2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Konrad Bajer
Uniwersytet [email protected]
Instytut Geofizykiwww.igf.fuw.edu.pl
Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczymodiee.geo.uw.edu.pl
Center for Small-Scale Atmospheric Researchcessar.fuw.edu.pl
Pomiary za pomocą GPS
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Cel zajęć warsztatowych
•Dlaczego naukę posługiwania się GPS i wykonywanie pomiarów nazywamy badaniem•Naukowe podstawy działania GPS i wykonywania pomiarów•Procedury pomiarowe•Wprowadzanie i analiza danych
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Do czego potrzebujemy GPS w badaniach GLOBE?
Podajemy lokalizację szkoły i lokalizacje poszczególnych stanowisk pomiarowych
Wprowadzamy dokładne współrzędne, które umożliwiają przestrzenną analizę danych
Lokalizacja podana jest w formacie, który jest jednakowy dla całego świata (w przeciwieństwie do współrzędnych mapy
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Czym jest GPS ?
24 satelity na orbitach wokółziemskich
Wyznaczanie pozycji, nawigacja i precyzyjny pomiar czasu
Działają 24 godziny na dobę przy każdej pogodzie
Używane wszędzie tam, gdzie potrzebna jest dokładna znajomość położenia
NAVSTAR GPS
Navigation Satellite Timing
And Ranging System
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Z czego składa się GPS?
ww
w.m
ont
ana
.edu
/pla
ces/
gp
s
Satelity na orbicie
Kontrola naziemna
Użytkownicy
1978 Pierwszy satelita Block 1 umieszczony na orbicie w roku.
1986 Katastrofa Challengera opóźnia budowę systemu.
1989 Pierwszy satelita Delta 2.
System GPS jest pod kontrolą Departamentu Obrony USA
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
•Okres obiegu ok. 12 h
•Codziennie wyłaniają się znad horyzontu o 4 min. wcześniej
• 24 satelity w sześciu płaszczyznach orbitalnych nachylonych pod kątem 55 do płaszczyzny równika. Wysokie orbity są stabilne
• Odległość od Ziemi ok. 20 000 km.
• Dla porównania satelity TV (geostacjonarne) 42,245 km
28 na orbicie
(maj 2003)
minimum: 24
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Orbity są tak zaprojektowane, że w każdym miejscu na Ziemi, w każdym momencie „widać” conajmniej 4 satelity
Satelity nadają zsynchronizowany sygnał czasu co 15 sekund Odbiornik GPS oblicza swoje położenie na podstawie względnych
opóźnień między sygnałami, które do niego docierają Odbiornik musi „widzieć” minimum 3 satelity, żeby obliczyć
długość i szerokość geograficzną, a 4 satelity, żeby obliczyćrównież wysokość
Sygnały czasu są zsynchronizowane z dokładnością do nanosekund(0,000000001 s). W czasie jednej ns sygnał przebywa ok. 30cm
Dokładność pomiaru ręcznym odbiornikiem jest na całym świecienie mniejsza niż 10-15m a zwykle jest znacznie lepsza
Jak działa GPS?
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Długość i szerokość geograficzna
1° długości geograficznej = ~111 km
1° szerokości geograficznej = ~111 km
1° długości geograficznej = 0 km
Deklinacja magnetyczna
Bieguny magnetyczne nie pokrywają się z geograficznymi. Bieguny magnetyczne powoli się przemieszczają
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS — e
diti
on
.cn
n.c
om
/inte
ract
ive
/te
ch/0
20
3/n
ort
h.p
ole
/fra
me
set.
exc
lud
e.h
tml/
Ruch wiekowy
Ruch dobowy
ww
w.geolab.nrcan.gc.ca/g
eomag/daily_m
vt_nmp_e
.shtml
Zmiany polaryzacji
Ruch bieguna magnetycznego
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
http://napieraj.pl/xoops/modules/wfsection/article.php?articleid=121
Mapa deklinacjimagnetycznej.W Polsce deklinacja jest niewielka, ale np.w Nowej Zelandiisięga 20°
Mapa deklinacji magnetycznej
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
http://gsc.nrcan.gc.ca/geomag/field/mdcalc_e.phpZnajomość deklinacji w miejscupomiaru GPS jest nam potrzebna
1) przy pomiarze pośrednim GPS (jesli jest potrzebny)
2) w protokole pomiaru ozonu (badania atmosfery)
Można też pobrać globalny modelpola magnetycznego i uruchomićna własnym komputerze
Kalkulator deklinacji magnetycznej
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Jaką wysokość mierzy GPS?
GPS mierzy wysokośćwzględem elipsoidy
Wysokość topograficznajest mierzona względem geoidy
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Elipsoida i geoida
1. Ocean2. Elipsoida3. Pion lokalny4. Kontynent5. Geoida
Geoida jest teoretyczną powierzchnią, na której potencjał siły ciężkości Ziemi jest stały, równy potencjałowi siły ciężkości na średnim poziomie mórz otwartych i przedłużoną umownie pod powierzchnią lądów.
Model geoidy jest zbyt skomplikowany by byłzapisany w GPS.Dlatego używa sięelipsoidy
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
http://sps.unavco.org/geoid/
Your Input Coordinates and GPS Height:
Latitude = 52.25° N = 52° 15' 0" N Longitude = 16.2° E = 16° 11' 60" E GPS ellipsoidal height = 280 (meters) Geoid height = 37.054 (meters) Orthometric height (height above mean sea level) = 242.946 (meters) (note: orthometric Height = GPS ellipsoidal height - geoid height)
Kalkulator geoidy oblicza dla danych współrzędnych geograficznych wysokość geoidy względem elipsoidy
(elewacja GPS) – (wysokość geoidy)= (wysokość ortometryczna)
Kalkulator geoidy
-106 m < Wysokość geoidy < 85 m
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Przyrządy: odbiornik GPS i kompas
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Pomiary
Pomiary za pomocą GPS Szerokość geograficzna Długość geograficzna Wysokość (nad elipsoidą)
Pomiar pośredni GPS(jeśli konieczny)
Północ geograficzna („prawdziwa”) Szerokość geograficzna
(z uwzględnieniem poprawki) Długość geograficzna Wysokość
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Odbiorniki GARMIN
GPS 12 GPS 72
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Ekrany GARMINa 12
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Klawisz “Quit” wybiera ekran “Status” Klawisz „Page” wybiera ekran „Position”
Ekran „status” i „position”
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
GarminGPS 12
tuż po włączeniu
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
W miarę jak satelity są odbieranewyświetlana jest ich pozycja na niebie i siła odbieranego
sygnału
Szare słupki pokazują satelity,które są odbierane, ale nie sązarejestrowane („lock in”)
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Kiedy 4 satelity są zarejestrowane
(„locked in”), odbiornikmoże obliczyć położenie
Słupki stają się czarne.
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Jeśli liczba zarejestrowanych satelitów jest zbyt mała lub ich geometria jest niekorzystna pojawia się napis „2D Navigation”. Wtedy wysokość nie jest obliczana.
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
“3D Navigation”oznacza, że odbiór jest dobry i wysokość jest obliczana
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Na ekranie (stronie) “Position Page” ważne są
• Kurs (bearing)• Wysokość• Szerokość i długość geograficzna• Czas (UT)
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Zbieranie danych: Instrukcje i Arkusze pomiarowe
Instrukcje (Field/Lab Guides):• Instrukcja do protokołu pomiaru GPS
(GPSField Guide)• Instrukcja do protokołu pomiaru pośredniego GPS
(Offset GPS Protocol Field Guide)
Arkusze pomiarowe (Data Sheets):• Arkusz danych stanowiska badań GPS
(GPS Investigation Site Location Data Sheet)• Arkusz danych badania GPS
(Investigation Data Sheet)• Arkusz danych pomiarów pośrednich GPS
(Offset GPS Measurements Data Work Sheet)
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Protokół pomiaru GPS
• Trzymaj odbiornik pionowo z dala od ciała• Zaczekaj aż odbiornik zarejestruje sygnał
co najmniej 4 satelitów• Dokonaj 5 pomiarów w odstępach 1 min.
• Szerokości geograficznej• Długości geograficznej• Wysokości• Czasu• Liczby satelitów• 2D czy 3D
• Uśrednij wyniki pomiarów
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Arkusz pomiarowy GPS
Należy wykonać pięć pomiaróww odstępach ok. 1 minutyi w odległości nie większej niż 1 m
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Arkusz danych stanowiska pomiarowego
Rodzaj stanowiska (pomiary atmosferyczne, hydrologiczne, etc.)
Opis stanowiska (max 25 znaków
Średnia szerokość geograficzna (w formacie 56.8462 N)
Średnia długość geograficzna (w formacie 102.9073 W)
Czas (uniwersalny) pierwszego pomiaru (w formacie 18:47:78)
Typ odbiornika GPS (producent, numer seryjny)
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Protokół pomiaru pośredniego GPS
• Wyznacz „prawdziwy” kierunek północny (północ geograficzna)
• Idź dokładnie na północ lub dokładnie na południe od stanowiska badawczego, aż odbiornik GPS pokaże dobry odbiór
• Zmierz odległość od miejsca pomiaru pośredniego, w którym się znajdujesz do stanowiska badawczego, z którego wyszedłeś
• Podziel przez (11 metrów/.0001 stopnia) aby otrzymać poprawkę do szerokości geograficznej
• Na półkuli północnej dodaj (jeśli pomiar wykonałeś na południe od stanowiska badawczego) lub odejmij (jeśli pomiar wykonałeś na północ od stanowiska badawczego) poprawkę do zmierzonej szerokości geograficznej
• Zanotuj skorygowane pomiary GPS
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Arkusz pomiaru pośredniego
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Wprowadzanie danych
Krok 1: Wybierz “Define, Edit lub Update a Site” formularza danych stanowiska badawczego
Step 2: Wybierz stanowisko badawcze, dla którego chcesz wprowadzać dane
Step 3: Wprowadź dane z pomiaru GPS
Step 4: Potwierdź wprowadzone dane na stronie weryfikacyjnej
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Wprowadzanie danych
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Wprowadzanie danych
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Wprowadzanie danych
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Wprowadzanie danych
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Wprowadzanie danych
2005
Protokół pomiarów GPS
GPS —
Graficzne przedstawianie danych