Embed Size (px)
Citation preview
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
FAKULTA DOPRAVNÍ
Bakalářská práce
EVALUAČNÍ APLIKACE TELEMATICKÝCH
PERFORMAČNÍCH INDIKÁTORŮ V OBLASTI GNSS
Konrád Tvrdý
Praha 2012
Čestné prohlášení
Já, Konrád Tvrdý, student Fakulty dopravní ČVUT v Praze, prohlašuji, že jsem
předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem uvedl veškeré použité informační
zdroje v souladu s Metodickým pokynem o etické přípravě vysokoškolských závěrečných
prací.
Nemám závažný důvod proti užívání tohoto školního díla ve smyslu § 60 Zákona
č.121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně
některých zákonů (autorský zákon).
V Praze dne .................................. podpis .....................................
5
Poděkování
Chtěl bych poděkovat Ing. Martinu Šrotýřovi za cenné rady, ochotné konzultace a odborné
vedení práce. Dále bych chtěl poděkovat svým rodičům a všem blízkým, kteří mě
podporovali po celou dobu mého studia.
6
Abstrakt
Autor: Konrád Tvrdý
Název bakalářské práce: Evaluační aplikace telematických performačních indikátorů v
oblasti GNSS
Škola: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta dopravní
Rok vydání: Praha 2012
Počet stran: 72
Tato bakalářská práce podává přehled o GNSS systémech, analyzuje jejich historický
vývoj a současný stav. Jsou rozebrány zdroje chyb pro určení polohy pomocí GNSS a
způsoby jejich kompenzace. Dále je pojednáno o performačních indikátorech, které se
používají pro klasifikaci telematických vlastností systému. V rámci práce byl vytvořen
vlastní software pro hodnocení telematických parametrů lokalizační služby, jehož návrh je
detailně popsán. Bylo provedeno měření v terénu a jeho vyhodnocení pomocí vytvořené
aplikace. V rámci vyhodnocení byla analyzována závislost mezi paramtrem přesnosti
udávaným samotným zařízením (DOP) a skutečnou naměřenou přesností.
Klíčová slova:
GNSS, GPS, NMEA, performační indikátory, DOP.
7
Abstract
Author: Konrád Tvrdý
Name of bachelor's thesis: Evaluating application of telematics performance indicators in
the field of GNSS
School: Czech Technical University in Prague, Faculty of Transportation Sciences.
Year of Publication: Prague 2012
Pages: 72
This bachelor theses discusses about GNSS systems. It analyzes their evolution and
current state. Sources of errors of localization using GNSS and their compensation are
presented. Next description is about telematics performance indicators that are used for
classification of telematics properties of a system. In the work further own software for
evaluation of telematics parameters of localization service was developed. Design of the
application is described in detail. The measurement in the field and its evaluation were
done to test the application. Dependance between DOP as a parameter of accuracy and real
accuracy was analyzed.
Key words:
GNSS, GPS, NMEA, performance indicators, DOP.
8
ObsahSeznam použitých zkratek....................................................................................................11Seznam obrázků a tabulek....................................................................................................12
Seznam obrázků...............................................................................................................12Seznam tabulek................................................................................................................13
1 Úvod.................................................................................................................................14 1.1 Předmluva.................................................................................................................14 1.2 Cíl práce....................................................................................................................14
2 Analýza vývoje GNSS systémů........................................................................................15 2.1 Global Positioning System (GPS)............................................................................15
2.1.1 Historie GPS.....................................................................................................15 2.1.2 Popis GPS.........................................................................................................17 2.1.3 Modernizace systému GPS...............................................................................20
2.2 GLONASS................................................................................................................20 2.2.1 Historie GLONASS..........................................................................................21 2.2.2 Současný stav a budoucí vývoj GLONASS......................................................22
2.3 Galileo......................................................................................................................24 2.3.1 Historie..............................................................................................................24 2.3.2 Plánované služby .............................................................................................24 2.3.3 Kosmický segment............................................................................................25
3 Zdroje chyb polohové informace a jejich kompenzace....................................................26 3.1 Chyba způsobená družicovými hodinami.................................................................26 3.2 Ionosferické zpoždění...............................................................................................27 3.3 Troposferické zpoždění.............................................................................................27 3.4 Vícecestné šíření signálu..........................................................................................28 3.5 Vliv geometrické konfigurace družic.......................................................................28 3.6 Zpřesňující systémy..................................................................................................30
3.6.1 Pozemní referenční systémy DGPS..................................................................30 3.6.2 Družicové zpřesňující systémy.........................................................................31
4 Popis protokolu NMEA....................................................................................................32 4.1 NMEA věty v GPS...................................................................................................33
5 Telematické performační indikátory.................................................................................36 5.1 Přesnost.....................................................................................................................36 5.2 Spolehlivost..............................................................................................................36 5.3 Dostupnost................................................................................................................37 5.4 Kontinuita.................................................................................................................37 5.5 Integrita.....................................................................................................................38 5.6 Bezpečnost................................................................................................................39
6 Návrh evaluační aplikace.................................................................................................40 6.1 Požadavky na systém................................................................................................40 6.2 Programovací jazyk..................................................................................................40 6.3 Architektura systému................................................................................................41
6.3.1 Třída Measurement...........................................................................................41 6.3.2 Třída PIEvaluatorGUI.......................................................................................45
9
6.3.3 Zobrazení výsledků - třídy ResultStatic a ResultDynamic...............................45 6.3.4 Grafické znázornění měření..............................................................................46
6.4 Procesní analýza systému.........................................................................................47 6.4.1 Specifika dynamického měření.........................................................................48
6.5 Uživatelské rozhraní.................................................................................................49 6.5.1 Zadávací formulář.............................................................................................49 6.5.2 Formuláře zobrazení výsledků..........................................................................50 6.5.3 Grafické znázornění měření..............................................................................52
7 Testování aplikace............................................................................................................54 7.1 Obecný postup při měření.........................................................................................54
7.1.1 Postup při statickém měření..............................................................................54 7.1.2 Postup při dynamickém měření........................................................................54 7.1.3 Obecné podmínky měření.................................................................................55
7.2 Provedené měření.....................................................................................................56 7.2.1 Cíl testu.............................................................................................................56 7.2.2 Použité zařízení.................................................................................................56 7.2.3 Referenční bod..................................................................................................56 7.2.4 Testovací scénář................................................................................................57 7.2.5 Průběh měření...................................................................................................58
7.3 Vyhodnocení výsledků měření..................................................................................59 7.3.1 Vyhodnocení dat v aplikaci...............................................................................59 7.3.2 Přesnost a DOP.................................................................................................62
7.4 Dynamické měření....................................................................................................65 7.5 Diskuze.....................................................................................................................66
8 Závěr.................................................................................................................................67 9 Zdroje...............................................................................................................................68Přílohy - obsah přiloženého CD...........................................................................................70
10
Seznam použitých zkratek
Zkratka Český název Anglický název
AL Limit varování Alert Limit
ASCII Americký standardní kód pro výměnu informací
American Standard Code for Information Interchange
C/A Hrubý/dostupný Coarse/Acquisition
CS Komerční služba Commercial Service
CSV Hodnoty oddělené čárkami Comma-separated values
CZEPOS Síť permanentních stanic GNSS České republiky
Permanent GNSS stations of the Czech Republic
DGPS Diferenciální GPS Diferential GPS
DOP Oslabení přesnosti Dilution of Precision
EGNOS Evropská geostacionární navigační služba
European Geostationary Navigation Overlay Service
ETRS89 Evropský pozemní referenční systém 1989
European Terrestrial Reference System 1989
EU Evropská unie European Union
GAGAN Indický zpřesňující navigační systém
GPS-aided geo-augmented navigation
GDOP Geometrické oslabení přesnosti Geometric Dilution of Precision
GLONASS Globální navigační satelitní systém Globalnaja navigacionnaja sputnikovaja sistěma (rusky)
GNSS Globální navigační satelitní systém Global Navigation Satellite System
GPS Globální poziční systém Global Positioning System
HDOP Horizontální oslabení přesnosti Horizontal Dilution of Precision
ID Unikátní identifikátor Unique identifier
JSON JavaScriptový objektový zápis JavaScript Object Notation
JVM Virtuální stroj Javy Java Virtual Machine
11
MSAS Multifunkční satelitní rozšiřující systém
Multi-functional Satellite Augmentation System
NATO Severoatlantická organizace North Atlantic Treaty Organization
NMEA Národní námořní elektronická asociace
National Marine Electronic Association
OS Otevřená služba Open Service
PC Osobní počítač Personal computer
PDOP Prostorové oslabení přesnosti Positional Dilution of Precision
PRS Veřejná regulovaná služba Public Regulated Service
PVT Pozice Rychlost Čas Position Velocity Time
RDS Rádiový datový systém Radio Data System
S-JTSK Systen of unified cadastral trigonometric net
Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální
SA Výběrová dostupnost Selective Availability
SaR Hledat a zachránit Search and Rescue
SBAS Družicový rozšiřující systém Satellite-based augmentation system
SDCM Systém pro diferenciální korekce a monitorování
System for Differential Correction and Monitoring
SSSR Svaz sovětských socialistických republik
Union of Soviet Socialst Republics
TDOP Časové oslabení přesnosti Time Dilution of Precision
TTFF Doba do prvního fixu Time To First Fix
USA Spojené státy americké United States of America
VDOP Vertikální oslabení přesnosti Vertical Dilution of Precision
WAAS Rozlehlý rozšiřující systém Wide Area Augmentation System
WGS 84 Světový geodetický systém World Geodetic System
12
Seznam obrázků a tabulek
Seznam obrázků
Obrázek 1: Řídící a kontrolní segment GLONASS.............................................................23Obrázek 2: Vícecestné šíření signálu...................................................................................28Obrázek 3: Špatná geometrická konfigurace družic.............................................................29Obrázek 4: Dobrá geometrická konfigurace družic.............................................................29Obrázek 5: SBAS systém.....................................................................................................31Obrázek 6: Architektura systému.........................................................................................41Obrázek 7: Vývojový diagram procesu ověření a zpracování vstupních dat.......................47Obrázek 8: Zadávací formulář..............................................................................................49Obrázek 9: Okno zobrazující výsledky statického měření...................................................51Obrázek 10: Zobrazení výsledků dynamického měření.......................................................51Obrázek 11: Grafické znázornění průběhu měření v horizontální rovině............................53Obrázek 12: Grafické znázornění časového průběhu velikosti odchylky statického měření v horizontální rovině...............................................................................................................53Obrázek 13: Grafické znázornění průběhu měření ve vertikální rovině..............................53Obrázek 14: Grafické znázornění průběhu dynamického měření v horizontální rovině.....53Obrázek 15: Trigonometrický bod - celkový pohled............................................................57Obrázek 16: Žulový patník vyznačuje trigonometrický bod................................................57Obrázek 17: Měřící aparatura: telefon HTC na referenčním bodě.......................................58Obrázek 18: Měření odchylky od referenčního bodu v horizontální rovině........................60Obrázek 19: Měření odchylky od referenčního bodu ve vertikální rovině v čase...............60Obrázek 20: Měření odchylky od referenčního bodu v horizontální rovině, dlouhé měření..............................................................................................................................................61Obrázek 21: Průběh vellikosti horizontální odchylky v čase, dlouhé měření......................61Obrázek 22: Měření odchylky od referenčního bodu ve vertikální rovině v čase, dlouhé měření...................................................................................................................................61Obrázek 23: Graf vývoje horizontální chyby a HDOP v průběhu měření...........................63Obrázek 24: Graf vývoje vertikální chyby a VDOP v průběhu měření...............................63Obrázek 25: Graf vývoje prostorové chyby a PDOP v průběhu měření..............................63Obrázek 26: Graf vývoje horizontální chyby a HDOP v čase při dlouhém měření.............64Obrázek 27: Graf vývoje vertikální chyby a VDOP v čase při dlouhém měření.................64Obrázek 28: Graf vývoje prostorové chyby a PDOP v čase při dlouhém měření................64Obrázek 29: Poloha naměřených bodů vzhledem k referenční úsečce................................65Obrázek 30: Naměřené body vzhledem k referenční úsečce ve vertikální rovině...............66Obrázek 31: Referenční body...............................................................................................66
13
Seznam tabulek
Tabulka 1: Generace družic GLONASS..............................................................................23Tabulka 2: Obvykle používané NMEA věty........................................................................33Tabulka 3: Geodetické údaje bodu.......................................................................................56Tabulka 4: Výsledky krátkého měření zobrazené přímo v aplikaci.....................................59Tabulka 5: Výsledky třicetiminutového měření...................................................................60Tabulka 6: Údaje referenčních bodů.....................................................................................65Tabulka 7: Výsledky dynamického měření..........................................................................65
14
1 Úvod
1.1 Předmluva
Globální navigační satelitní systémy (GNSS) se za poměrně krátkou dobu své existence v
civilním sektoru staly pevnou součástí našich životů. Mnozí z nás si například nedovedou
představit cestování automobilem bez GPS navigace. Družicové systémy nacházejí velké
uplatnění v telematických aplikacích, jako například výběr mýtného na dálnicích.
Modernizace stávajících a vývoj nových GNSS přináší zlepšení parametrů poskytovaných
služeb a postupně umožňuje využití GNSS v dalších telematických aplikacích.
1.2 Cíl práce
Ve své práci se nejprve zaměřím na analýzu vývoje a současného stavu GNSS systémů.
Budu se věnovat americkému systému GPS a ruskému systému GLONASS, což jsou v
současné době jediné dva plnohodnotné GNSS. Zmíním se také o evropském projektu
Galileo. Rozeberu jevy, které mají vliv na chybu určení polohy. Kvalitu polohové služby v
telematických systémech můžeme měřit z několika hledisek pomocí parametrů zvaných
performační indikátory. Popíši jednotlivé telematické performační indikátory a jejich
význam.
Hlavním cílem práce je vytvořit aplikaci, která zpracováním naměřených dat zhodnotí
měřené zařízení z hlediska telematických performačních indikátorů. Vytvořený software
bude univerzální a umožní zhodnotit libovolné zařízení. S vhodným zařízením provedu
měření a otestuji tak aplikaci na reálných datech.
15
2 Analýza vývoje GNSS systémů
Myšlenka GNSS systémů je na světě od počátků dobývání vesmíru. Jejich vývoj započal
již s prvními umělými družicemi v šedesátých letech 20. století v době Studené války. Na
vývoji družicových navigačních systémů měla zájem armáda, vzdušné, námořní i pozemní
síly. Civilní využití GNSS systémů je záležitostí až 21. století. Prvním GNSS systémem v
plně operačním stavu se stal americký systém GPS. V současnosti má jediného
plnohodnotného konkurenta v ruském systému GLONASS. V obou případech se jedná
primárně o vojenské systémy. Další systém, kterým se budu detailněji zabývat je evropský
Galileo, který je nyní ve fázi implementace. Ve stejné fázi vývoje je i čínský systém
Compass.
2.1 Global Positioning System (GPS)
2.1.1 Historie GPS
GPS je družicový navigační systém armády Spojených států amerických. Historie
amerických vojenských navigačních systémů spadá do 60. let, kdy vojenské námořnictvo
rozvíjelo systém Transit založený na Dopplerovském principu. Svůj navigační systém
začalo vyvíjet i letectvo a obě složky armády pracovaly na vývoji svých navigačních
systémů odděleně. Teprve počátkem 70. let americké ministerstvo obrany podřídilo další
vývoj družicových navigačních systémů vzdušným silám. Oba paralelně a nezávisle
probíhající programy tak byly sloučeny do jednoho, který dostal název NAVSTAR - GPS.
Od roku 1973 řídí program společná programová skupina. Jejími členy jsou zástupci
letectva, námořnictva, armády, námořní pěchoty, Pobřežní stráže, Obranné mapovací
služby, zástupců NATO a Austrálie. Vývoj systému probíhal v několika etapách podle [2]
[3].
2.1.1.1 První etapa 1973 - 1979
První etapa byla zaměřena na ověření základních principů GPS. Nejprve byly prováděny
testy pomocí pozemních vysílačů na testovacím polygonu v Arizoně. Pozemní vysílače
vysílaly stejné navigační signály jako budoucí družice. Nad polygonem přelétávaly
stíhačky vybavené přijímačem a ověřovaly přesnost a spolehlivost lokalizace.
16
V roce 1974 byly vypuštěny dvě družice pro ověření navigační technologie. Tyto družice
měly na palubě dvoje atomové hodiny - rubidiové oscilátory.
Během roku 1978 byly vypuštěny první čtyři navigační družice Bloku I. Tyto družice byly
na oběžných drahách umístěny tak, že po omezenou dobu umožňovaly plnohodnotnou
trojrozměrnou navigaci v oblasti testovacího polygonu v Arizoně. Do roku 1979 bylo
těchto družic vypuštěno jedenáct. Družice byly projektovány s životností tři až čtyři roky,
ale některé z nich sloužily až deset let.
2.1.1.2 Druhá etapa 1979 - 1985
Během druhé etapy vývoje se budovala řídící a monitorovací střediska. V roce 1980 byla
vybrána firma Rockwell pro výrobu 29 družic Bloku II. Ke konci etapy byly zahájeny i
ověřovací testy přijímačů.
2.1.1.3 Třetí etapa 1985 - 1994
Během této etapy byly vypouštěny družice Bloku II. První z nich byla vypuštěna na
oběžnou dráhu v roce 1989. Tyto družice postupně nahrazovaly družice Bloku I. Od
počátku roku 1993 byla umožněna trojrozměrná navigace kdekoliv po světě. 10. až 29.
družice Bloku II jsou označovány jako Blok IIA. Tyto družice jsou schopné autonomního
provozu až po 180 dní bez komunikace s kontrolním segmentem, což je velmi užitečné
například při zničení zařízení kontrolního segmentu během války. V prosinci 1993 bylo
dosaženo plného operačního stavu, to znamená, že v kosmickém segmentu bylo osazeno
24 družic, všechny družice byly v provozu a poskytovaly standardní polohovou službu. Od
3. března 1994 je systém GPS v plném operačním stavu.
2.1.1.4 Čtvrtá etapa
Čtvrtá etapa vývoje probíhá od roku 1995 dodnes. Jedná se o období rutinního provozu
systému. Jsou budovány doplňkové diferenční systémy (řeč o zpřesňujících systémech
bude v kapitole 3.6 ). Do roku 2000 využívalo americké Ministerstvo obrany systém
selektivní dostupnosti SA (Selective Availability). Ten snižoval přesnost C/A kódu tak, že
přijímače mohly určit svoji polohu s přesností na 100 m. Systém SA byl vypnut
rozhodnutím prezidenta USA 1.5.2000 [3].
17
2.1.2 Popis GPS
Systém GPS se skládá ze tří subsystémů. Jsou to kosmický segment, řídící segment a
uživatelský segment.
2.1.2.1 Kosmický segment
Kosmický segment představují družice systematicky umístěné na oběžných drahách
vysílající navigační signál uživatelům. Je zapotřebí, aby bylo aktivních alespoň 24 družic
po 95% času.
Družice obíhají po střední oběžné dráze ve výšce přibližně 20 200 km. Doba jednoho
oběhu kolem Země je přibližně 12 hodin. Družice jsou umístěny na šesti oběžných
drahách. Na každé dráze jsou čtyři sloty obsazené základními družicemi. Tato základní
konstelace 24 družic zaručuje, že z každého místa na Zemi jsou vždy vidět alespoň čtyři
družice.
Kromě základní konstelace 24 družic jsou v provozu další družice jako záložní pro případ,
že by některé družice ze základní sestavy byly z nějakého důvodu mimo provoz (údržba).
V současné době Air Force spravuje 31 aktivních družic a tři neaktivní družice, které
mohou být případně znovu aktivovány.
V červnu 2011 bylo dokončeno rozšíření konstelace družic známé jako "Postradatelných
24" (z anglického "Expendable 24"). Při této změně se tři záložní družice staly přímo
součástí základní sestavy. Ve výsledku byla konstelace 24 slotů rozšířena na 27 slotů s
lepším pokrytím většiny světa.
Družice od svého vypuštění pracují nepřetržitě kromě několika přestávek, které vyžaduje
údržba jejich zařízení. Přibližně dvakrát do roka je potřeba odstavit družici na přibližně 18
hodin kvůli údržbě cesiových atomových hodin. Po tuto dobu je družice označena jako
nezdravá.
Jelikož každá družice má tendenci odchylovat se ze své oběžné dráhy, je potřeba přibližně
jednou do roka provést korekci její dráhy. V průběhu této operace je družice odstavena
přibližně po dobu 12 hodin.
18
2.1.2.2 Řídící a kontrolní segment
Kontrolní segment tvoří pozemní zařízení, která monitorují pohyb družic a jejich vysílání,
vyhodnocují jejich oběžné dráhy a zasílají družicím korekční data. V současnosti kontrolní
segment zahrnuje hlavní řídící stanice, záložní hlavní řídící stanice, 12 povelových a
kontrolních stanic pro komunikaci s družicemi a 16 monitorovacích stanic.
Stanice pro komunikaci s družicemi (angl. Ground Antenna) umožňují vysílat na družice
údaje o jejich oběžných drahách, řídit případné korekce jejich polohy, posílat korekce
atomových hodin a aktualizovat navigační zprávy. Na základě údajů z monitorovacích
stanic zpracovaných v hlavní řídící stanici jsou odtud minimálně jednou denně vysílány
údaje o oběžných drahách (efemeridy) a korekce atomových hodin pro jednotlivé družice.
Pozemní monitorovací stanice jsou řízeny vzdáleně z hlavní řídící stanice. Monitorovací
stanice obsahuje velice přesný GPS přijímač a také vlastní atomové hodiny. Stanice jsou
schopny sledovat všechny aktuálně viditelné družice a určují prosté zdánlivé vzdálenosti k
družicím a ty spolu s navigačními zprávami přenášejí do hlavní řídící stanice. V samotných
monitorovacích stanicích tedy neprobíhá prakticky žádné zpracování dat. Přesnost určení
oběžných drah družic se pohybuje kolem 1,5 m.[2]
V případě vojenského konfliktu je systém GPS poměrně těžko zranitelný. Hlavní řídící
stanice je umístěna v podzemním betonovém bunkru ve Skalistých horách. Všechny
družice Bloku II jsou chráněny před silnými elektromagnetickými impulsy vyvolanými
např. sluneční činností nebo jaderným výbuchem. Družice jsou navíc schopny
autonomního provozu po 180 dní. Nejzranitelnější částí celého systému jsou tedy stanice
pro komunikaci s družicemi a monitorovací stanice. [2]
Monitorovací stanice umožňují sledování družic po 92% času, po zbytek času družice
nejsou v dosahu řídícího segmentu.
2.1.2.3 Uživatelský segment
Uživatelský segment představuje přijímač GPS signálu, který se skládá z těchto částí:
• anténa,
• navigační přijímač,
• navigační počítač.
19
Anténa má rozhodující vliv na kvalitu příjmu signálu družice a tudíž i na přesnost celého
zařízení. Antény se liší parametry jako jsou např. citlivost, odolnost proti rušivým
signálům, směrovost apod.
Navigační přijímač zpracovává signály přijaté anténou a vybírá z nich signály vysílané
jednotlivými družicemi. Jejich zpracováním získá údaje o vzdálenostech k jednotlivým
družicím a data z navigačních zpráv.
2.1.2.4 Signály vysílané družicemi GPS
Signály z družic jsou vysílány na dvou nosných:
• Frekvence L1 (1575,42 MHz)
• Frekvence L2 (1227,60 MHz)
Každý signál je kombinací nosné, dálkoměrného kódu a navigační zprávy. Dálkoměrný
kód je pseudonáhodný šum (PRN - Pseudo Random Noise). Využívají se tyto kódy [2]:
• Přesný kód zvaný P-kód.
• Šifrovaný P-kód pro vojenské účely se nazývá Y-kód.
• Hrubý/dostupný nešifrovaný C/A kód.
Frekvence L1 je modulována dvěma dálkoměrnými kódy, P-kódem a C/A kódem. Tyto
signály se označují jako signály Standardní polohové služby. Většina civilních přijímačů
využívá pouze C/A kód z frekvence L1. Na frekvenci L2 je modulován pouze P-kód. Tato
frekvence se používá pro Přesnou polohovou službu. Přesná polohová služba využívá
vysílání P-kódu na dvou frekvencích, což umožňuje měřit zpoždění signálu při průchodu
ionosférou (o ionosferickém zpoždění bude zmínka v kapitole 3.2 ).
Pro určení polohy je třeba znát přesnou polohu družice v době vyslání dálkoměrného kódu.
Informace o parametrech své dráhy družice vysílá pomocí navigační zprávy. Navigační
zpráva obsahuje:
• čas vysílání počátku zprávy,
• keplerovské efemeridy družice,
• korekce pro atomové hodiny družice,
• almanach - obsahuje efemeridy všech ostatních družic včetně údajů o jejich stavu,
• ionosferické a troposferické korekce,
20
• stav družice.
2.1.2.5 Souřadný systém
Pro určení polohy a času kdekoliv na Zemi je potřeba užití jednotného souřadnicového
systému pro celou zeměkouli. GPS využívá systém WGS 84 (World Geodetic System),
který definuje souřadnicový systém, referenční elipsoid a geoid. Střed souřadnicové
soustavy leží v těžišti Země.[2] Kromě GPS navigace je systém používán také v geodézii.
2.1.3 Modernizace systému GPS
V současné době probíhá projekt modernizace systému zvaný GPS III. Projekt má za cíl
zvýšit přesnost a dostupnost služeb. Nové družice a signály poskytnou dostatečně kvalitní
služby pro aplikace Safe of Life. Jednotlivé prvky modernizace systému jsou:
• Nový civilní kód L2C má být vysílán na dvou frekvencích a podstatně tak zvýšit
přesnost služby pro civilní sféru eliminací ionosferického zpoždění.
• M-kód (Military code) pro vojenskou oblast má nahradit současný P(Y) kód.
• Nový kód SoL (Safety of Life) má být vysílán na frekvenci L5 (1176,45 MHz),
která spadá do chráněného pásma pro leteckou dopravu. Signál bude využíván pro
kritické aplikace v letecké dopravě.
• Původní civilní C\A kód vysílaný na frekvenci L1 zůstane zachován pro zajištění
zpětné kompatibility.
Družice Bloku IIF vypouštěné od roku 2005 vysílají i na frekvenci L5. V současné době
jsou vypouštěny další družice IIF. Vypouštění družic Bloku III by mělo začít roku 2014 [6].
2.2 GLONASS
GLONASS (rusky Globalnaja navigacionnaja sputnikovaja sistěma) je družicový radiový
navigační systém. Systém je provozován Ruskými kosmickými silami pro potřeby ruské
armády a vlády Ruské federace. Je zpřístupněn i pro civilní použití. V současnosti se jedná
o jediný plně funkční GNSS, který je alternativou k americkému systému GPS. Od roku
2010 GLONASS dosáhl kompletního pokrytí území Ruska a od října 2011 je na oběžných
drahách plná konstelace 24 družic, tím pádem je zajištěno globální pokrytí. Existence
21
systému GLONASS je také věcí politické prestiže. V oficiálních materiálech [9] bývá
nazýván jako národní pýcha Ruska.
2.2.1 Historie GLONASS
Předchůdcem navigačního systému GLONASS byl satelitní navigační systém Tsiklon.
Účelem tohoto systému byla navigace jaderných ponorek. Celkem 31 družic bylo
vypuštěno mezi lety 1967 a 1978.
Již na konci šedesátých let dvacátého století začal v Rusku vývoj nového jednotného
družicového navigačního systému pro pozemní, vzdušné, námořní a vesmírné síly. Na
vývoji se podílely Sovětské Ministerstvo obrany, Akademie věd a Sovětské námořnictvo.
Ve druhé polovině sedmdesátých let byla vybrána finální podoba návrhu celého systému.
Systém mělo tvořit 24 družic obíhajících na středních oběžných drahách ve výšce
20000km. Na určení polohy přijímače měl postačovat signál ze čtyř družic. Družice měly
být vysílány po třech pomocí rakety Proton.
První družice byly vyslány na oběžnou dráhu v roce 1982. Protože ze tří družic, které měly
být vypuštěny současně, byla připravena pouze jedna, byly vypuštěny dvě makety.
V rozmezí let 1982 až 1991 bylo vypuštěno celkem 43 družic systému GLONASS. V době
rozpadu Sovětského svazu v roce 1991 bylo na dvou oběžných drahách umístěno 12
funkčních družic. Po rozpadu SSSR pokračovala ve vývoji systému Ruská federace.
V prosinci 1995 bylo dosaženo stavu 24 funkčních družic a systém se tak stal plně funkční.
Stalo se tak necelé dva roky po plném zprovoznění GPS.
Družice měly plánovanou životnost tři roky a pro stálý chod systému by tedy bylo nutné
vysílat alespoň osm družic každý rok, což dělá tři starty raket ročně. Rusko se v
devadesátých letech potýkalo se značnými ekonomickými problémy a výdaje na vesmírný
program tak byly značně redukovány. Výsledkem nedostatku finančních prostředků bylo,
že v letech 1995 až 1999 nebyla vypuštěna žádná družice GLONASS. V roce 2001 dosáhl
počet funkčních satelitů čísla 6.
Obrat ve vývoji nastal na začátku 21. století s příchodem Vladimíra Putina, kdy se ze
systému GLONASS stala priorita ruského kosmického programu. V roce 2003 byla
22
vynesena na oběžnou dráhu první družice druhé generace GLONASS-M. Oproti družicím
první generace mají tyto dvojnásobnou životnost.
Potřeba vlastního nezávislého družicového navigačního systému pro Rusko se ukázala v
roce 2008 během války v Jižní Osetii. Rusové tehdy měli v úmyslu využít systém GPS,
signál byl však v době bojů nedostupný pro celou oblast Gruzie. Tehdejší premiér a dnešní
prezident Putin proto významně navýšil rozpočet GLONASS [10].
Dosažení plné konstelace 24 družic mělo být dosaženo do konce roku 2010. Nicméně v
prosinci toho roku selhala raketa Proton-M nesoucí tři družice GLONASS-M, které
následkem nehody skončily na dně oceánu. Dosažení plné konstelace se tak oddálilo. Plná
konstelace byla poprvé od roku 1996 obnovena v říjnu 2011 [11]. Do konce roku 2011 pak
byly vyneseny ještě další tři družice GLONASS-M [12].
2.2.2 Současný stav a budoucí vývoj systému GLONASS
Jak již bylo řečeno v předchozí kapitole, systém GLONASS je v současnosti plně
operabilní a jedná se tedy o jediný alternativní GNSS k americkému GPS. Nyní se
zaměříme na současný stav systému GLONASS z hlediska jeho jednotlivých segmentů.
2.2.2.1 Kosmický segment
V květnu 2012 bylo na oběžných drahách umístěno celkem 31 družic z nichž je:
• 24 družic v provozu,
• 4 družice záložní,
• 2 družice v údržbě,
• 1 družice testována.
Většina z těchto družic patří ke druhé generaci GLONASS-M, nicméně v provozu je i
několik družic třetí generace GLONASS-K. Porovnání jednotlivých generací družic
GLONASS předkládám v Tabulce 1.
23
2.2.2.2 Řídící a kontrolní segment
Celý pozemní řídící a kontrolní segment systému GLONASS se nachází na území Ruska.
Funkce segmentu je obdobná jako u systému GPS. Mapa jednotlivých stanic, které tvoří
pozemní segment je na Obrázku 1.
2.2.2.3 Uživatelský segment
Přijímač určuje svoji polohu na základě signálů z alespoň čtyř družic. GLONASS je zatím
využíván především ve vojenství. Civilní využití nachází GLONASS především v Rusku,
kde jsou politické tlaky na posílení významu vlastního systému GLONASS na úkor
amerického GPS. Na trhu jsou k dostání i kombinované přijímače GPS/GLONASS, které
díky kombinaci informací ze dvou systémů dosahují vyšší přesnosti.
24
Tabulka 1: Generace družic GLONASS
Hmotnost Stabilita hodin
GLONASS 3 roky 1260 kg
GLONASS-M 7 let 1415 kg
GLONASS-K 10 let 750 kg
Družice Životnost
5*10-13
1*10-13
5 až 1*10-14
Obrázek 1: Řídící a kontrolní segment GLONASS. [13]
2.3 Galileo
Galileo je projekt Evropské unie na vybudování vlastního GNSS, který by byl nezávislý na
americkém GPS a ruském GLONASS. Na rozdíl od obou těchto systémů je Galileo
primárně civilní, nikoliv armádní projekt.
2.3.1 Historie
Plány na evropský GNSS sahají do roku 1999. Původně měl být projekt financován
soukromými investory a systém měl být od roku 2008 v plně operačním stavu. Vzhledem k
příliš vysokým rizikům investoři od projektu ustoupili a Evropská unie se tak rozhodla
financovat celý projekt z vlastního rozpočtu. První testovací družice Giove-A byla
vynesena z ruského kosmodromu Bajkonur v roce 2005, druhá testovací družice Giove-B
byla vypuštěna ze stejného místa v roce 2008.
2.3.2 Plánované služby
Systém Galileo má poskytovat časové a polohové služby primárně pro civilní sektor. Jsou
plánovany tyto služby:
• Open Service (OS) má být volně dostupná služba využívající vysílání na dvou
frekvencích pro kompenzaci zpoždění signálu v ionosféře. Obdoba L2C u GPS III.
• Commercial Service (CS) má být šifrovaná služba poskytovaná za poplatek, která
nabídne vyšší přesnost než OS.
• Safety of Life Service (SoL) má být šifrovaná služba použitelná v aplikacích
Safety of Life, primárně pak v letecké navigaci. Jedná se o obdobu signálu SoL u
GPS III.
• Search and Rescue (SaR) bude služba nouzové lokalizace v rámci celosvětové
bezpečnostní služby.
• Public Regulated Service (PRS) má být šifrovaná služba určená pro armády.
25
2.3.3 Kosmický segment
Je plánováno, že kosmický segment bude tvořit 30 (27 operačních a 3 záložní) družic
rozmístěných na třech oběžných drahách ve výšce 23 tisíc kilometrů nad povrchem Země.
Každá dráha bude mít 9 družic a 1 družici záložní.
V současné době jsou od října 2011 na oběžných drahách umístěny dvě družice systému
Galileo. Družice jsou vypouštěny z evropského kosmického střediska ve Francouzské
Guyaně pomocí ruských raket Soyuz. Nejbližší termín vypuštění dalšího páru družic je
naplánován na 28. září 2012. EU plánuje mít do roku 2015 osmnáct družic na orbitu a do
roku 2017 pak plnou konstelaci 27+3 družic.
26
3 Zdroje chyb polohové informace a jejich kompenzace
Měření polohy satelitními navigačními systémy je ovlivněno náhodnými a systematickými
chybami. Eliminace těchto chyb je zásadní pro přesnost navigace. Chyby lze rozdělit podle
místa vzniku do čtyř skupin podle [3]
• Chyby vznikající v kosmickém segmentu.
• Chyby vznikající v řídícím a kontrolním segmentu.
• Chyby vznikající v uživatelském segmentu.
• Chyby vznikající při šíření signálu.
Dále můžeme rozdělit chyby podle principu chyby:
• Stav družic GPS (frekvenční stabilita, stav hodin).
• Poloha družic vzhledem k přijímači GPS.
• Chyba efemerid družic.
• Vliv ionosféry a troposféry na šíření signálu.
• Sluneční aktivita.
• Vícecestné šíření signálu.
• Typ a kvalita antény GPS přijímače.
• Stav GPS přijímače.
• Pohyb GPS přijímače.
Nyní se zaměřím na některé výše zmíněné body a způsoby kompenzace těchto chyb.
3.1 Chyba způsobená družicovými hodinami
Velikost chyby se odvíjí od přesnosti atomových hodin na družici.
Dalším potenciálním zdrojem chyby jsou relativistické efekty. Podle Einsteinovy teorie
relativity lze očekávat pro družice GPS na orbitu vzhledem k Zemi jako inerciálnímu
referenčnímu systému efekty ovlivňující palubní hodiny.
Jelikož družice se pohybují vzhledem k pozorovateli na Zemi, očekáváme, že vzhledem k
pozorovateli jdou družicové hodiny pomaleji. Podle speciální teorie relativity se hodiny na
orbitu zpomalují o 7 mikrosekund denně vzhledem k hodinám na Zemi [5].
27
Další efekt vyplývá z rozdílného zakřivení časoprostoru, tedy z rozdílných gravitačních
potenciálů na povrchu Země a na orbitu. Obecná teorie relativity tvrdí, že hodiny umístěné
blíže k masivnímu tělesu (v místě s vyšším gravitačním potenciálem) běží pomaleji, než
hodiny umístěné dále od tohoto tělesa. Viděno ze Země, hodiny na orbitu jsou rychlejší než
hodiny pozemské. Podle obecné teorie relativity hodiny na orbitu předběhnou pozemské
hodiny o 45 mikrosekund za den. [5].
Kombinací těchto dvou chyb získáme výslednou chybu. Hodiny na orbitu předbíhají o 38
mikrosekud za den.
Eliminace této chyby je provedena nastavením základní frekvence družicových na
10,22999999243 MHz místo pozemských 10,23000000000 MHz [3].
3.2 Ionosferické zpoždění
Ionosféra je vrchní část zemské atmosféry. Spodní hranice ionosféry se nachází ve výšce
přibližně 50 km, její horní hranice pak ve výšce přibližně 1000 km. Volné ionty v ionosféře
představují velmi proměnlivý index lomu. Ten silně závisí na sluneční aktivitě. Chyba
přesnosti způsobená ionosferickým zpožděním se pohybuje od 40 do 50 metrů přes den a
od 6 do 12 metrů v noci [3].
Chyba způsobená zpožděním v ionosféře je kompenzována dvěma způsoby [3]:
• Ionosferická korekce vypočítaná z modelu ionosféry. Korekce je zasílána v
navigační zprávě.
• Využitím dvou signálů na různých frekvencích, tedy s různým indexem lomu
(signály L1 a L2).
3.3 Troposferické zpoždění
Troposféra je část atmosféry ve výšce 0 - 11 km. Troposféra neobsahuje volné ionty, jedná
se v podstatě o elektricky neutrální prostředí. Zpoždění signálu v troposféře závisí na
hustotě vzduchu, teplotě a vlhkosti. Kompenzace chyby probíhá obdobně jako u
ionosferického zpoždění pomocí korekcí, které vycházejí z modelů troposféry.
28
3.4 Vícecestné šíření signálu
Vícecestné šíření signálu je způsobeno odrazem signálu od různých objektů. Tento efekt se
projevuje hlavně v blízkosti velkých budov, typicky v úzkých městských ulicích mezi
vysokými budovami. Odražený signál urazí delší dráhu než přímý signál. Chyba
způsobená vícecestným šířením signálu se pohybuje v rozmezí několika metrů. Neexistuje
obecný model, podle kterého by bylo možné tuto chybu eliminovat. Při návrhu
telematických aplikací ve městech (například satelitní systémy pro výběr mýtného ve
městech) je potřeba s touto chybou dopředu počítat.
3.5 Vliv geometrické konfigurace družic
Další významný vliv na přesnost určení polohy má geometrická konfigurace (geometrie)
družic. Geometrií družic rozumíme jejich vzájemnou polohu z pohledu přijímače. Kvalitu
geometrie vyjadřuje indikátor DOP (Dilution of Precision).
Pro zjednodušení uvažujme dvourozměrný systém se dvěma navigačními družicemi.
Nejlepší vzájemná konstelace družic nastává v případě, kdy jsou družice pod vzájemným
úhlem 90° z pohledu přijímače. Takovou polohu družic můžeme nazvat "dobrou"
geometrií. Jak můžeme vidět na Obrázku 4, plocha průniku obou pásů (modře vybarvená
plocha) je v tomto případě minimální a téměř čtvercová.
29
Obrázek 2: Vícecestné šíření signálu. [18]
V případě, kdy jsou družice vzájemně situovány téměř v jedné přímce vzhledem k
pozorovateli, plocha průniku obou pásů je větší než v prvním případě (viz Obrázek 3), tím
pádem je větší i DOP. V tomto případě se jedná o "špatnou" geometrii.
Většina přijímačů GPS indikuje kromě počtu družic i jejich polohu na obloze. To
umožňuje přijímači vyhodnotit konfiguraci družic a určit DOP. Zpravidla je vyhodnoceno
několik druhů DOP. Jsou to:
• GDOP (Geometric Dilution of Precision)
• celková přesnost, zahrnuje odchylku ve 3D souřadnicích a v čase.
• PDOP (Positional Dilution of Precision)
• prostorová přesnost ve 3D souřadnicích
• HDOP (Horizontal Dilution of Precision)
• přesnost v horizontální rovině ve 2D souřadnicích
• VDOP (Vertical Dilution of Precision)
• přesnost ve vertikáílní rovině
• TDOP (Time Dilution of Precision)
• přesnost času.
30
Obrázek 4: Dobrá geometrická konfigurace družic. Zdroj: [18].
Obrázek 3: Špatná geometrická konfigurace družic. Zdroj: [18].
DOP je bezrozměrná veličina, u které platí, že čím je menší, tím lépe. Obecně lze říci, že
hodnota DOP je nepřímo úměrná počtu viditelných družic, tedy čím více viditených družic,
tím menší DOP a tím pádem i vyšší přesnost měření. VDOP bývá obvykle vyšší než
HDOP, což značí, že přesnost lokalizace v horizontální rovině je vyšší. Čím níže nad
obzorem jsou viditelné družice, tím horší je VDOP. Vztahy pro PDOP a GDOP jsou [16]:
PDOP = √HDOP2 + VDOP2 (1)
GDOP = √GDOP2 + TDOP2 (2)
Navigace by měla být dostatečně kvalitní pro hodnoty DOP menší než 6. Při vyšších
hodnotách se jedná již jen o hrubé určení polohy. Měření při DOP vyšším než 20 by měla
být již zcela nepoužitelná [17].
3.6 Zpřesňující systémy
Pro zpřesnění určení polohy pomocí GPS je možno použít systémů založených na DPGS
(Diferential GPS). Další možností jsou regionální geostacionární družicové systémy
rozšiřující systém GPS jako EGNOS, WAAS nebo MSAS.
3.6.1 Pozemní referenční systémy DGPS
Referenční stanice na Zemi přijímají signál GPS a počítají rozdíl mezi pozicí udávanou
GPS a skutečnou pozicí stanice. Tyto odchylky mají lokální charakter. Jsou způsobeny
například momentálním stavem ionosféry. Stanice pak vysílá tyto odchylky jako korekce
jednotlivým GPS přijímačům. Přenos informace probíhá přes mobilní sítě, síť Internet,
pomocí dlouhovlného vysílání nebo pomocí RDS. GPS přijímač pak kromě signálů z
družic přijímá druhým kanálem korekční data a zpracovává je.
V České republice funguje síť permanentních referenčních stanic CZEPOS, která v
současnosti využívá 27 referenčních stanic. Stanice přijímají současně signály GPS a
GLONASS. Korekční data jsou poskytována přes Internet a jejich poskytování je
zpoplatněno. Pomocí systému CZEPOS je možné určit polohu s přesností v řádech
centimetrů [7].
31
3.6.2 Družicové zpřesňující systémy
Princip funkce je obdobný jako u systémů v předchozí kapitole. Pro distribuci informací k
uživatelům využívá telekomunikačních družic na geostacionární dráze. Data z pozemních
referenčních měřících stanic jsou zpracována v řídících a kontrolních stanicích a vypočtené
korekce jsou odeslány na geostacionární družici, odkud se korekční data šíří k uživatelům.
Tyto systémy bývají označovány zkratkou SBAS (Satelite Based Augmentation System).
V současnosti je v provozu několik regionálních družicových zpřesňujících systémů.
Oblast Spojených států amerických je pokryta systémem WAAS (Wide Area Augmentation
System). Kosmický segment WAAS se skládá ze tří geostacionárních družic, které kromě
korekčních dat vysílají i klasické navigační zprávy GPS pro zpřesnění základní lokalizační
služby v oblasti. Systém je určen převážně pro využití v letecké navigaci.
V Evropě je v provozu obdobný systém EGNOS (European Geostationary Navigation
Overlay Service). Jeho kosmický segment sestává ze tří družic na geostacionární dráze.
Přesnost určení polohy s využitím EGNOS se udává jako 1,5 m.
Třetím funkčním SBAS systémem je japonský MSAS (Multi-functional Satellite
Augmentation System) pro oblast Východní Asie. Aktuálně ve fázi implementace jsou
ruský systém SDCM a indický GAGAN. Obrázek 5 znázorňuje uvedené systémy.
32
Obrázek 5: SBAS systémy. Zdroj http://geoforum.pl/?menu=46813,46834,47148,47146&link=gnss-systemy-nawigacyjne-sbas-sdcm
4 Popis protokolu NMEA
NMEA 0183 standard definuje elektrické rozhraní a datový protokol pro komunikaci mezi
námořními zařízeními. Standard vydává organizace National Marine Electronics
Asociation, která má za úkol podporovat vývoj v oblasti námořní elektroniky. NMEA 0183
definuje požadavky na elektromagnetický signál, protokol přenosu dat a specifické formáty
vět pro sériový datový přenos. Každý komunikační kanál má právě jednoho mluvčího a
libovolný počet příjemců. Standard tedy zajišťuje jednostranný přenos dat od mluvčího
k více příjemcům. Data jsou v textovém ASCII formátu a mohou obsahovat informace o
poloze, rychlosti, hloubce apod.
V rámci standardu je definována i komunikace přijímačů GPS. Software, který
zprostředkovává informaci například o aktuální poloze, očekává data právě ve formátu
NMEA. Tato data jsou vypočtena GPS přijímačem a obsahují kompletní PVT (Positioning,
Velocity, Time) informace.
Záměrem NMEA je posílání dat ve formě vět, které jsou samostatné a na sobě zcela
nezávislé. Pro různé typy zařízení jsou standardizovány různé věty. Každá věta má na
začátku dva znaky, které určují typ zařízení (pro GPS přijímače jsou to znaky GP).
Následují tři znaky, které definují typ obsahu dané věty. NMEA navíc umožňuje výrobcům
zařízení definovat si vlastní soukromé věty pro libovolný účel. Všechny soukromé věty
začínají znakem P a následují dva znaky identifikující výrobce, který definoval danou větu.
Například NMEA věta zařízení Garmin začíná znaky PGRM, Magellan PMGN.
Každá věta začíná znakem „$“ a končí formátovací sekvencí znaků, která vrací na nový
řádek. Věta nesmí být delší než 80 znaků (bez formátovacích znaků na konci věty). Data
obsažena v tomto jednom řádku (větě) jsou rozdělena do jednotlivých slov oddělených
čárkami. Přesnost dat se může lišit. Například čas může být uveden v celých sekundách,
nebo v desetinách sekundy. Stejně tak souřadnice mohou být ve větě uvedeny s přesností
na různý počet desetinných míst. Programy, které pracují s NMEA 0183 proto musí pro
identifikaci daného slova využívat oddělovací čárky a nikoliv pozici podle pořadí znaků ve
větě. Poslední pole (slovo) věty představuje kontrolní součet. Skládá se ze znaku „*“ a
dvou hexadecimálních číslic reprezentujících osmibitové exkluzivní NEBO všech znaků
mezi „$“ a „*“.
33
Existuje více verzí standardu NMEA 0183, nicméně pro účely GPS jsou používány pouze
verze 1.5, 2.0 a 2.3.
V případě GNSS lokalizace je mluvčím přijímač GNSS signálu, který vytváří NMEA věty
a ukládá je do textového souboru (logu).
4.1 NMEA věty v GPS
Věty vytvářené přijímačem signálu GPS začínají prefixem „$GP”. Prefix je vlastně
součástí prvního slova věty, které navíc obsahuje tři znaky identifikující typ věty. Každý
typ věty má svoji vlastní interpretaci a je definován ve standardu NMEA. Některá data se
opakují ve více větách, zároveň však každá věta může přinášet nové informace. GPS
přijímač obvykle poskytuje věty NMEA 2.0 v Tabulce 2 podle [1].
Syntaxi vět NMEA ukáži na příkladu vět GGA a GSA, které tak detailněji popíši podle [1].
GGA – základní data o fixu a poloze. Příklad věty GGA:
$GPGGA,130001,5005.59800,N,01415.90172,E,1,10,0.89,199.10,M,45.65,M,,*79
Kde:
GGA „Global Positioning System Fix Data“130001 Čas 13:00:01 UTC5005.59800,N Zeměpisná šířka 50°05,59800’ N (severní šířky)01415.90172,E Zeměpisná délka 14°15,90172' E (východní délky)1 Fix: 0 = není fix
1 = GPS fix
2 = DGPS fix
34
Tabulka 2: Obvykle používané NMEA věty
ID věty Obsah
GGA základní data (souřadnice, fix, čas)
GSA čísla viditelných satelitů, DOP
GSV detailní data o satelitech
RMC základní PVT (position, velocity, time) data
3 = PPS fix
4 = Real Time Kinematic
5 = Float RTK
6 = odhadovaný (ve verzi NMEA 2.3)
7 = Manual Input Mode
8 = Simulační mód10 Počet viditelných družic0.89 HDOP – horizontální odchylka určení polohy199.0,M Výška nad střední hladinou oceánu, v metrech.46.9, M Výška geoidu (střední hladiny oceánu) nad WGS84(prázdné pole) Čas v sekundách od posledního updatu DGPS(prázdné pole) Číselný identifikátor stanice DGPS*79 Kontrolní součet
GSA věta udává informace o viditelných družicích a odchylce v určení polohy (DOP).
$GPGSA,A,3,04,05,,09,12,,,24,,,,,2.5,1.3,2.1*39
Kde:
GSA Identifikátor větyA Automatická selekce 2D nebo 3D fixu (M = manuální)3 3D fix. Možné hodnoty: 1 = není fix
2 = 2D fix
3 = 3D fix04,05,... Identifikace viditelných satelitů použitých pro fix (místo pro 12).2.5 PDOP1.3 HDOP 2.1 VDOP*39 Kontrolní součet
Věty GGA a GSA obsahují všechna potřebná data pro vytvořený software (kapitola 6 ).
Aplikace využívá pouze tyto dvě věty. Další věty NMEA zmíním proto jen stručně.
35
Věta RMC (Recomended Minimum) obsahuje základní PVT, tedy údaje o času, poloze a
rychlosti. Ukázka věty RMC:
$GPRMC,160757.0,A,5004.953242,N,01434.435670,E,0.0,15.6,300512,,,A*50
Věta GSV (Satellites in View) obsahuje informace o satelitech, které by měl být příjímač
schopen najít na základě dat z almanachu. Z důvodu omezené délky věty může jedna věta
nést informace jen o 4 satelitech, a proto jsou pro všech 12 družic zapotřebí 3 věty GSV.
Ukázka věty GSV:
$GPGSV,3,1,11,02,33,102,21,04,25,059,13,09,32,147,21,12,70,063,25*7B
36
5 Telematické performační indikátory
Performační indikátory jsou indikátory, na jejichž základě je možné klást požadavky na
telematické aplikace. Dají se s nimi kvantifikovat a kvalifikovat procesy a jejich parametry.
Sledované procesy musí splňovat předem danou množinu parametrů, které matematicky
definují kvalitu analyzovaného systému. Je možné hodnotit i jednotlivé části systému,
například určení polohy nebo software. Performační indikátory tvoří množinu analyticky
uchopitelných parametrů systému, s jejichž pomocí lze hodnotit použitelnost systému. V
následujících definicích je uveden obecný popis telematických parametrů dle [19][20][21]
[22].
5.1 Přesnost
Přesnost je definována jako stupeň shody mezi měřenou a definovanou hodnotou
parametru / procesu / funkce:
( ) 11, γε ≥≤− imi ppP (3)
tj. že rozdíl mezi požadovaným parametrem ip a měřeným parametrem i,mp nepřesáhne
hodnotu 1ε na hladině pravděpodobnosti 1γ . Uvedený vztah platí i pro vektory parametrů.
Pro ilustraci uveďme příklad. Požadavek telematické aplikace na chybu polohové
informace je takový, že chyba nesmí být větší než 5 m v horizontální rovině na hladině
pravděpodobnosti 99%. To znamená, že po danou dobu měření nebude chyba větší než 5 m
v 99% případů.
Přesnost lokalizace můžeme rozdělit podle způsobu měření na statickou a dynamickou
přesnost. U statické přesnosti měříme se statickým objektem, u dynamické přesnosti
měříme s pohybujícím se objektem.
5.2 Spolehlivost
Spolehlivost je schopnost systému plnit požadované funkce bez přerušení během daného
postupu v průběhu definovaného časového intervalu:
( ) TtvvP tmt ,0,22, ∈≥≤− γε(4)
37
tj. že rozdíl mezi požadovanými parametry (vektory parametrů) tv a měřenými parametry
tmv ,
nepřesáhne hodnotu 2ε na hladině pravděpodobnosti 2γ v libovolném čase t časového
intervalu T,0 .
U polohové informace je pod pojmem spolehlivost chápán podíl dostupnosti lokalizační
služby vzhledem k celkové době sledování. Doba sledování bývá typicky jedna hodina.
Pokud je požadavek telematického systému například na spolehlivost lokalizace 99% na
hladině pravděpodobnosti 99% v čase 1 hodina, znamená to, že lokalizační služba musí být
dostupná 99% z jedné hodiny v 99 pokusech ze 100 pokusů, tj. služba není dostupná 36 s z
jedné hodiny.
5.3 Dostupnost
Dostupnost je schopnost systému plnit požadované funkce při inicializaci (spuštění)
systému/procesu dle daného postupu:
( )( ) 33, γε ≥≤− iim qqP (5)
tj. rozdíl požadované hodnoty úspěšného spuštění i-té funkce/procesu iq a naměřené
hodnoty imq , nepřekročí hodnotu 3ε na hladině pravděpodobnosti 3γ .
Telematický systém může mít požadavky na maximální dobu, za kterou bude služba
dostupná po zahájení aktivace. U GPS lokalizace je tato doba známá jako TTFF (Time To
First Fix). Pro ilustraci uveďme příklad. Požadavek na dostupnost lokalizační služby je 30s
po zahájení aktivace na hladině pravděpodobnosti 99%. To znamená, že v 99 pokusech ze
100 je doba TTFF menší nebo rovna 30 s.
5.4 Kontinuita
Kontinuita je schopnost systému plnit požadované funkce/procesy bez (neplánovaného)
přerušení (maximální povolená délka přerušení je předem definována) během daného
postupu (nebo definovaného časového intervalu):
( ) TtrrP tmt ,0,44, ∈≥≤− γε(6)
38
tj. rozdíl mezi požadovaným maximálním přerušením tr a měřenou hodnotou tmr ,
nepřesáhne v každém čase t v intervalu T,0 hodnotu 4ε na hladině pravděpodobnosti
4γ . Kontinuita má blízko ke spolehlivosti, ale hlavním rozdílem je sledování délky
výpadku. Jde tedy o možnost kvantifikace rozložení výpadků – u spolehlivosti můžeme
zaznamenat jeden dlouhý výpadek, a nebo mnoho krátkodobých výpadků. Právě kontinuita
dokáže mezi těmito dvěma případy rozlišit a definovat, jaká maximální délka výpadku
je povolena.
Pro ilustraci uveďme příklad. Telematický systém má požadavek, že maximální délka
výpadku lokalizační služby nesmí být větší než 5 s v intervalu 5 min na hladině
pravděpodobnosti 99%. To znamená, že ze 100 pokusů se pouze jednou stane, že v
měřeném pětiminutovém intervalu je výpadek delší než 5 s.
5.5 Integrita
Integrita je schopnost systému včasně a bezchybně informovat uživatele, že systém
nemůže být použit pro operace daného postupu:
( ) 55, γε ≥≤− imi ssP(7)
tj. rozdíl mezi požadovanou dobou nahlášení poruchy is , tj. např. zpráva o překročení
daného limitu (AL – Alert Limit) a naměřenou hodnotou doby hlášení poruchy ims ,
nepřekročí hodnotu 5ε na hladině pravděpodobnosti 5γ .
Integrita vyjadřuje schopnost systému včas diagnostikovat překročení předdefinovaných
parametrů a za požadovaný časový interval o této skutečnosti informovat
uživatele/obsluhu.
Uveďme příklad. Telematická aplikace má požadavek, že pokud chyba polohové informace
je větší než 10 m, musí být uživatel o tomto stavu informován do 5 s na hladině
pravděpodobnosti 99%.
39
5.6 Bezpečnost
Bezpečnost je schopnost systému zaručit, že v případě vzniku poruchy nedojde k
poškození systému nebo k materiálním ztrátám či ztrátám na lidském životě. Kvantifikace
vychází z provedené analýzy a klasifikace rizik:
( ) 66i,mi WWP γ≥ε≤−(8)
tj. rozdíl mezi požadovanou rizikovou situací iW a skutečnou rizikovou situací imW ,
nepřekročí hodnotu 6ε na hladině pravděpodobnosti 6γ .
Bezpečnost jako systémový parametr rozděluje chyby/poruchy, které se vyvíjí bezpečným
směrem, pak jde o výpadky, které jsou charakterizovány spolehlivostí, kontinuitou,
integritou, atd. a chyby/poruchy, které se vyvíjí nebezpečným směrem. Zjištění bezpečných
a nebezpečných stavů systému je součástí klasifikace a analýz rizik.
Nebezpečným stavem je například situace, kdy třetí strana vysílá falešné GNSS signály
nebo ruší signály šumem.
40
6 Návrh evaluační aplikace
V předchozí kapitole jsem shrnul telematické performační indikátory a jejich význam v
telematických systémech. Pro vyhodnocení měření těchto parametrů lokalizační služby
jsem vytvořil aplikaci PIEvaluator. Této aplikaci bude věnována celá kapitola.
6.1 Požadavky na systém
Základním požadavkem bylo vytvoření aplikace, která vyhodnocuje telematické
performační indikátory lokalizační služby z měření se zařízením, které obsahuje přijímač
GPS. Cílem bylo vyhodnotit následující parametry:
• Přesnost
- statická
- dynamická
• Spolehlivost
• Kontinuita
• Dostupnost (TTFF)
Ve výsledku by aplikace měla být schopna vyhodnotit data z NMEA logu přijímače a určit
výše uvedené parametry z měření, které bylo prováděno podle jasně daného scénáře (bude
uvedeno níže).
Důležitý požadavek byl kladen na univerzálnost systému, který by měl být schopen
pracovat se zařízeními (přijímači GPS) od různých výrobců.
6.2 Programovací jazyk
Aplikace PIEvaluator je vytvořena v programovacím jazyce Java. Java je univerzální
objektově orientovaný programovací jazyk. Výhodou programovacího jazyka je jeho
univerzálnost a multiplatformita. Jazyk Java je interpretovaný. To znamená, že při překladu
zdrojového kódu se nevytváří strojový kód, ale pouze tzv. mezikód, nezávislý na
architektuře vlastního počítače (zařízení). Převod do strojového kódu daného zařízení
zajišťuje virtuální stroj, interpret Javy - Java Virtual Machine (JVM). Program tedy může
běžet na jakémkoliv zařízení, které má k dispozici JVM.
41
6.3 Architektura systému
Jak již bylo řečeno v předchozí kapitole, Java je objektový jazyk. Architektura programu je
tvořena třídami, které jsou definovány svými atributy a metodami. Jednotlivé třídy a vazby
mezi nimi jsou znázorněny na Obrázku 6. V následujících kapitolách se zaměřím na popis
jednotlivých tříd aplikace.
6.3.1 Třída Measurement
Jádrem aplikace PIEvaluator je třída Measurement. Atributy třídy Measurement jsou data z
NMEA logu a referenční data zadaná uživatelem (údaje o poloze a čase). Metody třídy
Measurement umožňují:
• načtení NMEA souboru,
• práci s NMEA daty,
• nastavení zadaných hodnot z uživatelského rozhraní,
• výpočet přesnosti polohové informace,
• výpočet spolehlivosti, dostupnosti a kontinuity,
• export dat z NMEA souboru do formátu JSON,
42
Obrázek 6: Architektura systému
• export dat z NMEA včetně vypočtených hodnot do formátu CSV.
V následujících kapitolách se detailněji zaměřím na výše uvedené body.
6.3.1.1 Nastavení referencí
Metoda setReference nastavuje atributy třídy reprezentující souřadnice a nadmořskou
výšku. U dynamického měření jsou referenční body dva. Po nastavení atributů provede
odlišná metoda výpočet souřadnic a nadmořské výšky bodů na referenční úsečce.
6.3.1.2 Práce s NMEA daty
Prací s daty se rozumí zpracování vstupního textového souboru do formy, se kterou je
možné dále pracovat. Jednotlivé metody zajišťují:
• Selekci NMEA vět podle jejich ID.
• Parsování dat z jednotlivých vět.
• Časovou filtraci parsovaných dat.
6.3.1.3 Výpočet přesnosti
Metody pro samotné výpočty přesnosti pracují s již připravenými daty z předchozí
kapitoly. Třída obsahuje metody pro výpočet přesnosti v horizontální i vertikální rovině a
metodu pro výpočet prostorové přesnosti.
Jelikož typický GPS přijímač zaznamenává svoji polohu do NMEA logu každou sekundu,
jsou k dispozici hodnoty souřadnic za každou vteřinu. Pro všechny tyto body je určena
vzdálenost od referenčního bodu resp. referenční přímky u dynamického měření v metrech.
Pro výpočet vzdálenosti dvou bodů v horizontální rovině byla zvolena metoda Vincentyho
vzorec. Jedná se o iterativní metodu, jejímž výsledkem je vzdálenost dvou bodů v metrech
zadaných v zeměpisných souřadnicích na referenčním elipsoidu. Výhodou metody je její
vysoká přesnost, podle [23] do 0,5 mm (záleží na použitém elipsoidu). Vincentyho vzorec
podle [23]:
a ,b = hlavní a vedlejší poloosy elipsoidu.
f = (a − b) / a kde f je excentricita.
φ1 ,φ2 = zeměpisná šířka.
43
L = rozdíl v zeměpisné délce.
U 1 = atan((1 − f ) . tan φ1)
U 2 = atan ((1 − f ). tan φ2)
kde U1 a U2 jsou redukované zeměpisné šířky,
λ = L první přiblížení (aproximace).
Iterovat dokud změna λ je zanedbatelná (t.j. do 10-12 ~ 0,06 mm) {
sinσ = √ [(cosU 2 .sin λ)2+(cosU 1 . sin U 2−sin U 1 .cos U 2 . cos λ)2] (9)
cosσ = sin U 1 .sin U 2+cosU 1. cosU 2. cos λ (10)
σ = atan2(sinσ , cos σ) (11)
sinα = cosU 1 .cosU 2. sinλsinσ (12)
cos2α = 1−sin2 α (13)
cos 2σm = cosσ−2.sinU 1 .sin U 2 / cos2 α (14)
C = f /16 . cos2α[4+ f.(4−3.cos2α)] (15)
λ ' = L+(1−C ). f . sinα{σ+C .sin σ .[ cos2σm+ + C . cosσ .(−1+2. cos2 2σm)]} (16)
}
u2 = cos2 α(a2−b2) / b2 (17)
A = 1+u2 / 16384 . {4096+u2 .[−768+u2.(320−175.u2)]} (18)
B = u2 / 1024 . {256+u2 .[−128+u2.(74−47.u2)]} (19)
Δσ = B .sin σ .{ cos2σm+B / 4. [cos σ .(−1+2.cos2 2σm) − − B / 6 . cos2σm.(−3+4 . sin2 σ) .(−3+4 . cos2 2σm)]}
(18)
s = b . A .(σ − Δσ) (19)
Kde s je vzdálenost dvou bodů ve stejných jednotkách jako a a b.
Za a a b dosadíme parametry referenčního elipsoidu WGS-84:
a = 6 378 137 m (± 2 m)
b ≈ 6 356 752,314245 m
f ≈ 1 / 298,257223563
44
Hodnoty vzdáleností pro každou jednotlivou větu (pro každou sekundu) jsou uloženy do
seznamů v atributech třídy Measurement.
Vertikální odchylka dvou bodů zadaných jejich nadmořskou výškou v metrech je určena
jednoduše jako vzdálenost daných bodů ve vertikální rovině.
Prostorová odchylka je dopočtena z horizontální a vertikální odchylky pomocí
Pythagorovy věty.
6.3.1.4 Výpočet spolehlivosti
Výpočet spolehlivosti vychází z definice v kapitole 5.2. Stav, kdy zařízení neplní
požadované funkce, nastává tehdy, když zařízení nemá GPS fix, tj. hodnota fix v NMEA
logu je rovna nule. Žádoucí stav nastává v případě, že hodnota fix je různá od nuly.
Hodnota spolehlivosti za dobu měření je procentuální vyjádření podílu počtu vět, kde fix je
roven nule, ku počtu všech vět vyskytujících se v logu. Věty před prvním fixem (v době
TTFF) se nepočítají.
6.3.1.5 Výpočet dostupnosti
Výpočet dostupnosti vychází z definice v kapitole 5.3. Dostupností se rozumí Time To
First Fix. Za předpokladu, že zařízení vypisuje věty každou sekundu se TTFF rovná počtu
vět na začátku logu dokud hodnota fix je rovna nule.
6.3.1.6 Výpočet kontinuity
Výpočet kontinuity vychází z definice v kapitole 5.4. Jedná se o sledování délky výpadku.
Je vypočítána délka nejdelšího výpadku tj. nejdelší posloupnost hodnot fix rovných nule.
Nepočítá se TTFF. Další hodnocení výpadků je možné provádět v CSV exportu.
6.3.1.7 Exporty
Aplikace umožňuje export nezpracovaných dat z NMEA logu do formátu JSON a
zpracovaných dat spolu s vypočtenými daty do formátu CSV.
JSON (JavaScript Object Notation) je jednoduchý textový formát pro výměnu dat.
Zpracovává objekty (pole dvojic název : hodnota), utříděná a neutříděná pole a hodnoty,
kterými mohou být čísla, řetězce a speciální hodnoty true, false, null. Aplikace vytváří
45
soubor JSON v takové podobě, aby bylo možno prezentovat naměřené body pomocí online
webového nástroje na prezentaci dat Simile-Exhibit. Aplikaci tak lze využít jako
jednoduchý NMEA parser.
Struktura exportovaného souboru se skládá z objektů, kdy každý objekt představuje jeden
časový okamžik měření. Objekt je pole dvojic název atributu : hodnota. Atributy jsou
jednotlivá pole z vět GGA a GSA. V nástroji Exhibit pak lze zobrazit jednotlivé naměřené
body na mapě. Ke každému bodu lze nastavit zobrazení jeho příslušných atributů.
Formát CSV je jednoduchý textový formát pro zobrazení dat v tabulkovém procesoru
(např. Excel). Jednotlivé buňky jsou odděleny znakem ";", řádky jsou odděleny
formátovacím symbolem pro nový řádek (typicky "\r\n") Exportují se data z NMEA logu
spolu s vypočítanými odchylkami udávané polohy od referenčního bodu. V tabulkovém
procesoru (např. MS Excel) pak lze provádět s daty další analýzy.
6.3.2 Třída PIEvaluatorGUI
Třída PIEvaluatorGUI definuje uživatelské rozhraní pro zadání hodnot referencí a umístění
NMEA logu. Grafické rozhraní je vytvořeno pomocí nástroje Swing, který umožňuje
snadnou editaci oken a formulářových prvků. Prvky jsou definovány ve zdrojovém kódu
jako metody třídy PIEvaluatorGUI. Třída obsahuje metody definující jednotlivé prvky
formuláře a jejich akce. Dále obsahuje metody na ověření prázdnosti polí, verifikaci
formátu a obsahu polí a metodu na vytvoření textového souboru pro uložení exportovaných
dat ve formátu JSON. Po úspěšné verifikaci všech formulářových polí je z této třídy
vytvořena instance třídy Measurement.
6.3.3 Zobrazení výsledků - třídy ResultsStatic a ResultsDynamic
Třídy ResultsStatic a ResultsDynamic definují formuláře pro zobrazení výsledků
statického resp. dynamického měření. Tyto třídy obsahují atributy a metody definující
jednotlivé položky formuláře a metodu pro uložení exportovaných dat ve formátu CSV.
46
6.3.4 Grafické znázornění měření
Třída PanelGraphic definuje panel, jenž je součástí formuláře definovaného třídou Graph.
Z třídy Graph je inicializován grafický panel PanelGraphic s příslušnými parametry podle
typu grafu.
Třída PanelGraphic má v sobě metody pro kresbu grafů. Na grafech jsou zobrazeny
naměřené body vzhledem k referenci. Data souřadnic jednotlivých bodů bere třída přímo z
instance třídy Measurement. Třída umožňuje vykreslit několik typů grafů:
• Statické měření:
- graf polohy naměřených bodů v horizontální rovině.
- graf polohy naměřených bodů ve vertikální rovině a v čase.
- graf velikosti horizontální odchylky v čase.
• Dynamické měření:
- graf polohy naměřených bodů v horizontální rovině.
- graf polohy naměřených bodů ve vertikální rovině a v čase.
47
6.4 Procesní analýza systému
V předchozí kapitole jsem se zabýval architekturou systému, popisem tříd a jejich
vzájemnými vztahy. Nyní se zaměřím na popis procesu, na jehož začátku jsou načtena
vstupní data z NMEA logu a na konci jsou zobrazeny výsledky výpočtů. Vývojový
48
Obrázek 7: Vývojový diagram procesu ověření a zpracování vstupních dat
diagram celého procesu sestávajícího se z několika dílčích procesů je znázorněn na
Obrázku 7.
Po odeslání zadávacího formuláře je vytvořena nová instance třídy Measurement. Následně
je provedena kontrola všech polí editovatelných uživatelem. Je testováno, zda-li jsou pole
neprázdná a je verifikován jejich formát. V případě, že některé pole neodpovídá, je
vyplněno červenou barvou a zpracování výsledků dále nepokračuje.
Po ověření správnosti zadání všech polí je načten zadaný soubor metodou třídy
Measurement. Jednotlivé řádky souboru (věty) jsou postupně načítány a je ověřován jejich
formát (NMEA). Program pokračuje v chodu v případě, že je úspěšně načtena alespoň
jedna NMEA věta.
Pomocí metody SetReference třídy Measurement jsou nastaveny atributy objektu -
referenční body. Dále jsou filtrovány NMEA věty podle jejich ID. Pro účely aplikace jsou
potřeba věty GGA a GSA (metoda třídy Measurement filterSentenceID). V dalším kroku
jsou věty parsovány - podle pozice ve větě vzhledem k oddělujícím čárkám jsou získána
jednotlivá slova (metoda třídy Measurement parseSentences).
V případě dynamického měření je provedena verifikace zadaných časů průjezdů nad
referenčními body. Je ověřováno, zda se mezi hodnotami času ze vstupního logu vyskytují
zadané časy.
6.4.1 Specifika dynamického měření
Jak bylo uvedeno výše, při dynamickém měření přesnosti vyhodnocujeme za každou
sekundu odchylku naměřeného bodu od bodu z množiny referenčních bodů ležících na
referenční úsečce. Spárování příslušných bodů lze na základě časových značek z NMEA
logu. Musíme však znát čas průjezdu nad počátečním a koncovým referenčním bodem,
abychom pak mohli správně určit ostatní body a správně přiřadit k příslušným naměřeným
bodům. Problém je s určením přesného času přejezdu vozidla nad referenčním bodem.
Problém zaznamenání časů projetí nad referenčními body je možné řešit například
použitím optických závor, které by byly připojeny k zařízení s přijímačem GPS, který by
umožnil časovou synchronizaci s měřeným zařízením. Jelikož takové zařízení není běžně k
dispozici, řeším problém se zaznamenáním času následovně.
49
Označme zaznamenaný čas průjezdu bodem A jako t1 a bodem B jako t2. Jelikož nelze
přesně určit časy t1 a t2, vyhodnotíme kromě intervalu <t1, t2> i intervaly <t1 - 4, t2 - 4>, <t1
- 3, t2 - 3>, ... <t1 + 4, t2 + 4>. Pro každý z těchto intervalů je vypočtena průměrná přesnost.
Data z intervalu s nejmenší průměrnou odchylkou jsou pak použita pro export do CSV.
6.5 Uživatelské rozhraní
Jak bylo popsáno v předchozí kapitole, uživatelské rozhraní sestává z formuláře pro zadání
referencí a vstupního souboru a formulářů zobrazujících výsledky. Formuláře jsou
definovány příslušnými třídami, které byly popsány. Nyní se zaměřím na vlastní vzhled a
popis práce s aplikací.
6.5.1 Zadávací formulář
Obrázek 8 ukazuje vzhled okna zadávacího formuláře, který se zobrazí po spuštění
programu. V zadávacím formuláři uživatel vybere soubor obsahující NMEA log stisknutím
tlačítka "...". Po vybrání souboru se ve vedlejším textovém poli zobrazí plná cesta k
50
Obrázek 8: Zadávací formulář
danému souboru. Tlačítko Export JSON poté umožňuje export dat z NMEA logu do
formátu JSON.
V panelu Set Reference uživatel zvolí, zda chce vyhodnocovat statické, nebo dynamické
měření. Při statickém měření zadá souřadnice referenčního bodu v desetinných stupních.
Při dynamickém měření uživatel zadá zeměpisné souřadnice dvou bodů určujících
referenční úsečku a časy průjezdů nad těmito body.
Odeslání hodnot z formuláře a přechod na formulář zobrazující výsledky se uskuteční
aktivací tlačítka "GO".
6.5.2 Formuláře zobrazení výsledků
Jak již bylo popsáno v předchozích kapitolách, jsou dva formuláře pro zobrazení výsledků
statického resp. dynamického měření. Formulář ResultsStatic (viz Obrázek 9) obsahuje
následující prvky:
• Textové pole zobrazující průměrnou horizontální přesnost za dobu měření.
• Textové pole zobrazující průměrnou vertikální přesnost za dobu měření.
• Textové pole zobrazující průměrnou prostorovou přesnost za dobu měření.
• Textové pole zobrazující hodnotu spolehlivosti za dobu měření v procentech.
• Textové pole zobrazující maximální délku výpadku za dobu měření v sekundách.
• Textové pole zobrazující dobu TTFF v sekundách.
• Tlačítka Graph H a Graph V pro grafické zobrazení měření v horizontální a
vertikální rovině.
• Tlačítko Export CSV pro export dat do formátů CSV.
51
Formulář ResultsDynamic (viz Obrázek 10), zobrazující výsledky dynamického měření,
obsahuje některé shodné prvky jako formulář ResultsStatic. Jsou to pole zobrazující
hodnoty spolehlivosti, maximální délky výpadku a TTFF, tlačítka Graph H, Graph V a
Export CSV. Pole zobrazující horizontální a vertikální přesnost jsou odlišná. Obsahují výpis
průměrných hodnot přesnosti za všechny vyhodnocené intervaly a minima z těchto hodnot.
52
Obrázek 9: Okno zobrazující výsledky statického měření
Obrázek 10: Okno zobrazující výsledky dynamického měření
6.5.3 Grafické znázornění měření
Výše jsem zmínil, že aplikace umožňuje grafické zobrazení naměřených bodů ve vertikální
a horizontální rovině. Uvedl jsem také, že podle roviny a typu měření rozlišujeme typy
grafů.
Graf pro statické měření v horizontální rovině
Na Obrázku 11 vidíme grafický výstup měření v horizontální rovině. Graf znázorňuje
polohu naměřených bodů vzhledem k referenčnímu bodu. Referenční bod je umístěn v
průsečíku os a je znázorněn modře. Naměřené body jsou vybarveny červeně. Na Obrázku
12 je znázorněn časový průběh velikosti skutečné odchylky.
Graf pro statické měření ve vertikální rovině
Referenční výška je vynesena jako modrá horizontální osa. Naměřené body jsou vynášeny
zároveň i v čase, takže můžeme vidět časový průběh vertikální odchylky. Pro ilustraci je
ukázka na Obrázku 13.
Graf pro dynamické měření v horizontální rovině
Na grafu je vynesena referenční úsečka a body z intervalu s nejmenší průměrnou
odchylkou z vyhodnocovaných intervalů. Můžeme vidět polohu bodů vzhledem k úsečce.
Ukázka grafu je na Obrázku 28.
Graf pro dynamické měření ve vertikální rovině
Na grafu je vynesena referenční úsečka a naměřené body z intervalu s nejmenší průměrnou
odchylkou ve vertikální rovině. Body jsou vynášeny v čase, takže můžeme vidět i časový
průběh měření. Ukázka grafu je na Obrázku 29.
53
54
Obrázek 13: Grafické znázornění průběhu měření ve vertikální rovině
Obrázek 11: Grafické znázornění průběhu měření v horizontální rovině
Obrázek 12: Grafické znázornění časového průběhu velikosti odchylky statického měření v horizontální rovině
7 Testování aplikace
V této kapitole se zaměřím nejprve na obecný popis postupu měření pro vyhodnocení v
aplikaci PIEvaluator, dále pak popíši vlastní provedené měření a jeho vyhodnocení.
7.1 Obecný postup při měření
Pro správné vyhodnocení performačních indikátorů v aplikaci PIEvaluator je potřeba
dodržet správný postup měření. Pro oba způsoby měření (statické a dynamické) existují
doporučené postupy.
7.1.1 Postup při statickém měření
Při statickém měření přesnosti se určuje odchylka polohy udávané GPS přijímačem od
daného referenčního bodu. Postup měření je následující:
• GPS anténu umístíme na daný referenční bod (bod daný souřadnicemi a
nadmořskou výškou).
• Zapneme přijímač a zahájíme logování.
• Po celou dobu nehýbeme s anténou.
• Ukončíme logování a vypneme GPS přijímač.
V aplikaci uživatel zadá souřadnice referenčního bodu a jeho nadmořskou výšku.
Zobrazené výsledky:
• Horizontální přesnost (vzdálenost bodů podle Vincentyho vzorce).
• Vertikální přesnost (odchylka v určení nadmořské výšky).
• Prostorová přesnost (odchylka bodů v prostoru).
• Spolehlivost.
• Dostupnost.
• Kontinuita.
7.1.2 Postup při dynamickém měření
Při dynamickém měření se určuje odchylka určení polohy v pohybu. Pro měření jsou
zapotřebí dva referenční body (A a B) se známou polohou a nadmořskou výškou. Během
55
měření se GPS anténa musí pohybovat po přímce známou konstantní rychlostí z bodu A do
bodu B. Aplikace určuje odchylku od množiny referenčních bodů, které všechny leží na
úsečce spojující body A a B. Postup měření je následující:
• Zapneme GPS přijímač.
• Dosáhneme konstantní rychlosti.
• Při přejetí bodu A zaznamenáme čas.
• Při přejetí bodu B zaznamenáme čas.
• Zastavíme vozidlo a vypneme GPS přijímač.
Při vyhodnocování NMEA logu v aplikaci zadáme čas začátku a konce měření, souřadnice
obou referenčních bodů a jejich nadmořské výšky a časy přejetí bodů A a B.
Jelikož předpokládáme, že GPS přijímač loguje po sekundách (viz 7.1.3), je třeba při
měření dynamické přesnosti počítat s chybou způsobenou přesností určení času. Přesnost
určení času průjezdu nad referenčním bodem je +- 0,5s. Přesnost určení dynamické
přesnosti je tedy dána vztahem:
u p = vut
(20)
kde
up je přesnost určení přesnosti,
v je rychlost a
ut je přesnost času (0,5 s)
7.1.3 Obecné podmínky měření
Aby aplikace správně vyhodnotila hledané parametry, je třeba, aby během měření byly
dodrženy následující podmínky. Platí jak pro statické, tak pro dynamické měření.
• Zařízení vytváří a ukládá textový soubor - NMEA log.
• NMEA log obsahuje větu GGA. Pro získání VDOP a PDOP je potřeba i věta GSA.
• Zařízení zapisuje věty po sekundách, tzn. časový interval mezi dvěma GGA větami
je vždy 1 s.
• Aplikace prochází celý NMEA log, je tedy zapotřebí, aby jeden textový soubor
obsahoval data vždy jen z jednoho měření.
56
7.2 Provedené měření
Pro otestování aplikace a vyhodnocení souvislostí mezi skutečnou chybou lokalizace a
DOP jsem provedl vlastní měření s přijímačem GPS nad zaměřeným referenčním bodem.
7.2.1 Cíl testu
Měření má za cíl získat reálná data pro ověření funkčnosti aplikace PIEvaluator. Pro
vyhodnocení parametru přesnosti lokalizační služby je potřeba měřit s daným zařízením
nad referenčním bodem, jehož přesnou polohu známe.
7.2.2 Použité zařízení
K měření jsem použil telefon HTC Desire S S510e s operačním systémem Android 2.3.5.
Telefon má zabudovaný GPS modul. Vytvoření a uložení NMEA logu jsem provedl
pomocí softwaru NMEA Recorder.
7.2.3 Referenční bod
Jako referenční bod pro provedení měření byl vybrán zaměřený geodetický bod státní
triangulace s označením číslo TL 1420, číslo bodu 29. Bod se nachází v Praze - Dolních
Počernicích na kraji pole nad ulicí Národních hrdinů naproti autosalonu AUDI. Tabulka 3
ukazuje geodetické údaje bodu.
Bod je proveden jako žulový patník. Kolem dokola je chráněn železobetonovými
skružemi.Obrázek 14 a Obrázek 15 jsou fotografie trigonometrického bodu.
57
Tabulka 3: Geodetické údaje bodu. Přepočet z S-JTSK do WGS-84 podle [25].
Referenční systém
S-JTSK Y = 732057,25 X = 1045017,83
ETRS-89 B = 50 04 57,6721 L = 14 34 26,0906
B = 50 04 57.673 L = 14 34 26.096
Souřadnice Nadmořská výška
245,38m (státní nivelace)
290,14m nad elipsoidemWGS-84 (přepočet z S-JTSK)
Souřadnice bodu jsou udány v systému ETRS-89. Tento geodetický standard definuje
souřadnicový systém a referenční elipsoid, a je téměř totožný se systémem WGS-84.
Maximální odchylka od WGS-84 v horizontální rovině činí 0,3 m [24]. V našem případě
odchylka souřadnic přepočítaných z S-JTSK do WGS-84 a souřadnic ETRS-89 činí
0,111m podle [23]. Vzhledem k předpokládaným chybám v řádu metrů se jedná o poměrně
zanedbatelné číslo. Přepočet z S-JTSK do WGS-84 navíc není zcela přesný. Souřadnice
zaměřené v ERTS-89 považuji za věrohodnější. Z toho důvodu budu jako souřadnice
referenčního bodu využívat souřadnice ETRS-89.
7.2.4 Testovací scénář
7.2.4.1 Počáteční podmínky
Mobilní telefon je zapnutý, příjem GPS signálu je vypnutý. Aplikace NMEA Recorder je
vypnuta. Telefon je umístěn na referenčním bodě.
58
Obrázek 15: Žulový patník vyznačuje trigonometrický bod
Obrázek 14: Trigonometrický bod - celkový pohled
7.2.4.2 Postup měření
• Zapnutí aplikace NMEA Recorder.
• Aktivování ukládání logu. Současně je aktivován příjem GPS signálu.
• Nalezení GPS signálu a měření polohy po dobu alespoň 60s.
• Uložení NMEA logu.
• Vypnutí aplikace, vypnutí příjmu GPS signálu.
• Nahrání logu do PC.
7.2.4.3 Očekávaný výsledek měření
• Po aktivaci ukládání logu zařízení nalezne GPS signál a určí svoji polohu.
• Aplikace uloží NMEA log do paměti telefonu.
7.2.5 Průběh měření
Měření proběhlo za slunného letního počasí v dopoledních hodinách. Měření s mobilním
zařízením HTC Desire S proběhlo úspěšně (viz Obrázek 16). Po aktivaci příjmu GPS
signálu zařízení nalezlo signál GPS družic a určilo svoji polohu. NMEA log byl uložen a
úspěšně nahrán z telefonu do PC. Provedl jsem několik krátkých měření o délce 1 až 5
minut a jedno delší měření o délce 30 minut.
59
Obrázek 16: Měřící aparatura: telefon HTC na referenčním bodě
7.3 Vyhodnocení výsledků měření
Data z měření byla vyhodnocena pomocí aplikace PIEvaluator. Vyhodnotím data z
krátkého a z dlouhého měření. Výstupy předvedu přímo na výstupech z aplikace. Využiji
možnosti exportu dat do formátu CSV a s exportovanými daty z třicetiminutového měření
provedu hodnocení přesnosti lokalizace v souvislosti s DOP.
Jako souřadnice referenčního bodu jsem zadal jeho souřadnice v ETRS-89 (viz 7.2.3 ) z
Tabulky 3.
7.3.1 Vyhodnocení dat v aplikaci
7.3.1.1 Vyhodnocení krátkého měření
Na v pořadí druhém provedeném měření jsem otestoval funkčnost aplikace PIEvaluator.
Měření probíhalo po dobu 126 s. Výsledky, jak je vyhodnotila aplikace, jsou znázorněny v
Tabulce 3, na Obrázku 17 a na Obrázku 18.
Hodnoty průměrné přesnosti jsou poměrně vysoké. Tato nepřesnost může být dána
technickými parametry zařízení. Betonové skruže kolem bodu, které jsou poměrně vysoké,
mohly mít vliv na počet viditelných družic a také mohly způsobit vícecestné šíření signálu.
Hodnota spolehlivosti 100% značí, že za dobu měření od prvního fixu nedošlo k žádnému
výpadku lokalizační služby.
60
Tabulka 4: Výsledky krátkého měření zobrazené přímo v aplikaci
Průměrná horizontální přesnost 8,71 m
Průměrná vertikální přesnost 8,52 m
Průměrná prostorová přesnost 12,18 m
Kontinuita (délka maximálního výpadku) 0 s
TTFF 5 s
Spolehlivost po dobu měření 100 %
7.3.1.2 Vyhodnocení dlouhého měření
Výsledky měření o délce přibližně 30 minut (přesně 1774 s) jsou v Tabulce 5.
U tohoto měření je znatelný rozdíl oproti krátkému měření. Zatímco průměrná horizontálni
přesnost je v tomto případě značně horší, průměrná vertikální přesnost je lepší. Výsledná
průměrná prostorová přesnost je pak obdobná jako u krátkého měření. Zajímavé výsledky
nám poskytují grafické výstupy aplikace. Obrázek 20 a Obrázek 21 znázorňují, že velikost
horizontální a vertikální přesnosti se nejprve ustálí po počátečních výkyvech a pak vytrvale
klesá po celou dobu měření. Obrázek 19 ukazuje trajektorii "pohybu" přijímače k
referenčnímu bodu.
Hodnota spolehlivosti 100% značí, že za dobu měření nedošlo k jedinému výpadku
lokalizační služby.
61
Obrázek 18: Měření odchylky od referenčního bodu ve vertikální rovině v čase
Obrázek 17: Měření odchylky od referenčního bodu v horizontální rovině
Tabulka 5: Výsledky třicetiminutového měření
Průměrná horizontální přesnost 12,14 m
Průměrná vertikální přesnost 3,52 m
Průměrná prostorová přesnost 12,64 m
Kontinuita (délka maximálního výpadku) 0 s
TTFF 12 s
Spolehlivost po dobu měření 100 %
62
Obrázek 19: Měření odchylky od referenčního bodu v horizontální rovině, dlouhé měření
Obrázek 20: Průběh vellikosti horizontální odchylky v čase, dlouhé měření
Obrázek 21: Měření odchylky od referenčního bodu ve vertikální rovině v čase, dlouhé měření
7.3.2 Přesnost a DOP
Princip DOP byl již popsán v kapitole 3.5 . Jedním z cílů měření bylo zjistit, zda hodnoty
DOP v čase korelují s hodnotami skutečných odchylek v určení polohy. Pokud by tomu tak
bylo, mělo by to význam pro integritu zařízení, jelikož hodnoty DOP má přijímač k
dispozici a mohl by tak informovat uživatele o nízké přesnosti v případě vysoké hodnoty
DOP. Grafy hodnot odchylek a příslušných DOP z krátkého měření jsou na Obrázcích 22,
23 a 24.
Na Obrázku 22 vidíme průběh horizontální odchylky v čase a průběh HDOP. Skutečná
odchylka má stejně jako HDOP víceméně konstantní trend. Zajímavé jsou prudké výkyvy
HDOP až k hodnotě 500. Jelikož žádné jiné parametry nevykazují žádné podobné výkyvy,
je pravděpodobné, že tyto outliers jsou způsobeny chybou zařízení.
Průběh vertikální chyby a VDOP je znázorněn na Obrázku 23. VDOP střídavě osciluje
mezi dvěma hodnotami. Vertikální přesnost na začátku klesá až k nule a pak zase stoupá k
vyšším hodnotám, kde se ustálí. V průběhu VDOP není žádná taková změna patrná.
Obrázek 24 znázorňuje průběh prostorové odchylky a PDOP, tedy kombinaci obou
předchozích obrázků.
Zajímavější jsou naměřené hodnoty z třicetiminutového měření. Při zpracování dat jsem
nejprve manuálně odfiltroval nesmyslně vysoké hodnoty DOP (outliers). Jedná se
pravděpodobně o chybové hodnoty. Tyto hodnoty byly nahrazeny průměrem předchozí a
následující hodnoty DOP.
Na Obrázcích 25, 26 a 27 vidíme grafy skutečných odchylek a DOP. Klesající trend
velikosti odchylek je z naměřených hodnot zřejmý a byl již popsán v předchozí kapitole.
Hodnoty DOP vykazují na první pohled vyšší rozptyl a jejich trend není tak zřetelný. Aby
bylo možné porovnat trendy, provedl jsem filtraci dat DOP metodou plovoucího průměru
podle vzorce
x̂n = 1k ∑
i=1
k
x(n−i)+1 (21)
kde k = 50.
63
Jak vidíme, časový průběh HDOP a VDOP je velmi podobný i v nefiltrovaných datech. Na
filtrovaných datech DOP nebyla prokázána žádná spojitost s daty skutečných odchylek.
64
Obrázek 22: Graf vývoje horizontální chyby a HDOP v průběhu krátkého měření
Obrázek 24: Graf vývoje prostorové chyby a PDOP v průběhu krátkého měření
Obrázek 23: Graf vývoje vertikální chyby a VDOP v průběhu krátkého měření
65
Obrázek 25: Graf vývoje horizontální chyby a HDOP v průběhu dlouhého měření
Obrázek 26: Graf vývoje vertikální chyby a VDOP v průběhu dlouhého měření
Obrázek 27: Graf vývoje prostorové chyby a PDOP v průběhu dlouhého měření
7.4 Dynamické měření
Pro provedení dynamického měření je zapotřebí mít dva zaměřené referenční body, mezi
kterými se lze pohybovat konstantní rychlostí. Referenční body je možné zaměřit například
na nevytížené komunikaci a pro pohyb konstantní rychlostí lze využít automobil s
tempomatem. Pro účel otestování aplikace jsem zvolil data, která byla naměřena během
cesty vlakem na trati z Kolína do Prahy. Vybral jsem část přímého úseku, na kterém se vlak
pohyboval přibližně konstantní rychlostí. Za referenční body jsem zvolil naměřené body na
začátku a na konci úseku. Obrázek 30 znázorňuje referenční body na mapě. Průměrné
hodnoty přesnosti jsou v Tabulce 7. Na Obrázku 28 je grafický výstup aplikace
znázorňující polohu naměřených bodů vzhledem k referenční úsečce.
66
Tabulka 7: Výsledky dynamického měření
Průměrná horizontální přesnost 6,69 m
Průměrná vertikální přesnost 0,8 m
Obrázek 28: Poloha naměřených bodů vzhledem k referenční úsečce
Tabulka 6: Údaje referenčních bodů
Bod Souřadnice WGS-84 Nadmořská výška [m] Čas průjezdu (UTC)
A 50.07455695, 14.74849293 267,1 05:24:23
B 50.0721812, 014.738185 266,1 05:24:50
7.5 Diskuze
Tímto jsem ukázal možnosti využití aplikace při statickém a dynamickém měření
performačních indikátorů. Díky možnosti exportovat naměřená data do formátu CSV jsem
provedl analýzu průběhu přesnosti lokalizace a DOP při statickém měření. Mezi
uvedenými veličinami nebyla v takto krátkém měřeném intervalu nalezena souvislost a to
ani v krátkém dvouminutovém ani v delším půlhodinovém intervalu měření.
67
Obrázek 30: Referenční body dynamického měření. www.mapy.cz
Obrázek 29: Naměřené body vzhledem k referenční úsečce ve vertikální rovině
8 Závěr
Ve své práci jsem zpracoval vývoj GNSS systémů a jejich současný stav. Zaměřil jsem se
na systémy GPS, GLONASS a Galileo. V současné době je nejvýznamnějším systémem
americký GPS, který za dobu své existence umožnil rozvoj aplikací založených na
družicové technologii. Probíhající modernizace systému na třetí generaci GPS III přinese
díky zlepšení přesnosti, spolehlivosti a integrity další možnosti aplikace družicových
technologií v telematických systémech. Ruský systém GLONASS je v plně operačním
stavu teprve krátkou dobu a jeho význam mimo oblast Ruska a ruské armády spočívá
především v možnosti využít zařízení, která kombinují signály GPS a GLONASS pro
zlepšení parametrů lokalizační služby. Evropský systém Galileo má velké ambice stát se
důležitým systémem pro civilní sektor, avšak z důvodů komplikací během vývoje a
implementace a také nedostatku finančních prostředků na jeho realizaci se termín plného
zprovoznění systému neustále odkládá.
Hlavní přínos této práce spatřuji ve vytvoření softwaru pro vyhodnocení telematických
performačních indikátorů v oblasti GNSS. Performační indikátory daného zařízení
vyjadřují jeho použitelnost pro telematické aplikace. Přínos vytvořené aplikace spočívá v
tom, že je univerzální a lze ji použít pro hodnocení libovolného zařízení podle NMEA
logu. Výstupem aplikace jsou přímo hodnoty performačních indikátorů. Přesnost polohové
informace je jedním ze základních parametrů v telematických aplikacích využívajících
družicovou navigaci. Pomocí vytvořené aplikace lze hodnotit jak statickou, tak
dynamickou přesnost. Grafické výstupy aplikace názorně ukazují průběh měření přesnosti,
tedy polohu naměřených bodů vzhledem k referenci a časový průběh velikosti chyby
během měření. Možnost exportu naměřených dat do formátu CSV umožňuje provádět s
daty libovolné další analýzy v prostředí tabulkového procesoru. Software je tedy možné
použít pro hodnocení použitelnosti různých zařízení při návrhu a implementaci
telematických systémů. Aplikace je vytvořena v programovacím jazyku Java a je tedy
univerzální a použitelná v různých operačních systémech.
V rámci své práce jsem provedl měření v terénu pro účel otestování funkčnosti softwaru.
Na naměřených datech jsem hledal závislost mezi parametrem přesnosti udávaným
samotným zařízením v podobě DOP a skutečnou naměřenou přesností. DOP udává
teoretickou přesnost na základě aktuální konfigurace družic. Jedná se o parametr, který je
68
vyhodnocován samotným zařízením a má tedy teoretický význam pro integritu systému.
Analyzoval jsem tedy závislost mezi reálnou přesností a DOP na datech z krátkého měření,
které trvalo 2 minuty a z dlouhého měření, které trvalo 30 minut. Po vyhodnocení výsledků
jsem dospěl k závěru, že mezi reálnou chybou polohové informace a DOP žádná závislost
není. Analýza tedy přinesla důležitý poznatek, že hodnoty DOP nelze automaticky využívat
při zjišťování přesnosti lokalizace a nelze je použít ani pro integritu zařízení.
Vytvoření evaluační aplikace, její otestování na reálných datech a analýza závislosti reálné
přesnosti a DOP znamená přínos a nové poznatky pro návrh telematických aplikací.
69
9 Seznam použitých zdrojů
[1] DePriest, D. NMEA data. Accessed May 2012. Dostupné z:
http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm
[2] Rapant, P. Družicové polohové systémy. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická
univerzita Ostrava, 2002. ISBN 80-248-0124-8.
[3] Bureš, P. Telematické aplikace - (dynamická) navigace. Přednáška předmětu Měření
a zpracování dat v dopravě. FD ČVUT, 2010.
[4] Official U.S. Government information about the Global Positioning System (GPS)
and related topics. Last update April 2012. Dostupné z:
http://www.gps.gov/systems/gps/
[5] Pogge, R. W. Real-World Relativity: The GPS Navigation System. April 2009.
Dostupné z: http://www.astronomy.ohio-state.edu/~pogge/Ast162/Unit5/gps.html
[6] GPS Block III. Dostupné z: http://www.deagel.com/C3ISTAR-Satellites/GPS-
Block-III_a000238005.aspx
[7] http://czepos.cuzk.cz/_servicesProducts.aspx
[8] GLONASS. Encyklopedia Astronautica. Dostupné z:
http://www.astronautix.com/craft/glonass.htm
[9] Vnoukova, N. Start of GLONASS. Information Satellite Systems, October 2007.
Reshetnev Company. s. 24-26. Dostupé z: http://www.iss-
reshetnev.com/images/File/magazin/2007/m2-screen_en.pdf
[10] McDermott, R. N. Russia's Conventional Armed Forces and the Georgian War. US
Army War College: Parameters, Spring 2009. s. 65-80.
[11] Russia restores its orbital GLONASS group - official. The voice of Russia,
3.10.2011. Dostupné z: http://english.ruvr.ru/2011/10/03/58065478.html.
[12] 3 GLONASS satellites in final orbit. ITAR-TASS News Agency, 5.11.2011.
Dostupné z: http://www.itar-tass.com/en/c32/264486.html.
[13] Revnivykh, S. GLONASS Status and Modernization. 6th International Committee
on GNSS, September 2011.
70
[14] Webové stránky Evropské kosmické agentury ESA. http://www.esa.int
[15] Informace o Galileu na webových stránkách Evropské komise.
http://ec.europa.eu/enterprise/policies/satnav/galileo/
[16] Langley, R. B. Dilution of Precision. GPS World, May 1999. Dostupné z:
http://gauss.gge.unb.ca/papers.pdf/gpsworld.may99.pdf.
[17] Yuen, M. F. Thesis: Dilution of Precision (DOP) Calculation for Mission
Planning Purposes. Monterey, California: Naval Postgraduate School, March 2009.
[18] Sources of Errors in GPS. April 2009. Dostupné z:
http://www.kowoma.de/en/gps/errors.htm
[19] Svítek, M. Intelligent Transport Systems – Architecture, Design methodology and
Practical Implementation, Key-note lesson, 5th WSEAS/IASME Int. Conf. on
systems Theory and Scientific Computation. Malta: 2005.
[20] Svítek, M., Zelinka, T. Communications Solutions for ITS Telematic Subsystems
WSEAS Transactions on Business and Economics Issue 4 (2006), Vol. 3. ISBN
1109–9526
[21] Svítek, M., Zelinka, T. Nové směry v telekomunikačních řešeních pro telematiku,
Sborník přednášek konference TELEMATIKA pro regionální dopravu 2006, Brno,
2006.
[22] Svítek, M., Zelinka, T.: Communication solution for Vehicles Navigation on the
Airport territory. Proceedings of IEEE Intelligent Transport Systems Society
Conference, Istanbul, 2007.
[23] Movable Type Scripts - Vincenty formula for distance between two
Latitude/Longitude points. Dostupné z: http://www.movable-
type.co.uk/scripts/latlong-vincenty.html
[24] ETRS-89. FD ČVUT, 2009. Dostupné z:
http://transformace.webst.fd.cvut.cz/ETRS.htm
[25] JTSK to WGS. Dostupné z:
http://www.alena.ilcik.cz/gps/souradnice/JTSKtoWGS.htm
71
Přílohy - obsah přiloženého CD
Složka PIEvaluator NetBeans projekt aplikace
složka src Zdrojové kódy
složka dist Zkompilovaná aplikace ve formátu JAR
Složka data Naměřená data
BP_Konrad_Tvrdy.pdf Text bakalářské práce
PIEvaluator.jar Zkompilovaná aplikace
72
