Metode de Masurare GNSS

Metode de msurare GNSS Cap.9 _________________________________________________________________________

Facultatea de Geodezie Bucureti .l.dr.ing. Tiberiu Rus / 2009 9.1

9. Metode de msurare GNSS Pentru a putea face o clasificare a metodelor de msurare, este necesar explicarea

noiunilor de static i cinematic.

La msurtorile statice receptoarele sunt fixe n intervalul de timp afectat

msurtorilor denumite i sesiuni de lucru. Rezultatele sunt deduse ulterior din

msurtori succesive efectuate de receptori la anumite intervale de timp prestabilite,

denumite epoci de msurare, de regul comune tuturor receptoarelor implicate ntr-o

sesiune de lucru.

La msurtorile cinematice o parte din receptoare sunt n micare (rover), iar

rezultatele sunt obinute dintr-o singur epoc, sau cteva epoci de msurare n fiecare

punct. Spre deosebire de metoda static, trebuie s existe n permanen legtur continu

spre minim 4 satelii din constelaia iniial. Dac se fac msurtori de faz asupra undelor

purttoare, trebuie cunoscute i ambiguitile.

n funcie de numrul de receptoare utilizate n msurtori, se poate alege metoda

de msurare.

9.1 Determinri relative ale poziiilor punctelor Prin msurtori simultane din dou puncte staionate cu echipamente GPS spre

aceeai satelii, se poate determina vectorul bazei ntre cele doua staii, acesta fiind definit

prin coordonatele relative X, Y, Z n sistemul WGS-84. Coordonatele unuia dintre punctele staionate sunt inute de regul fixe, o eroare de 20 m n poziionarea absolut a

punctului de referin, afectnd doar cu 1 ppm factorul de scar al reelei. Coordonatele

celui de-al doilea punct sunt apoi determinate n funcie de coordonatele punctului care a

fost inut fix. Dac eroarea n poziionarea absolut apare la mai multe baze msurate, iar

bazele trebuie transcalculate ntr-o reea existent, acest fenomen nu mai are importan.

Eroarea n factorul de scar este eliminat n acest caz printr-o transformare Helmert. n

cazul interconectrii mai multor baze ntr-o reea, numai un singur punct al reelei va fi

considerat de referin, deci cu coordonate absolute fixe. Excepie fac situaiile cnd sunt

staionate puncte incluse n reele GPS fundamentale, de exemplu EUREF, a cror

poziionare absolut este foarte bine cunoscut, n care coordonatele acestor puncte sunt

tratate ca puncte vechi n prelucrare.



Precizia metodei relative de poziionare este mult mai ridicat faa de poziionarea

unui punct singular. Prin combinarea datelor msurate n cele doua staii, sunt eliminate

numeroase erori, iar tehnica de protecie S-A (n prezent dezactivat) este substanial

diminuat. La detereminarea relativ a poziiei punctelor, componentele vectorului de baz

sunt determinate dup finalizarea msurtorilor, n cadrul procesrii la birou a datelor,

ntruct sunt necesare datele msurate concomitent n ambele staii. Pentru o poziionare

relativ n timp real, este nevoie de un sistem de transmisie a datelor spre una dintre staii,

unde are loc procesarea datelor concomitent cu desfurarea msurtorilor.

Preciziile care sunt cerute n aplicaiile geodezice, sunt atinse astzi numai prin

metodele relative de poziionare, efectundu-se msurtori de faza asupra undelor

purttoare. Raionamentele prezentate pentru dou receptoare pot fi extrapolate fr

restricie la folosirea mai multor receptoare, cu specificaia, c una dintre staii va prelua

funcia de staie de referin, fa de care se determin apoi poziiile relative ale celorlalte

staii.

a) Metoda static de msurare

La aceast metod receptoarele din staia de referin i din staiile noi, sunt

staionate pe parcursul unei sesiuni de lucru. Pentru a putea rezolva problema

ambiguitiilor de la msurtorile de faz cu unda purttoare, este nevoie de un timp

ndelungat de observaie. Durata unei sesiuni depinde de lungimea bazei care se msoar,

de numrul sateliilor recepionai i de geometria constelaiei satelitare, ea putnd varia

pentru o baza de 1-15 Km ntre 30 minute pn la 2 ore.

Ca o estimare empiric a preciziei n msurtorile relative, se poate considera +/- 5

mm (3mm) + 1ppm din lungimea bazei. Aceast metod este metoda principal pentru

crearea reelelor geodezice de sprijin.

O reducere substanial a duratei sesiunilor de lucru, la 5-20 minute pentru o

sesiune este atins cu metoda Rapid static, fiind folosite unele proceduri modificate

pentru estimarea ambiguitilor. Metoda ofer rezultate foarte bune la determinri de baze

scurte (maxim 5 10 km), cu constelaii satelitare foarte bune i cu receptoare care

msoar pe ambele frecvene. Precizia potenial este estimat la + 5 mm + 1 ppm.

Metoda este des utilizat la ndesirea reelelor de sprijin i n reperajul fotogrametric.



b) Metoda cinematic de msurare

Procedeul cinematic de msurare este o metod de determinare a poziiilor

punctelor cu timp foarte scurt de observaie n fiecare punct. La nceputul msurtorilor

este necesar determinarea ambiguitilor pentru msurtorile de faz cu undele purttoare.

n cele ce urmeaz va fi prezentat doar metoda de fixare a ambiguitilor prin

interschimbarea antenelor pa baze scurte.

La nceputul msurtorilor, receptorul 1 este instalat n punctul A, iar receptorul 2

n punctul B. Procedeul const n interschimbarea antenelor, dup ce s-au fcut nregistrri

cteva minute asupra fazei undei purttoare. Fr ntreruperea nregistrrilor, receptorul

din A este mutat n B i invers.

Esenial este faptul c parametrii necunoscui n msurtorile de faz rmn

neschimbai.

n acest caz este suficient o singur nregistrare n epoca k. Acest lucru este

realizat prin observarea (recepia) a minimum patru satelii.

Metoda static Metoda rapid-static

Staie de referin

P1

P2

Staie de referinPn

Metoda static de msurare



Metoda cinematic de msurare

Dup iniializarea msurtorilor unul dintre receptoare rmne fix, iar celelalte sunt

mobile, fiind deplasate prin punctele noi, cu condiia s fie asigurat n permanen

contactul spre minimum patru satelii pe care s-a fcut iniializarea.

Dac contactul cu sateliii s-a ntrerupt este necesar o nou procedur de

iniializare.

Micarea receptoarelor se poate face continuu, sau pentru sporirea preciziei se

staioneaz o perioad foarte scurt n punctele noi. n aceast situaie vorbim de metoda

stop and go. Preciziile care se obin cu aceast metod, se situeaz n domeniul

centimetric.

c) Metoda pseudocinematic de msurare

Aceast metod mai este cunoscut sub denumirea de re-occupation (reocupare).

Receptorul din staia de referin rmne fix, iar receptorul mobil este transportat la

punctele noi care sunt staionate pentru o perioad de 3-5 minute. Dup minimum o ora (ca

s se schimbe constelaia satelitar), punctele sunt restaionate pentru 3-5 minute. n timpul

transportului receptorul mobil nu trebuie s rmn n contact cu sateliii recepionai, el

putnd fi n principiu chiar oprit. Precizia metodei este echivalent cu cea de la metoda

rapid-static.

Staie fixA

GH

I

E F

BC

D

Metoda cinematic Metoda stop and go

Rec. mobil Staie fix

Baz de iniializare Baz de iniializare



Metoda pseudocinematic de msurare

9.2 Determinarea poziiei unui singur punct (single point positioning) Dac dispunem de un singur receptor, se poate determina doar poziia unui punct

izolat. Datorit numeroaselor surse de erori (de exemplu refracia, erorile orbitelor

sateliilor .a.) precizia de determinare este limitat. Ca msurtori, intr n atenie doar

msurarea pseudodistanelor cu ajutorul codurilor, deci este suficient s dispunem de un

receptor cu caracteristici tipice pentru navigaie. Precizia potenial n poziionarea

absolut, poate fi practic influenat i de dirijat din segmentul de control al sistemului

prin tehnica S-A. Cu o probabilitate de 95%, se poate afirma, c precizia acestei metode n

determinarea poziiei planimetrice este de cca. 100 m, iar n poziionarea altimetric de 140

m dac S-A este activat. Aceast precizie poate fi mbuntit numai prin masurtori

ndelungate (pe durata unei zile ntregi), sau prin procedee specifice. Poziionarea unui

punct izolat poate avea loc cu receptorul fix msurare static , sau cu receptorul mobil

msurare cinematic . Rezultatul unui singur punct mai este cunoscut i sub denumirea de

soluie de navigaie, indiferent dac receptorul este n micare sau fix. Pentru a obine o

soluie n timp real, trebuie s dispunem de minimum 4 pseudodistane msurate

concomitent spre patru satelii, necesare la determinarea celor patru necunoscute (3

coordonate carteziene X, Y, Z, i eroarea de timp t). Msurtorile cu coduri fiind univoce, se pot obine soluii n timp real, chiar dac temporar un semnal este ntrerupt.

11

1 12

A

2

2

2

B

E

D

C

1 traseu n prima determinare 2 traseu n a doua determinare



9.3 Msurtori difereniale (DGPS) i RTK (Real Time Kinematic) O determinare cinematic mbuntit pentru un singur punct i n timp real se

obine prin msurtori difereniale. La aceast metod sunt folosite dou receptoare, unul

care este inut fix ntr-o staie de referin cu coordonate cunoscute i al doilea este mobil,

efectundu-se concomitent msurtori de distane spre minimum 4 satelii identici.

n concepia iniial, erau calculate poziiile punctelor att n staia de referin, ct

i pentru receptorul mobil. n staia de referin se comparau rezultatele obinute, cu cele

cunoscute i se determinau corecii, care apoi erau transmise spre receptorul mobil.

Pentru creterea potenialului de precizie, astzi, n staia de referin sunt calculate

distanele din coordonate cunoscute ale staiei i coordonatele sateliilor, care apoi sunt

comparate cu cele msurate. Coreciile deduse, sunt transmise n timp real spre receptorul

mobil, unde sunt corelate corespunztor msurtorile de distane efectuate cu coduri.

Precizia de poziionare este de civa metri/decimetri. Pentru a asigura accesul unui numr

ct mai mare de utilizatori, la aceste corecii, era necesar o standardizare a unui format

unic pentru transmiterea datelor. n acest context s-a impus Formatul RTCM (Radio

Technical Commission for Maritim Services Format) sub diferite versiuni.

Principiile poziionrii D-GNSS i RTK

Poziionarea absolut diferenial este o tehnic de poziionare prin care se determin

poziia unui receptor, de regul mobil (B), pe baza observaiilor directe spre satelii i a

unor corecii (difereniale) transmise (n timp real) de la un alt receptor (A) fix, numit i

receptor-baz.

Pseudodistanele msurate de receptorul mobil (B) sunt corectate pe baza

coreciilor difereniale obinute de la receptorul baz, iar apoi are loc o poziionare absolut

(punctual). Aceste corecii difereniale mbunatesc precizia de poziionare.

Coreciile transmise de receptorul-baz pot fi:

a) corecii de pseudodistane (PRC-Pseudo-Range-Corrections, engl.);

b) corecii de variaie a pseudodistanelor (RRC-Range Rate Corrections, engl.).

Metoda DGPS (Differential GPS) este larg aplicat azi n special n aplicaii

negeodezice (transporturi, navigaie, turism, .a.). Exist sisteme DGPS cu diverse precizii

de poziionare ntre care i sisteme DGPS cu precizie de poziionare centimetric.



Sistemul de navigaie diferenial(D-GNSS) i/sau cinematic n timp real (RTK-

Real Time Kinematic) ndeplinete urmtoarele funcii principale:

- colectarea coreciilor difereniale sau/i RTK de la unul sau mai multe receptoare

GNSS (de regul, staii permanente);

- realizarea legturilor de comunicaie de la receptor la calculator i invers;

- procesarea datelor primare generarea coreciilor difereniale i/sau RTK, cu

ajutorul sistemului de calcul;

- transmiterea coreciilor difereniale generate folosind internetul (protocol TCP/IP,

HTTP);

- recepia coreciilor difereniale de ctre receptoarele GNSS mobile folosind

internetul (protocol TCP/IP, HTTP) i alte sisteme de comunicaie n timp real (GSM,

GPRS etc.);

- administrarea datelor transmise/recepionate la/dinspre difuzorul de servicii

DGNSS i RTK.

Satelii GPS (ne)afectai de SA

Cor.difereniale

Poziii corectate

Punct fix

STATIE BAZA (A) STATIE MOBILA (B)

Calculator + soft

Staie DGPS

Calculator + soft

Receptor GPS

aplicare corecii Com.

RADIO

Com. RADIO

Fig.1.11. Msurtori de tip RTK/DGPS

Metode de Masurare GNSS

Documents

Transcript of Metode de Masurare GNSS