GPS az építőmérnöki gyakorlatban

Valósidejű kinematikus mérések (RTK). Kitűzések (munkagépvezérlés). Mozgásvizsgálatok. Térinformatika,

navigáció. A GNSS fogalma, néhány további műholdrendszer.

Valósidejű kinematikus helymeghatározás (RTK)

XAP, YAP, ZAP

Adatátvitel: rádió adó-vevő; GSM telefon; GPRS-EDGE-3G mobil internet

Eszközök: korábban L1 (néhány km), ma L1&L2 (akár 30-40 km)

Valósidejű kinematikus helymeghatározás (RTK)

A referenciaállomás elemei:• GPS vevő és antenna;• RTK szoftver (a vevőbe építve);• rádiókapcsolat (v. mobil internet, stb.);• adatbeviteli lehetőség (antennamag, a referenciaállomás koordinátái, stb.)

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

A valósidejű kinematikus mérések tulajdonságai

-Szélesebb körű felhasználási lehetőség (valós idejű koordinátamegoldás miatt pl. kitűzés, valós idejű mozgásvizsgálatok);

- Alacsonyabb helymeghatározási pontosság (1-2cm vízszintes, 2-4 cm magassági, míg statikus méréssel a néhány mm is elérhető);

- Szükségünk van referenciaállomás(ok)ra (relatív helymeghatározási technika), melyek valós idejű kommunikációs berendezésekkel vannak ellátva;

- Min. 5 műhold egyidejű észlelése szükséges;

- A bázisvonal max. hosszát nem csak az inicializálás, hanem a kommunikációs eszközök hatótávolsága is befolyásolja;

Geodéziai alkalmazásokKitűzések

- A feladat jellegéből fakadóan valós idejű technika szükségeltetik;

- A geodéziai pontossági igények miatt csak az RTK mérési eljárás jöhet szóba, DGPS vagy absz. kódmérés nem.

- Figyelembe kell vennünk az eltérő vízszintes, és magassági pontosságot!

- Az alkalmazás szempontjából figyelembe kell vennünk a GNSS technika sajátosságait (égboltra való rálátás, elektromos interferencia, műholdgeometria, stb.);

- Kombinált mérési eljárásnál (mérőállomás + GPS) biztosítanunk kell az alappont-koordináták összhangját, és figyelembe kell venni a transzformációs eljárások sajátosságait is.

- Vigyázat! A beépített transzformációs eljárások VETÜLETI koordinátákat eredményeznek, nem pedig a kitűzési hálózatban meghatározott koordinátákat!

Geodéziai alkalmazások - Munkagépvezérlés

Geodéziai alkalmazások – Munkagépvezérlés (mmGPS)

Speciális forgó lézer a magasságmeghatározáshoz +GPS a vízszintes koordináták meghatározásához

Geodéziai alkalmazásokMozgásvizsgálatok

- Ismernünk kell a mozgások várható mértékét, és időbeli lefolyását a megfelelő módszer kiválasztásához (statikus mérés, kinematikus mérés v. valós idejű kinematikus mérés).

- Mozdulatlannak tekinthető alappontok vannak-e a környezetben? Ha igen, milyen távolságban?

- A vizsgálati pontok kiválasztásánál figyelembe kell vennünk a GPS mérések szempontjait (többutas terjedés, kitakarások, stb.)

- A pontállandósítás során ügyelni kell a megfelelő alapozásra, az antenna-elhelyezés optimális megválasztására (pl. antennatartó rúd).

- Permanens állomások alkalmazása (tápellátás, kommunikáció, felügyelet).

Geodéziai alkalmazások

Térinformatikai alkalmazások

Térinformatikai adatgyűjtés

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

Térinformatikai alkalmazások

Mobil térképezés

Navigációs alkalmazásokNavigáció

- Nem elég azt tudnom, hogy hol vagyok (helymeghatározás)!

- Azt is kell tudnom, hogy a célomhoz hogyan jutok el (navigáció)!

- A GPS vevő csak egy helymeghatározó eszköz a navigációs berendezésekben, amelyet gyakran kombinálnak egyéb érzékelőkkel (pl. ABS jeladó, inerciális navigációs eszköz – IMU, gyorsulásmérő, lépésszámláló, stb.)

- Általában a GPS adja a pozíciók referencia-értékét, problémás helyeken pedig az egyéb szenzorok adatai is felhasználásra kerülnek.

- A helymeghatározáson kívül ugyanilyen fontos a megfelelő térképi adatbázis, illetve a megfelelő útoptimalizálási eljárások, valamint a navigációs információk közlésének módja.

Egyéb műholdrendszerek

Globális navigációs műholdrendszerek (Global Navigation Satellite Systems – GNSS):

- NAVSTAR GPS (USA)- GLONASS (Oroszország)- GALILEO (Európa)- COMPASS (Kína)

Műholdas kiegészítőrendszerek (Satellite Based Augmentation Systems – SBAS):

- WAAS (USA-Kanada)- EGNOS (Európa)- MSAS (Japán)

A felhasználók szempontjából fontos - az interoperabilitás, több műholddal pontosabb helymeghatározást lehet elérni;- a rendelkezésre állás és az integritás.

A műholdak alrendszereG

LON

ASS

• 24 műhold 3 pályasíkon

• Pályák (h=19140 km, 64,8o inklináció, 120o a felszálló csomó hosszak között)

• Min 4 műhold / pályasík

• keringési periódus 8/17 csillagnap (8 naponta ismétlődik a műholdkonfiguráció)

• minden műhold saját azonosítóval rendelkezik, és eltérő frekvenciákon sugároz. (12).

• A műholdakon atomórák biztosítják a stabil időjelet.

A földi követőállomások alrendszereG

LON

ASS

A felhasználók alrendszere

GAL

ILEO

Egyéb műholdrendszerek

Motivációk:

- a GPS katonai ellenőrzés alatt álló rendszer (1 nap kiesés Európának kb. 1 mrd EUR-ba kerülne) -> legyen egy civil ellenőrzésű rendszer;

- SAR (Search and Rescue) alkalmazások (kétirányú kommunikációs lehetőség az SAR alkalmazások támogatására);

- Integritásinformációs sugárzása;

- fejlettebb eszközök alkalmazása a GPS-hez képest;

- technológiai előrehaladás – fontos piacot lehet teremteni az európai űrtechnológiában érdekelt vállalkozásoknak;

- 2013/14-től várható

A műholdak alrendszereG

ALIL

EOMűholdpályák• Kb. 23 616 km pályamagasság (period 14 h 04 min)

• 30 (27+3) műhold

• Közelítőleg körpályák

• 3 pályasík

• Inklináció kb. 56°

19

• 27+3 műhold 3 pályasíkon• pályamagasság 23 616 km• inklináció: 56°

• 2 (3) kontrollközpont• 5 telemetria, trackking és kontrollállomás• 10 uplink állomás• 30 követőállomás

Űrszegmens

Földi követőállomások alrendszere

Az alrendszerek kapcsolata

1278

.75

MH

z

E6P Signal:BOCcos(10,5) mod.Rc=5.115 McpsPRS Service

E6C Signal:Data + PilotBPSK mod.Rc=5.115 McpsRs=1000 spsCS Service

1575

.42

MH

z

E1-A Signal:BOCcos(15,2.5) mod.PRS Service

E1-B/C Signal: Data + PilotBOC(1,1) mod.Rc=1.023 McpsRs=250 spsOS/CS/SOLServices

1191

.795

MH

z

E5A Signal:Data+PilotBPSK mod.Rc=10.23 McpsRs=50 spsOS/CSServices

E5B Signal: Data+PilotBPSK mod.Rc=10.23 McpsRs=250 spsOS/CS/SOLServices

Frequency(MHz)

E5 Signal: AltBOC(15,10) mod.

Sugárzott jelek

-3 vivőfrekvencia (E1, E5, E6) – lehetővé teszi az ionoszféra hatásának pontosabb modellezését;- számos sugárzott jel, a különböző szintű alkalmazásokra (nem mindegyik lesz ingyenes)

Műholdas kiegészítő rendszerek

21

EGNOS

GPS szerű jel Differenciális korrekciók

Integritás információk

+ pontosság+ elérhetőség+ folytonosság

+ biztonság

GEO

Távmérő és integritás monitorozó állomások (RIMS)

Műholdas kiegészítő rendszerek (EGNOS)

Műholdas kiegészítő rendszerek

-A koordinátameghatározás pontossága kb. 2 méterre javul az EGNOS jelek vétele esetén (javított ionoszféra, pálya és óramodellek);

- probléma a GEO műholdak észlelése különösen városi környezetben (viszonylag alacsony szög alatt látszanak);

- integritás információ is rendelkezésre áll;

- A nyílt szolgáltatás (Open Service) 2009. január 1-től elérhető.

- SoL és kereskedelmi szolgáltatások 2010-től várhatóak (már nincs túl sok idő erre).