GPS az építőmérnöki gyakorlatban

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

2. Valósidejű kinematikus helymeghatározás (RTK) DXAP, DYAP, DZAP Adatátvitel: rádió adó-vevő; GSM telefon; GPRS-EDGE-3G mobil internet Eszközök: korábban L1 (néhány km), ma L1&L2 (akár 30-40 km)

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

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

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

6. Geodéziai alkalmazások - Munkagépvezérlés

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

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

9. Geodéziai alkalmazások

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

11. Térinformatikai alkalmazások Mobil térképezés

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

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

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

15. A földi követőállomások alrendszere GLONASS

16. A felhasználók alrendszere

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

18. A műholdak alrendszere • Műholdpályák • Kb. 23 616 kmpályamagasság (period 14 h 04 min) • 30 (27+3) műhold • Közelítőleg körpályák • 3pályasík • Inklinációkb. 56° GALILEO

19. Az alrendszerek kapcsolata • 27+3 műhold 3 pályasíkon • pályamagasság 23 616 km • inklináció: 56° Űrszegmens • 2 (3) kontrollközpont • 5telemetria, trackking és kontrollállomás • 10 uplink állomás • 30 követőállomás Földi követőállomások alrendszere

20. Sugárzott jelek E5A Signal: E1-B/C Signal: E5B Signal: Data +Pilot Data + Pilot Data +Pilot E6C Signal: BPSK mod. BOC(1,1) mod. BPSK mod. Data + Pilot Rc =10.23 Mcps Rc =1.023 Mcps Rc =10.23 Mcps E6P Signal: BPSK mod. Rs =50 sps E1-A Signal: Rs =250 sps Rs =250 sps BOCcos (10,5) mod. Rc =5.115 Mcps OS/CS OS/CS/SOL BOCcos (15,2.5) mod. OS/CS/SOL Rc =5.115 Mcps Rs =1000 sps Services Services PRS Service Services PRS Service CS Service Frequency (MHz) 1191.795 MHz 1278.75 MHz 1575.42 MHz E5 Signal: AltBOC (15,10) mod. • 3 vivőfrekvencia (E1, E5, E6) – lehetővé teszi az ionoszféra hatásának pontosabb modellezését; • számos sugárzott jel, a különböző szintű alkalmazásokra (nem mindegyik lesz ingyenes)

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

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

23. Műholdas kiegészítő rendszerek • A koordinátameghatározás pontossága kb. 2 méterre javul az EGNOS jelek vétele esetén (javított ionoszféra, pálya és óramodellek); • probléma a GEO műholdak észlelése különösen városi környezetben (viszonylag alacsony szög alatt látszanak); • integritás információ is rendelkezésre áll; • - A nyílt szolgáltatás (Open Service) 2009. január 1-től elérhető. • - SoL és kereskedelmi szolgáltatások 2010-től várhatóak (már nincs túl sok idő erre).