sateliţi pot fi eliminate complet sau cel puţin semnificativ reduse utilizând tehnicile de măsurare diferenţiată.

Fig.7.3 – Metoda poziţionării diferenţiale - DGPS

7.3.1. Rolul receptorului de referinţă în cadrul tehnologiei DGPS Antena receptorului de referinţă este montată într-un punct măsurat anterior şi ale cărui

coordonate sunt cunoscute. Receptorul care este plasat în acest punct este cunoscut sub numele de receptor de referinţă sau staţie de bază.

Receptorul se porneşte şi începe să depisteze sateliţii. Poate calcula o poziţie autonomă folosind poziţionarea absolută. Din cauză că este într-un punct cunoscut receptorul de referinţă poate să estimeze foarte precis care ar trebui să fie distantele fata de sateliti.

Astfel, receptorul de referinţă poate să rezolve problema diferenţei dintre valorile calculate şi măsurate ale distantelor fata de sateliti, aceste diferenţe fiind denumite corecţii.

Receptorul de referinţă este de obicei ataşat unui şir de legături radio care sunt folosite pentru a răspândi aceste corectii.

7.3.2. Rolul receptorului Rover în cadrul tehnologiei DGPS Acest receptor se află la celălat capăt al corectiilor. El conţine o legătură de date radio care-i

permite să perceapă corecturile difuzate de către receptorul de referinţă. Receptorul Rover mai calculează şi distantele la sateliţi, apoi aplică corectura pe care o primeşte

de la receptorul de referinţă. Acesta îi permite să calculeze o poziţie cu mult mai exactă decât cea determinată din măsurătorile care nu au fost corectate.

Folosind această tehnică, toate sursele de erori sunt minimalizate, obţinând astfel cea mai exactă poziţie. Se ştie că mai mulţi receptori Rover pot primi corecturi de la un singur receptor de referinţă.

In prezent s-au realizat sisteme de poziţionare de tip D-GNSS, care au o acoperire globală, corecţiile diferenţiale determinându-se pe baza unor reţele de staţii GNSS permanente dispuse pe suprafaţa întregului Glob. Corecţiile sunt difuzate utilizând sisteme complementare alcătuite din sateliţi de comunicaţie geostaţionari. Cele mai cunoscute sisteme D-GPS actuale sunt WAAS, EGNOS (3 sateliţi operaţionali din aprilie 2004) şi MSAS. Aria de acoperire cu corecţii diferenţiale este prezentată în fig.3. Există în unele ţări şi sisteme D-GNSS realizate la nivel naţional (SUA, Germania, Austria, Franţa, Japonia ş.a.) sau local.

Fig.7.4 – Sisteme GNSS complementare

7.3.3. GPS diferenţial în timp real Metoda RTDGPS (Real Time Differential GPS) sau cinematică în timp real, RTK (Real Time

Kinematic) elimină inconvenientele metodelor prezentate anterior, unul dintre cele mai importante fiind poziţionarea doar prin postprocesare. Astfel, RTK permite determinarea şi cunoaşterea rapidă a coordonatelor antenei receptorului, inclusiv verificarea calităţii măsurătorilor, corelarea şi corectarea erorilor de distanţă cu transmiterea datelor prin unde radio.

Curs VIII

8. Metode de măsurare cu ajutorul sistemelor GPS Pentru cei mai mulţi utilizatori, precizia maximă dată de tehnologia GPS nu este cerinţă

imperativă. În funcţia de problema care urmează să fie rezolvată - trebuie să se aleagă o metodă de măsurare de măsurare care să asigure un rezultat de precizie mare.

Datorita preciziei ridicate care se cere în geodezie, nu intra în atentie decât metodele relative de pozitionare, cu ajutorul masuratorilor de faza asupra undelor purtatoare. O trecere în revista a metodelor de masurare în pozitionarea relativa este data în tabelul de mai jos.

În practica este de multe ori avantajos, ca metodele de masurare sa fie combinate. De exemplu metoda statica poate fi utilizata pentru a determina unele puncte de referinta în zona de lucru, care apoi sa constituie puncte de plecare pentru masuratorile cinematice si/sau pseudocinematice.

Caracteristici Metoda

Condiţii de aplicare

Precizie Durata observaţiilor

Avantaje Incoveniente Aplicaţii

Statică Baze mari, peste 10km, receptor cu dublă frecvenţă (L1, L2)

±(5mm +1ppm)

30min-1h Precizie ridicată şi omogenă pe suprafeţe mari

Timp mare de staţionare

Reţele geodezice principale(clasa A, B)

Rapid statică Baze scurte, sub 20km, receptor cu dublă frecvenţă (L1, L2) sau L1

±(5mm-10mm +1ppm)

2-10min Rapiditate şi eficacitate fră menţinerea contactului cu aceeaşi sateliţi

Minim 5 sateliţi şi GDOP<8

Reţele de îndesire şi poligonometrice

Cinematică Număr mare de puncte pe suprafeţe reduse, libere

±(1cm +2ppm)

Iniţializare statică până în 5 min, observaţii cinematice 3-5 sec.

Metodă rapidă, eficace

Reiniţializare în cazul pierderii sateliţilor

Reţele de ridicare şi detalii

Stop &go Număr mare de puncte pe suprafeţe limitate, neacoperite

±(1cm-2cm +3ppm)

30sec-2min Metodă cu randament şi precizie satisfăcătoare

Are o precizie inferioară metodei RTK

Culegerea detaliilor în extravilan, aplicaţii GIS

RTK Logistică specială, vectori sub 40km

±(1cm +2ppm)

10-15sec Poziţionare în timp real cu precizie bună

Echipament costisitor

Reţele de sprijin, îndesire, poligonometrice, de ridicare şi detalii

Tabel.8.1 Caracteristici ale principalelor metode de măsurare cu tehnologia GPS 8.1. Metoda statică In cadrul metodei statice, observaţiile se execută cu receptoare GPS instalate într-o staţie fixă,

cunoscută şi într-una nouă sau mai multe puncte necunoscute, toate rămânând fixe într-o sesiune şi primind semnale de la aceeaşi minimum patru sateliţi. Timpul de observare variază de la 30 min până la două ore, în cazul receptoarelor cu dublă frecvenţă asupra unor baze de 15-20km, iar durata poate creşte dacă se utilizează receptoare de simplă frecvenţă, apoi în funcţie de lungimea vectorului bază, configuraţia sateliţilor, condiţii atmosferice, ş.a.m.d. Precizia de determinare este ridicată (5mm+1ppm), specifică reţelelor geodezice de ordin superior.

Fig.8.1 – Metoda de măsurare statică

8.2. Metoda rapid – statică Această metodă reduce mult timpul de staţionare până la 5-10 minute dacă se utilizează

receptoare pe dublă frecvenţă şi dacă beneficiază de valori optime pentru GDOP. In cazul receptoarelor cu simplă frecvenţă durata de staţionare creşte, dar nu foarte mult. Acest procedeu este recomandat în cazul bazelor de 5 – 10km şi asigură o precizie de 5-10 mm+1ppm, aplicându-se cu succes la determinarea reţelelor de încadrare, poligonometrie, reperaj fotogrammetric.

8.3. Metoda cinematică Procedeul cinematic de măsurare este o metodă de determinarea poziţiilor punctelor cu timp

foarte scurt de observaţie în fiecare punct. La începutul măsurătorilor este necesară determinarea ambiguităţilor pentru măsurătorile de fază cu undele purtătoare după care se procedează la interschimbarea antenelor pe baze scurte.

Astfel, receptorul 1 este instalat în punctul A, iar receptorul 2 în punctul B. Procedeul constă în interschimbarea antenelor, după ce s-au făcut înregistrări câteva minute asupra fazei undei purtătoare. Fără întreruperea înregistrărilor receptorul din A este mutat în B şi invers. În continuare un receptor rămâne fix, iar celelalte devin rovere şi se deplasează succesiv într-un lanţ cinematic al punctelor noi. Staţionarea pe un punct de detaliu, eventual de drumuire nu depăşeşte 5 secunde.

Pierderea contactului cu un satelit din configuraţia iniţial sau întreruperea unui semnal presupune o reiniţializare pe baza creată iniţial sau readucerea receptorului în ultimul punct determinat, operaţie ce durează aproximativ 5 minute.

Metoda prezintă mai multe procedee de aplicare, toate respectând condiţiile prevăzute anterior. Câteva exemple privind aceste procedee pot fi: procedeul pseudocinematic, procedeul cu deplasare continuă şi procedeul stop&go.

8.3.1. Procedeul pseudocinematic Se măsoară punctele noi în ordine, iar după cca 1 oră se reia măsurătoarea în ordine inversă.

Astfel devine posibilă eliminarea interpretării multiple, creşte precizia. Cauza este modificarea constelaţiei sateliţilor în perioada de aşteptare. Timpul de măsurare într-un punct nou este de 5-10 minute. La această metodă de determinare receptoarele pot fi oprite în timpul deplasării din punct în punct. Această metodă mai este cunoscută şi sub denumirea de metode de reocupaţie (Reoccupation Method).

Fig.8.2 – Procedeul pseudocinematic

8.3.2. Procedeul cu deplasare continuă În cazul acestui procedeu se foloseşte un receptor configurat ca staţie fixă şi unul ca rover,

ultimul instalându-se succesiv în puncte noi:1,2,3,…, n la intervale de timp prestabilite în funcţie de distanţă. Dacă se modifică configuraţia satelitară, se va reiniţializa o altă bază pe parcurs, printr-o staţionare scurtă, de aproximativ 5 minute. Precizia determinărilor este de ±(10mm+2ppm).

Fig.8.3 – Procedeul cu deplasare continuă

8.3.3. Procedeul stop & go (stai şi pleacă) Pentru acest tip de procedeu se foloseşte o bază de iniţializare formată din două puncte

cunoscute, aflate la o distanţă până în 10km, puncte în care se instalează două receptoare fixe. Unul dintre receptoare devine mobil şi se deplasează pe teren staţionând succesiv puncte de detaliu. Condiţia de bază o reprezintă numărul sateliţilor vizibili, respectiv cel puţin 5 sateliţi disponibili pentru a asigura o valoare a GDOP –ului bună, maxim 8. Observaţiile durează între 30-50 secunde, maxim 2 minute, asigurând o precizie de ±(10-20mm+2ppm).

Fig.8.4 – Procedeul stop & go

Curs IX

9. Receptoare GPS Receptorul GPS reprezintă principala componentă a segmentului utilizatorilor, cu care operatorul

interacţionează în mod direct. Ca aparat specific, receptorul GPS are rolul de a capta semnale cu informaţii transmise de sateliţi şi de a le prelucra în vederea obţinerii unor date privitoare la viteza de deplasare a undelor, distanţa parcursă, precum şi poziţia dată într-un sistem geocentric internaţional de referinţă.

9.1. Structura receptorului GPS În structura unui receptor GPS sunt incluse următoarele componente: antena, unitatea de radio

frecvenţă, microprocesorul, unitatea sau blocul de control, unitatea de stocare a datelor şi blocul de alimentare sau sursa de energie.

Fig.9.1 – Structura receptorului GPS

Antena Punctul de referintã pentru o antenã GPS îl reprezintã centrul de fazã. Cel mai important criteriu

în proiectarea antenelor îl constituie sensibilitatea centrului de fazã. În unele cazuri centrul de fazã poate diferi, ca pozitie, de centrul geometric (mecanic) al antenei. În timpul mãsurãtorilor centrul mecanic si punctul de statie trebuie sã se afle pe aceeasi verticalã. Antenele se caracterizeazã prin parametrii tehnici constructivi: frecventele receptionate, pozitia centrului de fazã fatã de centrul mecanic, corectiile de elevatie si azimut ale centrului de fazã, temperaturile de lucru. Pentru micsorarea influentei efectului

mutipath si înlãturarea reflexiilor semnalului s-au proiectat modele speciale de antene, cea mai cunoscutã fiind antena tip Choke-Ring. Antenele pot fi proiectate numai pentru unda L1 sau pentru L1 si L2, precum si pentru receptionarea semnalelor DGPS. De asemenea în functie de modul cum este integratã în echipamentul GPS antena poate fi internã sau externã. Semnalul este apoi preamplificat, filtrat si trimis blocului de radio frecventã.

Fig.9.2 – Antenă GPS de tip Choke Ring Antenna

Unitatea de radio frecvenţă În blocul de radio frecventã se realizeazã în primul rând demodularea semnalului de coduri procesându-se una sau douã frecvente în functie de tipul receptorului. Semnalele sunt apoi preluate pe canale separate pentru fiecare satelit receptionat. Elementele de bazã ale blocului de radio frecventã sunt oscilatoarele care genereazã frecventele de referintã, filtrele pentru eliminarea frecventelor nedorite si mixerele. Microprocesorul MPU Microprocesorul este unitatea cuplată la antenă, are rolul de a primi semnalele şi codurile canalelor, controlează modul de operare, decodează şi procesează datele pentru a calcula poziţia, viteza şi timpul. Unitatea de control Blocul de control permite comunicarea interactivã cu receptorul. La majoritatea receptoarelor acest dispozitiv include tastatura si ecranul pe care sunt afisate informatii de stare ale receptorului si satelitilor.

Fig.9.3 – Bloc de control – display şi tastatură

Unitatea de stocare a datelor Stocarea observatiilor si a mesajelor de navigatie se face de regulă pe suporturi magnetice amovibile (cartele PCMCIA sau CF card) si mai rar pe memorii interne, caz în care este necesarã si existenta unui port de comunicare pentru date.

Fig.9.4 – Bloc de stocare a datelor – memorie detaşabilă PCMCIA

Blocul de alimentare

Majoritatea receptoarelor dispun de surse de alimentare internã, baterii de acumulatori reîncãrcabili NiCd, NiMh sau LiIon care asigurã o autonomie de cel putin 6-8 ore. De obicei existã si posibilitatea conectãrii unor acumulatori externi sau a unor surse de curent continuu în cazul receptoarelor de la statiile permanente de referintã.

Fig.9.5 – Sursă de alimentare cu energie – bateria GEB171

9.2. Clasificarea receptoarelor GPS Clasificarea receptoarelor GPS se poate face după mărmile cu care operează şi după precizia de poziţionare pe care o asigură. 9.2.1. Clasificarea receptoarelor GPS după mărimile observabile cu care operează

Receptoare care opereazã cu codul C/A.

Aceste receptoare fac parte din categoria celor numite în mod curent navigatoare. Receptionarea semnalelor de la sateliti se face pe 4 pâna la 12 canale. Determinarea pozitiei de face fie în sistem bidimensional (2D), latitudine, longitudine, fie în sistem tridimensional (3D), latitudine, longitudine si

altitudini elipsoidale pe elipsoidul WGS84. Precizia de pozitionare în cazul acestor receptoare este în medie de aproximativ 15m. Multe dintre receptoare au posibilitatea înregistrãrii traseelor navigate si memorãrii coordonatelor unui numãr limitat de puncte într-o memorie internã care apoi, prin intermediul unui port de comunicare, poate fi descãrcatã.

Receptoare care opereazã cu codul C/A si mãsurãtori de fazã pe unda purtãtoare L1

Majoritatea acestor receptoare au 12 canale. Precizia de pozitionare a acestor receptoare este mult imbunãtãtitã prin mãsurãtorile de fazã ajungând pânã la 5m. De asemenea aceste receptoare pot stoca în memorie mãrimile mãsurate. Prin postprocesarea ulterioarã a datelor precizia de determinare este substantial îmbunãtãtitã.

Receptoare care opereazã cu codul C/A si mãsurãtori de fazã pe L1 si L2. Prin tehnici speciale aceste receptoare mãsoarã si faza purtãtoarei L2 aplicând un procedeu de

multistratificare a semnalului care are ca efect restabilirea fazei undei purtãtoare la jumãtate din lungimea de undã. Codul P nu trebuie cunoscut deoarece el se pierde la procesare. Faza purtãtoarei L2 este apoi folositã în combinatie cu L1 pentru reducerea influentei ionosferei asupra semnalului. Acest aspect conduce la o crestere substantialã a preciziei de determinare a bazelor lungi.

Receptoare care opereazã cu codul C/A, codul P (Y) si mãsurãtori de fazã pe unda purtãtoare L1

Proiectat initial pentru aplicatii militare, din 1989 accesibil si utilizatorilor civili, acest tip de receptor este capabil sã mãsoare cu precizie decimetricã baze lungi de pânã la 100km sau baze cu lungimi medii (20km) în mai putin de douã ore.

Receptoare care opereazã cu codul C/A, codul P (Y) si mãsurãtori de fazã pe L1 si L2 Aceste receptoare înglobeazã tehnologia de vârf în ceea ce priveste componentele constructive

cât si metodele cele mai avansate de filtrare si procesare a semnalului. Toate acestea conduc la determinarea rapidã a bazelor mari (80 – 100 km) cu precizii centimetrice.

În afarã de capacitãtile de receptie si prelucrare a semnalului enumerate anterior, receptoarele GPS pot avea diverse alte îmbunãtãtiri constructive pentru cresterea performantelor:

- posibilitatea receptionãrii corectiilor diferentiale DGPS transmise prin radio, GSM sau Internet de la statii fixe permanente.

- posibilitatea receptionãrii corectiilor diferentiale transmise de satelitii geostationari din sistemele complementare WAAS sau EGNOS.

9.2.2. Clasificarea receptoarelor GPS în funcţie de precizia asigurată Navigatoare Denumite generic GPS-uri de mânã (handheld GPS) aceste receptoare lucrezã numai cu codul

C/A modulat pe L1. Receptionarea semnalelor se face pe 8 – 12 canale. Precizia lor este de aproximativ 15m. Majoritatea modelelor mai noi au si posibilitatea receptionãrii corectiilor DGPS de la statii terestre

sau de la satelitii din retelele WAAS sau EGNOS. În acest caz se observã o crestere semnificativã a preciziei 1-3m. Pe lângã functia clasicã de navigare aceste receptoare mai prezintã o serie întreagã de facilitãti cum sunt: memorarea coordonatelor si atributelor pentru un numãr limitat de puncte, înregistrarea traseelor navigate (coordonate, altitudine, azimute, vitezã, timp), busolã electronicã, altimetru, calculator astronomic, dirijarea pilotului automat, etc. Alimentarea se face fie cu acumulatori fie de la surse externe. Antena poate fi încorporatã sau externã detasabilã. Transferul de date în si din memoria internã a navigatorului se face prin intermediul unui port de comunicatii. Existã echipamente dedicate utilizãrii pentru autovehicule, aviaţie sau pentru ambarcatiuni marine.

Fig.9.6 – GPS navigator Garmin

Receptoare profesionale topografice – L1 cod si fazã

Aceste receptoare proceseazã codurile C/A si P si fac de asemenea mãsurãtori de fazã pe L1. Precizia lor se încadreazã între 5m (autonom), 25cm (timp real-diferential) si 1cm+2ppm (postprocesare diferentialã). Receptoarele au între 12 si 20 de canale, unele dintre ele având posibilitatea de a receptiona si procesa si semnalele de la satelitii GLONASS. Pot lucra si în timp real, cu corectii diferentiale receptionate prin modem sau telefon GSM. Pot avea antena încorporatã în aceeasi carcasã cu receptorul, tastatura, ecranul si bateriile, sau toate sau o parte din aceste componente pot fi separate si conectate între ele prin cabluri sau porturi infrarosii sau Bluetooth.

Fig.9.7 – GPS de clasă topografică – Leica SR 510

Geodezice – L1, L2 cod si fazã Receptoarele din aceastã categorie utilizeazã codurile C/A si P (respectiv Y atât timp cât AS este

activ) si fac mãsurãtori de fazã pe L1 si L2. Receptoarele au 12 – 40 canale care permit receptionarea semnalelor de la satelitii GPS, GLONASS, WAAS, EGNOS, MSAS. Precizia lor este de 5m (autonom), 5cm (timp real-diferential) si 5mm+0.5ppm (postprocesare diferentialã). Receptoarele pot lucra în timp real, cu corectii diferentiale receptionate prin modem sau telefon GSM. Constructiv, receptoarele pot fi compacte, antena, receptorul, tastatura, ecranul si bateriile încorporate în aceeasi carcasã, sau componentele pot fi separate si conectate între ele prin cabluri sau porturi cu infrarosu sau Bluetooth.

Fig.9.8 – GPS de clasă geodezică – Leica 1200

9.2.3. Clasificarea receptoarelor GPS în funcţie de destinaţie Staţii permanente GPS

Receptoarele folosite pentru statii permanente se încadreazã în categoria celor care fac

mãsurãtori de cod si fazã pe ambele frecvente L1 si L2. Antenele utilizate în acest caz sunt de tipul choke ring (Dorne & Margolin model IGS). Receptoarele au posibilitatea conectãrii la senzori meteo si la senzori de înclinare. De asemenea sunt prevãzute cu un port special pentru generarea semnalului de timp. Majoritatea receptoarelor au posibilitatea conectãrii directe la retele locale (LAN) sau la Internet. Transmisia datelor, respectiv stocarea lor, se poate face fie direct, fie prin intermediul conectãrii la un PC. Administrarea statiei poate fi fãcutã fie local, fie de la distantã (remote control) prin intermediul programelor specializate.

Un caz special îl constituie receptoarele montate solitar cu elementele podurilor, clãdirilor, constructiilor hidrotehnice, pentru urmãrirea în timp real a deplasãrilor acestora. De asemenea trebuie mentionate statiile permanente de monitorizare a deplasãrilor plăcilor tectonice.

Fig.9.9 – Modele de staţii permanente GPS – Leica şi Ashtech

Controlul utilajelor Pentru ghidarea utilajelor terasiere sau agricole se utilizeazã receptoare simplã sau dublã

frecventã care lucreazã în timp real. Receptoarele au 12 – 24 de canale iar precizia de pozitionare este de 1 – 30cm (timp real-diferential). Cu ajutorul programelor specializate si a servomecanismelor se poate asigura deplasarea utilajelor pe traiectorii predefinite sau executarea sãpãturilor si/sau umpluturilor pânã la cotele stabilite.

Fig.9.10 – Sistem GPS utilizat la controlul utilajelor

Sisteme mixte Sistemul Leica SmartStation este format dintr-o statie totalã din seria TPS1200 la care este

atasat, coaxial cu axa verticalã, modulul ATX1230 SmartAntenna. ATX1230 SmartAntenna este de fapt un receptor GPS, RTK dublã frecventã, care se integreazã si comunicã cu statia totalã. Toate setãrile, comenzile, afisajul, functiile, operatiile si calculele specifice unui receptor GPS sunt integrate în procesorul, tastatura si afisajul statiei totale. În acest mod cele douã instrumente, TPS si GPS, sunt perfect integrate si permit executarea unor lucrãri cu un grad foarte mare de precizie si independente.

Fig.9.11 – Sistem integrat Smart Station – TPS+GPS

Curs X

10. Erori apărute în cadrul măsurătorilor efectuate cu tehnologia GPS Poziţia determinată cu ajutorul tehnologiei GPS depinde de o serie de factori. Principalele surse

de erori sunt următoarele: - erorile satelitare; - erorile de semnal; - erorile datorate receptoarelor. 10.1. Erorile satelitare

Erori ale orbitei Datorită forţelor perturbatoare - presiunea razelor Solare, câmpul gravitaţional perturbant al planetelor - orbita sateliţilor diferă cu mărim de ordin kilometric de orbita descrisă de Kepler.

Aceste erori sunt datorate interpolării greşite a efemeridelor sau efectului de disponibilitate selectivă (S.A) introdus de către proprietarul sistemului , sau pot fi datorate manevrelor sateliţilor.

Mărimea erorilor este de aproximativ: -10-20 m pentru efemeridele difuzate ; - l00 m pentru efemeridele difuzate şi efectul de disponibilitate selectivă activat (SA). Erori ale ceasului atomic Despre funcţionarea ceasurilor atomice de la bordul sateliţilor GPS (raportate la timpul

sistemului GPS) se găsesc informaţii în mesajul de navigaţie. Aceste valori se calculează din măsurătorile staţiilor de control terestre. Erorile de ceas în măsurătorile de cod apar ca erori de distanţă, care în cursul prelucrării se pot elimina prin urmărirea simultană a aceleiaşi constelaţii de minim patru sateliţi, cu cel puţin două receptoare.

10.2. Erorile de semnal Influenţa ionosferei Undele radio transmise de GPS se izbesc de electronii liberi din ionosferă. Din această cauză

viteza de propagare a codurilor (viteză de grup) se reduce. Valoarea întârzierii depinde de mai mulţi factori:

- de numărul electronilor liberi (este funcţie de soare); - de unghiul sub care se vede satelitul; - de frecvenţa undei radio. Dacă folosim două frecvenţe purtătoare, dependenţa frecvenţei ne dă posibilitatea de a aprecia

întârzierea fazei din cauza ionosferei. Influenţa ionosferei este mare în timpul zilei, noaptea are valori neglijabile.

Influenţa ionosferei pe distanţa receptor-satelit este de ordinul 0-20 m. Măsurătorile de fază sunt afectate de aceeaşi erori ca şi măsurătorile de cod, numai cu semnul schimbat. Viteza poziţiei de fază (viteza de fază) este mai mare decât viteza de grup.

Influenţa troposferei Propagarea undelor radio în troposferă suportă aceeaşi întârziere în cazul măsurătorilor de fază şi

de cod. Întârzierea, pe direcţia propagării semnalului este funcţie de presiune, temperatură şi umiditatea aerului.Aceste valori putem măsura numai în apropierea receptoarelor. Din aceste valori cel mai bine putem modela presiunea aerului, cunoscând variaţia lui funcţie de înălţime. Umiditatea se determină foarte greu, semnalul poate trece prin nori sau lângă suprafeţe mari de apă. Întârzierea datorită troposferei nu depinde de frecvenţă, din această cauză măsurătorile cu dublă frecvenţă nu măresc precizia.

Reflexia multiplă sau fenomenul multipath Acest efect este cauzat de reflexia semnalului la contactul cu solul sau alte obiecte (ziduri,

copaci, sol etc), înainte de a atinge antena. Mărimea erorii este de aproximativ : -10 m pentru cod şi variază lent ; -0.01 m pentru faza purtătoare şi variază rapid . Pentru a reduce această eroare se poate alege atent amplasarea antenei sau se prelungeşte

perioada observaţiilor. Antenele moderne de tip „Choke Ring Antenna” dispun de dispozitive de protecţie împotriva

acestor perturbaţii.

Fig.10.1 – Efectul multipath

10.2. Erorile datorate receptoarelor Erori de ceas ale receptorului În mod similar cu erorile de "ceas" ale satelitului, şi erorile de ceas ale receptorului apar ca erori de distanţă. Ceasurile receptoarelor GPS sunt în general ceasuri simple de cuarţ, de aceea devierea poate să fie semnificativă. La începerea măsurătorilor, receptoarele reglează ceasul după timpul de sistem transmis din satelit, astfel efectul poate fi diminuat. Erorile "ceas" ale receptorului se pot elimina prin tehnica diferenţială, asemănător erorilor de ceas ale satelitului. Erori datorate antenei Centrul de fază este cel mai important element al antenei receptorului GPS, la care se referă măsurătorile; locul lui real fiind determinat de legile de propagare ale microundelor. Locul centrului de fază depinde de constelaţia sateliţilor urmăriţi, din acest motiv se schimbă continuu. La aceleaşi tipuri de receptoare, efectul este identic, deci nu se ia în considerare. Dacă la cele două capete ale unei baze sunt receptoare diferite, mai mult, antene diferite, eroarea cauzată poate fi chiar de ordinul centimetrilor. De asemenea, în apropierea antenei, un conductor electric generează împreună cu ea o nouă caracteristică de recepţie (antenna imaging), respectiv o eroare ce se reduce dacă toate antenele folosite sunt de acelaşi tip şi dacă în timpul unei sesiuni de lucru acestea se orientează pe aceeaşi direcţie, de regulă spre nord. Erori privind punerea în staţie a receptorului Instalarea receptorului şi antenei în staţie pot provoca erori datorită centrării greşite sau citirii eronate a valorii înălţimii antenei, erori ce pot deveni semnificative pentru poziţionare, mai ales în cazul utilizării antenelor montate pe bastoane. Erori privind geometria sateliţilor Indicatorul ce caracterizează configuraţia satelitară este „slăbirea” preciziei, respectiv DOP (Dilution Of Precision), valorile mici indicând o precizie ridicată şi invers.

TDOP: Eroarea medie a determinării timpului PDOP: Eroarea medie 3D HDOP: Eroarea medie 2D VDOP: Eroarea medie a determinării altitudini GDOP=

Fig. 10.2 Fig. 10.3

Valoare DOP slabă

Valoarea DOP foarte bună, 1 satelit la zenit, 3 sateliţi aproape de orizont la

aprox. 120 de grade între ele.

Receptoarele GPS în timpul lucrului calculează continuu valorile DOP, în acest fel se poate controla gradul de încredere a măsurătorii:

PDOP=2 - înseamnă o geometrie foarte bună PDOP=7 - geometrie necorespunzătoare, rezultatele măsurătorilor vor fi slabe. Urmărirea continuă a 5 sateliţi GPS în general dă valori DOP şi determinări de valori bune.

Ca o concluzie, pentru a îmbunătăţi rezultatele măsurătorilor GPS este importantă cunoaşterea geometriei sateliţilor şi a tipului de compensare prin metoda celor mai mici pătrate (ambiguităţi fixate sau libere). În prezent, au fost dezvoltate tehnici de simulare care ajută utilizatorii GPS pentru o înţelegere mai bună a propagării efectelor erorilor sistematice şi aleatoare în coordonatele geodezice.

Curs XI

11. Observaţii de teren, strategii de lucru şi prelucrarea datelor GPS (aspecte practice, studiu de caz)

11.1. Pregătirea măsurătorilor în vederea verificării reţelei de sprijin locale

Această etapă premergătoare măsurătorilor implică o fază de documentare, proiectare a reţelei de sprijin, recunoaşterea terenului şi a punctelor ce urmează a fi staţionate cu receptoare GPS şi planificarea GPS.

Fig. 11.1. Proiectarea reţelei de sprijin

Inventar de coordonate al punctelor vechi

NR. PCT. Y X Z RS1 388279,190 511535,755 249,901 RS2 389902,878 511786,020 239,358 RS3 389929,461 508460,619 240,411 RS4 388558,946 508874,054 244,638

Tabel 11.1. Inventar de coordonate al punctelor din reţeaua de sprijin

Proiectarea reţelei de sprijin

Fig. 11.2. Vizualizarea reţelei de sprijin pe foile de plan

Recunoaşterea terenului

Vizitarea staţiilor se face obligatoriu pentru fiecare punct care urmează a fi staţionat, înainte de începerea propriu-zisă a proiectului de măsurători.

Este indicat ca toţi membrii echipei să participe la această recunoaştere în teren şi totodată să se analizeze la faţa locului diagrama de obstrucţie.

Pe baza acestei recunoaşteri a terenului se pot determina cu precizie: - accesul cel mai comod la punct; - schiţa completă a terenului cu direcţiile importante de acces; - modul de marcare, pentru uşurarea recunoaşterii punctului; - obţinerea acordului de acces în zonă, în cazul proprietăţilor private; - punctul să fie cât posibil amplasat pe domeniu public; - conservarea punctului să fie asigurată pe timp îndelungat; - locul punctului să fie pe cât posibil scutit de propagarea pe mai multe căi (multipath) scutit de

reflexii; - să fie accesibil indiferent de condiţii 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. Pe tot parcursul acestei identificări a staţiilor, se va ţine cont de condiţiile meteo care nu

afectează sistemul GPS sau receptoarele, dar în schimb poate afecta accesibilitatea la staţie. Tot în faza de recunoaştere se identifică sistemele de semnalizare a punctelor, luându-se măsuri

de precauţie pentru cele aflate pe şosele (prin săgeţi direcţionale, triunghiuri reflectorizante), sau cele ce vor fi staţionate pe timp de noapte (sisteme de iluminare corespunzătoare). Construcţiile, pădurile, copaci izolaţi, reduc vizibilitatea spre sateliţi. Se recomandă să se facă descrierea punctelor, care să conţină direcţia şi mărimea aproximativă a evetualelor obstacole.

Număr punct: RS2 Felul bornării: bornă beton

INVENTAR PUNCT X: 511786,020 Y: 389902,878 Z: 239,358

Schiţă teren

Tabel. 11.2. Fişă cu descrierea punctului

Planificarea măsurătorilor GPS

Când o determinare este făcută cu ajutorul tehnologiei GPS, vizibilitatea dintre receptoare nu constituie o cerinţă a măsurătorii întrucât aceste receptoare nu transmit şi nu recepţionează semnale între ele, ci le primesc de la sateliţii care se mişcă în jurul Pământului. Singura condiţie ce trebuie îndeplinită pentru a putea recepţiona aceste semnale se referă la obţinerea unui orizont liber spre cer.

Semnalele emise de sateliţii GPS sunt asemenea razelor solare, astfel încât, orice obstacol aflat în calea acestora reduce considerabil intensitatea semnalului putând chiar impiedica recepţionarea lui.

Prima fază a planificării se referă la alegerea unei perioade pentru efectuarea măsurătorilor, care se va subdivide în sesiuni de lucru.

Perioada optimă este caracterizată printr-un număr suficient de mare de sateţiii vizibili şi o valoare a geometriei constelaţiei satelitare (GDOP) cât se poate de mică (între 1 şi 5). Un alt criteriu de alegere a perioadei optime de lucru se referă la influenţa refracţiei atmosferice, care, noaptea este mult mai redusă decât ziua.

La stabilirea sesiunilor de lucru în poziţionarea relativă trebuie luaţi în considerare 4 factori: - lungimea bazei ; -numărul sateliţilor vizibili ;

-geometria constelaţiei satelitare (GDOP) ;

Fig. 11.3. Planificarea măsurătorilor GPS

-raportul semnal/zgomot pentru semnalul satelitar. A doua fază a planificării pentru observaţii statice se referă la distribuirea receptoarelor la echipe

şi programarea punctelor pentru fiecare echipă(în cazul de faţă, având în vedere că s-au utilizat doar două receptoare GPS s-a constituit o singură echipă, formată din doi operatori şi un şofer).

11.2. Efectuarea măsurătorilor GPS Echipamentul GPS utilizat în cadrul măsurătorilor Un asemenea echipament este format în primul rând din aparatul propriuzis ce conţine un senzor SR 510 cu simplă frecvenţă, o antenă AT 501 cu simplă frecvenţă, un terminal cu tastatură şi afişaj necesar pentru pornirea operaţiunii, cablu de antenă care conectează senzorul la antenă şi accesoriile ce cuprind o ambază cu sistem optic de centrare şi butoane de calare, un pilastru detaşabil care se ataşează pe ambază şi pe care se montează antena, o ruletă specială pentru măsurarea înălţimii antenei, setul de acumulatori de rezervă GEB 71 şi un trepied

Fig. 11.4. Sistem de bază GPS Leica SR 510

Fig. 11.5. Accesoriile sistemului GPS Leica SR 510

Punerea în staţie a receptorului GPS Pentru punerea în staţie putem folosi trepied clasic, cu dispozitiv de centrare optică, pilastru sau stativ. Este foarte important ca dispozitivul de centrare optică şi nivelele torice şi sferică să fie reglate. La observaţii excentrice trebuie să determinăm elementele de excentricitate. Pe lângă centrare şi calare trebuie să măsurăm înălţimea antenei, adică înălţimea centrului de fază. In cazul de faţă înălţimea antenei se măsoară vertical pe ruletă, iar valoarea citită se va înscrie într-o fişă a măsurătorilor GPS.

Fig. 11.6. Centrarea pe punct prin sistem optic

Verificarea stării bateriei şi a memoriei Ecranul ghid folositor se găseşte în „3 General”\”1 Memory/Batttery”, iar numărul dat reprezintă partea disponibilă din capacitatea bateriei. În privinţa memoriei, pentru acest caz particular mai este rămasă încă 6.2 MB memorie pe PC-card.

Fig. 11.7. Verificarea stării bateriei şi a memoriei

Formatarea cardului PCMCIA Inainte de a crea un nou job de lucru, sau de a înregistra datele se procedează la formatarea cardului PCMCIA care constituie memoria detaşabilă a sistemului. Acest pas este necesar atât în situaţia în care avem un card nou sau dacă dorim să ştergem datele existente. Se apasă 4 pe terminal sau se foloseşte săgeata cheie sus/jos pentru a marca linia „4 Utilities”, apoi apasă ENTER sau alternativ F1 Cont.

Fig. 11.8. Formatarea cardului PCMCIA

Se apasă 2 pentru a avea acces la unealta „Format Memory Module”, sau alternativ se foloseşte săgeata cheie pentru a naviga la „ Format Memory Module” şi se apasă ENTER; din nou alternativ se apasă F1 CONT. Se apasă tasta F1 CONT, iar cardul se formatează.

Fig. 11.9. Formatarea cardului PCMCIA

Setarea metodei de măsurare Un grup de configurări (Config Set) este o colecţie de parametrii precişi a senzorilor necesari pentru a realiza operaţii precise, precum rata de înregistrare a datelor, formatul pentru identificatorul punctului, farmatul datelor, tipul antenei, metodele de codare, etc. Există câteva grupuri de configurări default (predefinite) care oferă un scenariu standard de masurare. Modul de creere al unui nou grup de configurări este descris într-un capitol care poate fi găsit în Tehnichal Reference Manual. Pentru măsurarea statică trebuie selectat grupul de configurare PP_STAT. Se poate face această selecţie fie folosind săgeata stânga pentru a trece prin toate seturile de configurare până apare PP_STAT sau pot marca rândul de introdus şi apoi să apăs ENTER. Precizez faptul că am creat un grup de configurare FIXA cu aceleaşi caracteristici ca şi la PP_STAT. Apoi o cutie cu liste prezintă toate seturile care sunt disponibile.

Fig. 11.10. Configurarea metodei de măsurare

Crearea unui nou job de lucru Joburile sunt folosite pentru a organiza şi structura datele pe care le voi culege în teren. Acestea pot cuprinde un număr nelimitat de puncte împreună cu toate informaţiile relatabile (măsurătorile neprelucrate -raw, coduri, adnotaţii la punct etc.). Este recomandat să fie creat un nou job de fiecare dată când se începe un nou proiect. După formatarea memoriei dispozitivului (PC-card sau memoria internă) un job predefinit este automat creat. 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. Apoi se apasă ENTER şi va apărea următoarea cutie cu liste:

Fig. 11.11. Crearea unui nou JOB de lucru

Inceperea măsurătorilor Acum toate cerinţele pentru o masurare statică au fost realizate. Unealta de începere a masurarii arată astfel:

Fig. 11.12. Meniul principal Survey

Acum suntem în meniul principal „1 Survey”. Pentru modul în care senzorul este configurat curent, unealta va arăta după cum urmează:

Fig. 11.13. Introducerea înălţimii antenei

Este timpul să se verifice din nou simbolurile din partea de sus a afişajului. Simbolul pentru poziţie ar trebui să fie disponibil, simbolul pentru modul de poziţionare trebuie să indice „miscare”’

simbolul „numărul sateliţilor vizibili” ar trebui să indice un număr mai mare sau cel puţin egal cu 4 şi numărul sateliţilor utilizati ar trebui să fie identic cu numărul sateliţilor vizibili. Aceasta activeză culegerea de date noi (neprelucrate) şi ecranul se schimbă în acord cu selecţia făcută. Datele noi(conţinând pseudo distanţă şi faza de măsurare pentru fiecare satelit captat) sunt înregistrate la intervale predefinite ( prin predefinire la fiecare 2 sec, care este „rata de înregistrare a observaţiilor” setate în setul de configurare predefinit FIXA): se introduce un Point Id, respectiv RS3 în rând. Dacă se face o greşeală de introducere se corectează greşeala apăsând tasta CE (Clear Entry). Pot confirma introducerea apăsând ENTER. In acest moment se poate folosi ruleta – height hook-pentru a determina înălţimea antenei faţă de punctul staţionat. Voi introduce înălţimea antenei citită în randul Ant height între capătul ruletei şi punctul alb de pe aceasta. Atâta timp cât atena selectată este „AT501 Tripod” offset-ul între ruletă şi faza centrală a antenei este automat luată şi rezolvată. Odată ce recepţionez minimum 4 sateliţi, simbolul pentru poziţie este disponibil şi antena este plasată corect deasupra punctului marcat pentru masurare, pot apăsa tasta F1 OCUPY pentru începerea măsurătorilor.

Fig. 11.14. Inceperea măsurătorilor

Urmărirea stării sateliţilor în timpul măsurătorii Selectez „1 Survey”\”5 Satellite”. Apare următorul afişaj:

Fig. 11.15. Informaţii despre starea sateliţilor

Pentru fiecare satelit sunt prezentate următoarele informaţii:

- Numărul SV -Elevaţia şi azimutul -Puterea semnalului în L1 -Indicatorul de calitate pentru măsurătorile în L1

Această unealtă furnizează informaţii valoroase despre performanţele curente ale senzorului. Toţi sateliţii peste elevaţia predefinită minimă de 150 ar trebui să fie captaţi. Sateliţii recepţionaţi vor arăta semnal puternic între 32 şi 51 (SN1– signal). Sateliţii cu elevaţie mare ar trebui să aibă valori cuprinse între 45 şi 51. Sateliţii cu elevaţie joasă (sub 200) vor prezenta valori între 32 şi 40. Sateliţii nerecepţionaţi vor fi prezentaţi cu o liniuţă şi valori S/N în schimbare. Calitatea măsurătorilor este indicată cu numere sub 99 în coloana Ql1. Valorile vor varia de obicei între 80 şi 99. Valori mai mici indică semnal recepţionat disturbat, de obicei cauzat de copaci, construcţii, sau condiţii atmosferice foarte active. Dacă se vor semnala sateliţi peste 150 care nu sunt recepţionaţi atunci linia de recepţionare dintre antenă şi sateliţi este de obicei întreruptă de obstrucţionări. Se poate apăsa F5 SKY pentru a obţine o hartă a cerului cu reprezentarea poziţiei pentru fiecare satelit care respectă zenitul şi direcţia nordului. Centrul graficului reprezintă zenitul,iar cercurile concentrice reprezintă linii cu elevaţie egală: 150- 300- 600 (din exterior spre interior).

Fig. 11.16. Grafic cu reprezentarea poziţiei pentru fiecare satelit Când a fost culeasă o cantitate suficientă de date noi masurarea poate fi completată apăsând F1

STOP. Tasta F1 STORE devine activă, dar încă mai pot verifica şi corecta introducerile pentru Point Id şi Antena Height. După apăsarea tastei F1 STORE toate informaţiile relatate vor fi înregistrate în jobul curent folosit (point id, înălţimea antenei etc). Acum pot închide unealta de realizare a operaţiei de masurare apăsând SHIFT F6 Quit. Aceasta mă va aduce înapoi la meniul principal.

Măsurători GPS Denumire JOB: TUDOR Tipul aparat: LEICA SR 510 Punct staţie nr./denumire:

RS3 Număr instrument: RECEPTOR_01

Judeţ: ALBA Tip antenă: AT501 Localitate: ALBA IULIA Metoda masurare: STATIC Operator: BT Rata observatiilor 2 SEC Data: 4.05.2006 Mod masurare antena VERTICAL Zi Iuliană: 141 Inaltime antena 1,281+0,36=1,641m

Coordonatele punctului de staţie STEREO’ 70 FOTO_STATIE

Y: 389929,461 X: 508460,619 Z: 240,411 Momentul “Start” 14,18 Momentul “Stop” 14,48 Total timp măsurare 30 min

Observatii

GDOP-ul variază între valorile 2,4 - 3,8

Tabel.11.3 Model de fişă pentru un punct staţionabil GPS

RETEA SPRIJIN GPS RECEPTOR 1/(PUNCT)

RECEPTOR 2/(PUNCT)

START STOP NR. VECTOR

RS3 9,24 9,54 1 RS4 10,08 10,38 2

RS2

RS1 10,52 11,22 3 RS4 12,09 12,39 4 RS1 RS3 12,51 13,21 5

RS3 RS4 14,18 14,48 6 RETEA INDESIRE GPS

RS4 15,29 16,03 7 RI1 RS3 16,42 17,12 8 RS2 17,54 18,24 9 RS1 18,41 19,11 10

RI2

RI1 19,23 19,53 11

Tabel 11.4. Fişă centralizatoare privind verificarea reţelei şi îndesirea acesteia cu puncte noi

Reprezentarea grafică a măsurătorilor GPS

Fig. 11.17 Reprezentarea grafică a măsurătorilor GPS

11.3. Utilizarea software-ului Ski-Pro pentru prelucrarea datelor GPS Descărcarea datelor brute măsurate Datele brute măsurate (raw) s-au prelucrat cu ajutorul software-ului de procesare GPS Ski-Pro 2.1., software produs de firma Leica.

După terminarea sesiunii de lucru, informaţiile stocate pe cartelele PCMCIA s-au descărcat în computer în cadrul unui director de lucru TUDOR_GPS, având subdirectoare corespunzătoare datelor stocate pe ambele carduri ale celor două receptoare GPS.

Fig. 11.18. Descărcarea datelor brute din cartelele PCMCIA în computer

Aceste date se vor importa ulterior într-un proiect de lucru, în cadrul softului Ski-Pro, după ce în prealabil mă asigur că s-a introdus cheia de acces în portul LPT al computerului, fără de care softul ar fi nefuncţionabil. Componentele software-ului Ski-Pro Ski_Pro conţine următoarele componente:

- Coordinate Set Management - Coordinate System Management - Antenna Management - Codelist Management - Sensor Transfer - Raw Data Import - Ascii Import - Ascii Export - Rinex Export - GIS/CAD Export - Datum and Map

- Data Processing - Adjustment - Rinex Import

Crearea unui proiect de lucru Se deschide Ski-Pro – dublu click pe Projects – apare fereastra Project Management, iar în eticheta Contents este semnalat folderul Projects – click dreapta pe acest folder – New

Fig. 11.19. Deschiderea unui nou proiect

Fig. 11.20. Denumirea noului proiect

Definirea parametrilor de transformare din sistemul elipsoidal WGS 1984 în sistemul ellipsoidal Krassowski Se selectează Coordinate Systems – Transformations – Classical3D – click dreapta – New Transformation şi voi introduce parametri de transformare din sistemul elipsoidal WGS 1984 în sistemul ellipsoidal Krassowski:

Fig. 11.21. Configurarea setului de parametri de transformare Definirea sistemului de proiecţie Se selectează Coordinate Systems – Projections – New Projection

Fig. 11.22. Configurarea setului de parametri de proiecţie Definirea sistemului de coordonate Se selectează Coordinate Systems – Coordinate Systems – New Coordinate Systems

Fig. 11.23. Configurarea sistemului de coordonate

Deschiderea proiectului: Se selectează Project – click dreapta – Open

Fig. 11.24. Deschiderea proiectului configurat

Importul datelor brute raw Componentele Raw Data Import permit importarea datelor GPS culese în teren în Ski-Pro prin

selectarea opţiunii Import – Import GPS Raw Data, iar din subdirectorul RECEPTOR_1 al directorului TUDOR_GPS se selectează fişierul raw.

Fig. 11.25. Importul datelor raw în cadrul proiectului

Acelaşi lucru se va petrece şi în ceea ce priveşte fişierul raw din subfolderul RECEPTOR_2. După importul datelor se va deschide o fereastră de dialog Assign. Se face click pe opţiunea Fieldbook pentru crearea unui raport –tip carnet de teren. Se selectează tipul de coordonate în Local şi Grid, iar apoi se face click pe eticheta Preview pentru a se putea vizualiza raportul GPS, prezentat în Raport View.

Fig. 11.26. Set de configurare pentru previzualizarea unui carnet de teren

După importul de date raw se pot vizualiza punctele în cadrul ferestrei de vizualizare View/Edit.

Fig. 11.27. Vizualizarea grafică a punctelor din reţeaua de sprijin

Postprocesarea datelor GPS In cadrul acestei ferestre se alege punctul RS2 (pentru exemplu) ca punct de control, pentru că o linie de bază se procesează între un punct de referinţă(References) şi un rover. Astfel voi alege trei linii de bază formată din punctele RS2-RS3, RS2-RS4, RS2-RS1, iar înainte de faza de procesare, tot în cadrul ferestrei View/Edit mă voi poziţiona cu cursorul pe punctul RS2, click dreapta – Properties, iar în cadrul căsuţei de dialog deschise Point Properties îi voi atribui punctului RS2 calitatea de punct de control.

Fig. 11.28. Atribuirea clasei si subclasei unui punct din reţea şi vizualizarea coordonatelor punctului în

sistem WGS 84

In continuare, considerând că punctul RS2 este cunoscut prin coordonate în sistem de proiecţie Stereografic 1970 se procedează la completarea spaţiilor destinate coordonatelor (easting, northing, height) cu datele cunoscute prin înlocuirea tipului de coordonate Local-Grid-Orthometric.

Fig. 11.29. Completarea spaţiilor destinate coordonatelor cu coordonate cunoscute

In momentul imediat următor voi deschide fereastra Data Processing, în cadrul căreia se va afişa o listă a tuturor intervalelor de observaţii şi o reprezentare grafică a timpului de observare pentru fiecare interval. Aici voi procesa liniile de bază: cu Mode Reference pentru punctul RS2 şi Mode Rover pentru RS3, RS4, RS1, iar apoi Process.

Fig. 11.30. Procesarea datelor pe un interval In acest moment pot examina şi înregistra liniile de bază procesate. Toate punctele Rover sunt listate împreună cu coordonatele, calitatea şi ambiguitatea(Ambiguity Status), ultimele fiind selectate automat.

Dacă deschid fereastra View/Edit voi observa grafic procesarea liniilor de bază pentru această

fază de lucru.

Fig. 11.31. Afişarea grafică a datelor procesate pe un singur interval

In mod similar se vor procesa şi celelalte linii de bază, iar în cadrul ferestrei View/Edit se va observa toată reţeaua cu liniile de bază procesate, inclusiv pentru punctele îndesite.

Fig. 11.32. Afişarea reţelei după procesarea integrală

Inainte de compensare, în cadrul ferestrei Points se pot vizualiza coordonatele punctelor calculate în sistem WGS ’84, dar şi în sistem de proiecţie Stereo ’70 prin accesarea butoanelor Local,

Grid.

Fig. 11.33. Vizualizarea coordonatelor punctelor într-o etapă antecompensare

Compensarea GPS a reţelei de sprijin Se deschide fereastra Adjustment, iar în bara de meniuri se vor activa uneltele din cadrul acestui modul, urmărindu-se corectitudinea parametrilor presetaţi.

Fig. 11.34. Setarea parametrilor generali pentru rezolvarea compensării reţelei

Fig. 11.35. Setarea parametrilor particulari pentru rezolvarea compensării reţelei

Apoi se face o preanaliză prin comanda Pre-analysis… şi compensarea efectivă prin comanda

Compute.

Fig. 11.36. Afişarea punctelor compensate Tabel comparativ privind coordonatele iniţiale ale punctelor şi cele obţinute din măsurători GPS

COORDONATE INITIALE COORDONATE OBTINUTE DIN MASURATORI GPS

DIFERENTE OBTINUTE

NR. PCT.

X Y NR. PCT.

X Y DIF. X DIF. Y

RS1 511535.775 388279.417 RS1 511535.782 388279.406 0.007 -0.011 RS2 511786.054 389902.896 RS2 511786.020 389902.878 -0.034 -0.018 RS3 508460.612 389929.621 RS3 508460.650 389929.637 0.038 0.016 RS4 508874.069 388559.203 RS4 508874.084 388559.101 0.015 -0.102

COORDONATE PUNCTE INDESITE

NR. PCT.

X Y

RI1 510143.726 389250.475 RI2 510554.427 389210.755

Tabel 11.5. Tabel comparativ privind coordonatele iniţiale ale punctelor şi cele obţinute din măsurători

GPS