GPS az építőmérnöki gyakorlatban

Az előadások a következő témára: "GPS az építőmérnöki gyakorlatban"— Előadás másolata:

1 GPS az építőmérnöki gyakorlatban
Valósidejű kinematikus mérések (RTK). Kitűzések (munkagépvezérlés). Mozgásvizsgálatok. Térinformatika, navigáció. A GNSS fogalma, néhány további műholdrendszer.

2 Valósidejű kinematikus helymeghatározás (RTK)
DXAP, DYAP, DZAP Adatátvitel: rádió adó-vevő; GSM telefon; GPRS-EDGE-3G mobil internet Eszközök: korábban L1 (néhány km), ma L1&L2 (akár km)

3 Valósidejű kinematikus helymeghatározás (RTK)
A referenciaállomás elemei: GPS vevő és antenna; RTK szoftver (a vevőbe építve); rádiókapcsolat (v. mobil internet, stb.); adatbeviteli lehetőség (antennamag, a referenciaállomás koordinátái, stb.) A mozgó vevő (rover) elemei: GPS vevő és antenna, antennatartó rúd; RTK szoftver (a vevőbe építve); rádiókapcsolat (v. mobil internet, stb.); terepi kontroller (vezérlőegység) adatbeviteli lehetőség (antennamag, a referenciaállomás koordinátái, stb.)

4 A valósidejű kinematikus mérések tulajdonságai
Szélesebb körű felhasználási lehetőség (valós idejű koordinátamegoldás miatt pl. kitűzés, valós idejű mozgásvizsgálatok); Alacsonyabb helymeghatározási pontosság (1-2cm vízszintes, 2-4 cm magassági, míg statikus méréssel a néhány mm is elérhető); Szükségünk van referenciaállomás(ok)ra (relatív helymeghatározási technika), melyek valós idejű kommunikációs berendezésekkel vannak ellátva; Min. 5 műhold egyidejű észlelése szükséges; A bázisvonal max. hosszát nem csak az inicializálás, hanem a kommunikációs eszközök hatótávolsága is befolyásolja;

5 Geodéziai alkalmazások
Kitűzések A feladat jellegéből fakadóan valós idejű technika szükségeltetik; A geodéziai pontossági igények miatt csak az RTK mérési eljárás jöhet szóba, DGPS vagy absz. kódmérés nem. Figyelembe kell vennünk az eltérő vízszintes, és magassági pontosságot! Az alkalmazás szempontjából figyelembe kell vennünk a GNSS technika sajátosságait (égboltra való rálátás, elektromos interferencia, műholdgeometria, stb.); Kombinált mérési eljárásnál (mérőállomás + GPS) biztosítanunk kell az alappont-koordináták összhangját, és figyelembe kell venni a transzformációs eljárások sajátosságait is. Vigyázat! A beépített transzformációs eljárások VETÜLETI koordinátákat eredményeznek, nem pedig a kitűzési hálózatban meghatározott koordinátákat!

6 Geodéziai alkalmazások - Munkagépvezérlés

7 Geodéziai alkalmazások – Munkagépvezérlés (mmGPS)
Speciális forgó lézer a magasságmeghatározáshoz + GPS a vízszintes koordináták meghatározásához

8 Geodéziai alkalmazások
Mozgásvizsgálatok Ismernünk kell a mozgások várható mértékét, és időbeli lefolyását a megfelelő módszer kiválasztásához (statikus mérés, kinematikus mérés v. valós idejű kinematikus mérés). Mozdulatlannak tekinthető alappontok vannak-e a környezetben? Ha igen, milyen távolságban? A vizsgálati pontok kiválasztásánál figyelembe kell vennünk a GPS mérések szempontjait (többutas terjedés, kitakarások, stb.) A pontállandósítás során ügyelni kell a megfelelő alapozásra, az antenna-elhelyezés optimális megválasztására (pl. antennatartó rúd). Permanens állomások alkalmazása (tápellátás, kommunikáció, felügyelet).

9 Geodéziai alkalmazások

10 Térinformatikai alkalmazások
Térinformatikai adatgyűjtés Általában méteres, szubméteres pontossági igény; A legtöbb esetben kódméréssel ill. 1 frekvenciás fázisméréssel elérhető; Általában DGPS korrekciókat igényelnek az eljárások (vagy utólagos kódméréseket a bázisállomásra vonatkozóan); Fontosabb kérdés az adatgyűjtésra való felkészítés (mintaadatbázisok kezelése, attribútumadatok közvetlen rögzítése, esetleg digitális fénykép készítése) Könnyű, kézben tartható GPS vevő, beépített antennával;

11 Térinformatikai alkalmazások
Mobil térképezés

12 Navigációs alkalmazások
Nem elég azt tudnom, hogy hol vagyok (helymeghatározás)! Azt is kell tudnom, hogy a célomhoz hogyan jutok el (navigáció)! A GPS vevő csak egy helymeghatározó eszköz a navigációs berendezésekben, amelyet gyakran kombinálnak egyéb érzékelőkkel (pl. ABS jeladó, inerciális navigációs eszköz – IMU, gyorsulásmérő, lépésszámláló, stb.) Általában a GPS adja a pozíciók referencia-értékét, problémás helyeken pedig az egyéb szenzorok adatai is felhasználásra kerülnek. A helymeghatározáson kívül ugyanilyen fontos a megfelelő térképi adatbázis, illetve a megfelelő útoptimalizálási eljárások, valamint a navigációs információk közlésének módja.

13 Egyéb műholdrendszerek
Globális navigációs műholdrendszerek (Global Navigation Satellite Systems – GNSS): NAVSTAR GPS (USA) GLONASS (Oroszország) GALILEO (Európa) COMPASS (Kína) Műholdas kiegészítőrendszerek (Satellite Based Augmentation Systems – SBAS): WAAS (USA-Kanada) EGNOS (Európa) MSAS (Japán) A felhasználók szempontjából fontos az interoperabilitás, több műholddal pontosabb helymeghatározást lehet elérni; a rendelkezésre állás és az integritás.

14 GLONASS A műholdak alrendszere 24 műhold 3 pályasíkon
Pályák (h=19140 km, 64,8o inklináció, 120o a felszálló csomó hosszak között) Min 4 műhold / pályasík keringési periódus 8/17 csillagnap (8 naponta ismétlődik a műholdkonfiguráció) minden műhold saját azonosítóval rendelkezik, és eltérő frekvenciákon sugároz. (12). A műholdakon atomórák biztosítják a stabil időjelet. GLONASS

15 A földi követőállomások alrendszere
GLONASS

16 A felhasználók alrendszere

17 GALILEO Egyéb műholdrendszerek Motivációk:
a GPS katonai ellenőrzés alatt álló rendszer (1 nap kiesés Európának kb. 1 mrd EUR-ba kerülne) -> legyen egy civil ellenőrzésű rendszer; SAR (Search and Rescue) alkalmazások (kétirányú kommunikációs lehetőség az SAR alkalmazások támogatására); Integritásinformációs sugárzása; fejlettebb eszközök alkalmazása a GPS-hez képest; technológiai előrehaladás – fontos piacot lehet teremteni az európai űrtechnológiában érdekelt vállalkozásoknak; 2013/14-től várható GALILEO

18 GALILEO Műholdpályák A műholdak alrendszere
Kb km pályamagasság (period 14 h 04 min) 30 (27+3) műhold Közelítőleg körpályák 3 pályasík Inklináció kb. 56° GALILEO

19 Földi követőállomások alrendszere
Az alrendszerek kapcsolata 27+3 műhold 3 pályasíkon pályamagasság km inklináció: 56° Űrszegmens 2 (3) kontrollközpont 5 telemetria, trackking és kontrollállomás 10 uplink állomás 30 követőállomás Földi követőállomások alrendszere

20 Sugárzott jelek MHz E6P Signal: BOCcos (10,5) mod. Rc =5.115 Mcps PRS Service E6C Signal: Data + Pilot BPSK mod. Rs =1000 sps CS Service MHz E1-A Signal: (15,2.5) mod. E1-B/C Signal: BOC(1,1) mod. =1.023 =250 OS/CS/SOL Services MHz E5A Signal: +Pilot BPSK mod. =10.23 =50 OS/CS E5B Signal: Frequency (MHz) E5 Signal: AltBOC (15,10) mod. 3 vivőfrekvencia (E1, E5, E6) – lehetővé teszi az ionoszféra hatásának pontosabb modellezését; számos sugárzott jel, a különböző szintű alkalmazásokra (nem mindegyik lesz ingyenes)

21 + pontosság + biztonság + elérhetőség + folytonosság
Műholdas kiegészítő rendszerek EGNOS GEO GPS szerű jel Differenciális korrekciók Integritás információk + pontosság + elérhetőség + folytonosság + biztonság

22 Műholdas kiegészítő rendszerek (EGNOS)
Távmérő és integritás monitorozó állomások (RIMS)

23 Műholdas kiegészítő rendszerek
A koordinátameghatározás pontossága kb. 2 méterre javul az EGNOS jelek vétele esetén (javított ionoszféra, pálya és óramodellek); probléma a GEO műholdak észlelése különösen városi környezetben (viszonylag alacsony szög alatt látszanak); integritás információ is rendelkezésre áll; - A nyílt szolgáltatás (Open Service) január 1-től elérhető. - SoL és kereskedelmi szolgáltatások 2010-től várhatóak (már nincs túl sok idő erre).