I N Ż Y N I E R I A R U C H U M O R S K I E G O 2 00 5
ZESZYTY NAUKOWE NR 6(78)
AKADEMII MORSKIEJ
W SZCZECINIERyszard Bober, Piotr Grodzicki, Zenon Kozłowski, Adam Wolski
Badania sygnałów DGPS ze stacji Dziwnów
na obszarze portu Szczecin
Przedstawiono wyniki badań nad możliwością wykorzystania sygnałów ze
sta-cji referencyjnej DGPS w Dziwnowie na terenie portu w Szczecinie.
The Study on the DGPS Correction Signals
in the Port of Szczecin
The paper presents results of research aimed at possible applications of refer-ence corrections to the GPS from Dziwnów Station within the port of Szczecin.
Wstęp
Port Szczecin jest jednym z największych portów w Polsce. Wraz z intensy-fikacją ruchu statków na obszarze portu wzrasta zapotrzebowanie na dokładne określenie pozycji statku w stosunku do granic toru wodnego, szczególnie w po-rze nocnej i przy ograniczonej widzialności.
Jednym ze sposobów dokładnego określenia pozycji jest radionawigacyjny system DGPS powszechnie wykorzystywany na morzu. Na obszarze portu Szczecin istnieje możliwość korzystania z systemu DGPS opartego na popraw-kach nadawczych ze stacji referencyjnej Dziwnów.
Celem badań było określenie możliwości korzystania z poprawek referen-cyjnych nadawanych ze stacji Dziwnów, przeznaczonych do określania pozycji na Bałtyku, na terenie portu w Szczecinie.
1. Obszar badań
Badania prowadzono w porcie w Szczecinie w trzech wybranych punktach geodezyjnych (tabela 1):
• A zachodni koniec nabrzeża Albańskiego w rejonie portu wolnocło-wego,
• B południowy koniec nabrzeża Holenderskiego w rejonie przeładunku towarów drobnicowych,
• C północny koniec nabrzeża Katowickiego w rejonie przeładunku ła-dunków masowych.
Tabela 1 Współrzędne geodezyjne punktów pomiarowych
Źródło: Zasoby geodezyjne Urzędu Morskiego w Szczecinie.
2. Metody badawcze
Dane o sygnale i pozycji rejestrowano używając odbiornika GPS Leica MX 9212 i odbiornika poprawek referencyjnych Leica MX 50R. Antenę odbiorczą systemu umieszczano nad wyznaczonymi punktami sieci geodezyjnej Polski, znajdującymi się na nabrzeżach (tabela 1). W każdym z wymienionych punktów przeprowadzono w maju i czerwcu 2005 roku trzy dwunastogodzinne sesje
po-Nr punktu Szerokość Długość
A 53° 25' 28,7647" N 014° 34' 27,588" E B 53° 26' 06,1024" N 014° 34' 50,880" E C 53° 24' 34,6976" N 014° 36' 42,084" E
miarowe. Pomiary wykonywano w tych samych porach dnia, tzn. pomiędzy godz. 16.00, a godz. 05.00 następnego dnia. Warunki pogodowe w czasie sesji pomiarowych były stabilne i porównywalne – pogoda wyżowa bez zjawisk at-mosferycznych. Po wykonanych pomiarach dokonano analizy wyników stosując program STATISTICA. Określono dla poszczególnych punktów pomiarowych:
pozycję średnią punktu pomiarowego,
dokładność określenia pozycji (p = 95%),
poziom sygnału ze stacji referencyjnej (SS),
stosunek sygnał/ szum (S/N).
3. Wyniki badań
Według producenta odbiornik używany podczas pomiarów pracuje w trybie DGPS wówczas, kiedy poziom sygnału (SS) jest równy lub większy od 9 dBμ, a stosunek sygnał/szum (S/N) nie mniejszy niż 6 dB.
Tabela 2 Wyniki pomiarów Sygnał Punkt pomiarowy Poziom sygnału (SS)
[dBμ] Stosunek sygnał/szum (S/N) [dB] Promień koła
błędów [m]
Przesunięcie pozycji średniej [m]
max min średni max min średni
A 37 36 36,08 17 13 16,00 1,81 0,24 B 38 37 37,01 20 15 17,24 2,11 0,39 C 39 35 36,77 17 7 14,69 4,05 1,43
Źródło: opracowanie własne.
Na rysunkach 2, 5, 8 i w tabeli 2 przedstawiono poziom sygnału (SS) w czasie pomiarów dla punktów A, B i C. Minimalne wartości poziomu sygnału
obserwowane na badanym akwenie wynosiły 35 dBμ a maksymalne 39 dBμ.
35,4 35,6 35,8 36 36,2 36,4 36,6 36,8 37 37,2 1 251 501 751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001 Czas [10s]
Rys. 2. Wykres zmian poziomu sygnału w punkcie geodezyjnym „A” (nab. Albańskie)
Na rysunkach 3, 6, 9 i w tabeli 2 zaprezentowano zmiany stosunku sy-gnał/szum (S/N) dla poszczególnych punktów pomiarowych. Stwierdzono, że wartości minimalne wynosiły 12 dB, a maksymalne 20 dB. Wykonane pomiary wykazały, że otrzymywane sygnały spełniały wymagania producenta odbiornika odnośnie jego prawidłowej pracy.
P o zio m s y g n a łu ( S S ) [ d B ]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1 251 501 751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001 Czas [10s] Sto s u n e k s y g n a ł/ s zu m [d B ]
Rys. 3. Wykres zmian stosunku poziomu sygnału do szumów S/N punkcie geodezyjnym „A” (nab. Albańskie)
Na rysunkach 4, 7 i 10 przedstawiono statystyki rozkładów pozycji punk-tów A, B i C względem wzorców, którymi były w każdym przypadku pozycje geodezyjne. Dwuwymiarowy rozkład pozycji opisują elipsy błędu odpowiadają-ce prawdopodobieństwu P = 0,95 w stosunku do pozycji średniej (mean
coordi-nates). Dodatkową informacją jest przedstawienie błędu w formie kołowej,
śro-dek okręgu leży również w punkcie pozycji średniej. Przesunięcie pozycji śred-niej wynosiło 0,24 m dla punktu A, 0,39 m dla punktu B i 1,43 m dla punktu C. Kierunki przesunięcia pozycji średniej w stosunku do pozycji odniesienia poka-zano na rys. 4.
33 34 35 36 37 38 39 40 1 251 501 7511001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 27513001 3251 3501 3751 Czas [10s]
Rys. 5. Wykres zmian poziomu sygnału w punkcie geodezyjnym „B” (nab. Holenderskie)
. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1 251 501 751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 Czas [10s] S to s u n ek s yg n ał /s zu m [ d B ]
Rys. 6. Wykres zmian stosunku poziomu sygnału do szumów S/N w punkcie geodezyjnym „B” (nab. Holenderskie)
Rys. 7. Rozkład danych z pomiaru w punkcie geodezyjnym „B” (nab. Holenderskie)
P o zi o m s yg n ał u (SS) [d B ]
36,4 36,6 36,8 37 37,2 37,4 37,6 37,8 38 38,2 1 251 501 751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001 Czas [10s] Po zi o m s yg n ał u (SS) [d B ]
Rys. 8. Wykres zmian poziomu sygnału w punkcie geodezyjnym „C” (nab. Katowickie)
0 5 10 15 20 25 1 251 501 751 1001 1251 1501 1751 2001 2251 2501 2751 3001 3251 3501 3751 4001 Czas [10s] Sto su n ek s yg n ał /s zu m [d B ]
Rys. 9. Wykres zmian stosunku poziomu sygnału do szumów S/N w punkcie geodezyjnym „C” (nab. Katowickie)
Rys. 10. Rozkład danych z pomiaru w punkcie geodezyjnym „C” (nab. Katowickie)
Po zi o m s yg n ał u ( SS) [d B ]
Wnioski
Przeprowadzone badania sygnałów GPS z poprawkami ze stacji referencyj-nej Dziwnów na terenie portu w Szczecinie wykazały, że istnieje możliwość ich wykorzystania do wyznaczania dokładnej pozycji. Poziom odbieranych sygna-łów był wyższy niż 35 dBμ, a stosunek sygnał/szum nie był mniejszy niż 12 dB. Przesunięcie pozycji średniej w stosunku do pozycji geodezyjnej wahało się za-leżnie od punktu od 0,24 m do 1,43 m.
Zaobserwowano występowanie krótkotrwałych zakłóceń stabilności pozy-cji, jednak nie mają one wpływu na jej dokładność w dłuższym okresie.
Literatura
1. Felski A., Specht C., Pewne aspekty optymalizacji wykorzystania systemów
DGPS na Bałtyku Południowym. Zeszyty Naukowe AMW nr 3, Gdynia 1995.
2. Januszewski J., System GPS i inne systemy satelitarne w nawigacji morskiej. Akademia Morska, Gdynia 2004.
3. Luszniewicz A., Słaby T., Statystyka z pakietem komputerowym STATISTICA
PL: teoria i zastosowania. Wyd. C.H. Beck, Warszawa 2001.
4. Specht C., Polskie systemy DGPS jako element osłony radionawigacyjnej
Bałtyku Południowego. Zeszyty Naukowe AMW nr 2, Gdynia 1997.
5. Specht C., Availability, Reliability and Continuity Model of Differential GPS
Transmission. Annual of Navigation N°5, Gdynia 2003.
Recenzenci
dr inż. kpt. ż.w. Ryszard Wawruch, prof. AM w Gdyni prof. dr hab. inż. Evgeniy Lushnikov
Adres Autorów
mgr inż. Ryszard Bober mgr inż. Piotr Grodzicki mgr inż. Zenon Kozłowski
dr hab. inż. kpt. ż.w. Adam Wolski, prof. AM w Szczecinie Akademia Morska w Szczecinie
Instytut Nawigacji Morskiej ul. Wały Chrobrego 1/2 70-500 Szczecin
