Nr 6 Seria: Technologie Informacyjne 2008
Mariusz Chmielecki, Agnieszka Jurkowska, Karol Rudziński, Cezary Specht, Jakub Szulwic, Tadeusz Widerski
Politechnika Gdańska, Zakład Geodezji
SATELITARNA STACJA REFERENCYJNA GNSS NA POLITECHNICE GDAŃSKIEJ
Streszczenie
W referacie opisana została procedura uruchomienia stacji referencyjnej GNSS GDPG, znajdującej się na Politechnice Gdańskiej. Autorzy, jako uczestnicy przedsięwzięcia, prezentują doświadczenia ze zrealizowanych pomiarów i wskazują możliwości wykorzystania danych pozyskanych przez GNSS GDPG w systemie informacyjnym w ramach zadań wykorzystujących odniesienie przestrzenne jako istotną informację w geodezji, systemach informacji przestrzennej, nawigacji, telekomunikacji, bezpieczeństwie i innych dziedzinach życia.
1. WSTĘP
W ramach działalności statutowej Zakładu Geodezji Politechniki Gdańskiej została uruchomiona satelitarna stacja referencyjna GDPG działająca w systemie GPS i GLONASS (GNSS – Global Navigation Satellite System). Przygotowania do uruchomienia stacji trwały dwa miesiące. Na poszczególne etapy instalacji składały się analizy i studia realizacyjno-lokalizacyjne, opracowania planistyczno-montażowe anteny i odbiornika, prace instalacyjno-elektryczne oraz pomiary geodezyjne obejmujące wyznaczenie pozycji centrum fazowego anteny.
2. WYPOSAŻENIE STACJI
Stacja referencyjna GNSS GDPG składa się z: odbiornika GNSS wraz z anteną zewnętrzną (GRX1200 GG Pro, GPS/GLONASS z anteną AT504 GG, GPS/GLONASS Leica Geosystems), komputera PC wyposażonego w oprogramowanie SPIDER działające w technologii NTRIP, ze źródłem zasilania gwarantującym ciągłą pracę (podtrzymanie UPS do 48 godzin dla zestawu antenowego i 30 minut dla komputera). Stacja GDPG jest połączona z węzłem TASK przez sieć strukturalną Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej.
Stacja Referencyjna GNSS Politechnika Gdańska (GNSS GDPG) wykorzystuje najnowocześniejsze w świecie rozwiązania funkcjonalne i techniczne, bazując
na platformie Leica Geosystems – światowego lidera w satelitarnych rozwiązaniach geodezyjnych i nawigacyjnych. Antena pierścieniowa (Choke Ring) AT504 GG zaliczana do najdoskonalszych anten GPS/GLONASS jest wykorzystywana przez International GNSS Service (IGS) i została zaprojektowana przez NASA/JPL. Seria odbiorników Leica GRX1200 GG Pro posiada precyzyjny moduł pomiarowy GNSS, który obsługuje satelity GPS i GLONASS, śledzone z częstotliwością 20 Hz. Pomiar odległości do satelitów realizowany jest z precyzją kilku milimetrów, w oparciu o 52 niezależne pomiarowe tory odbiorcze. GRX1200 z technologią SmartTrack+ został zaprojektowany z myślą o odbiorze przyszłych sygnałów GNSS takich jak GPS L5 i Galileo. Dla użytkownika udostępnia formaty RTCM, własne formaty LEICA, CMR oraz CMR+.
Rys. 1. Antena stacji referencyjnej GNSS GDPG wraz z fragmentem instalacji odgromowej – widok w kierunku południowym.
Zadaniem stacji GNSS GDPG jest generowanie korekt RTK/DGPS do dwóch systemów satelitarnych GPS (amerykański) i GLONASS (rosyjski), pozwalających użytkownikowi (wyposażonemu w odbiornik GPS/GPS-GLONASS i moduł komunikacji) na określanie pozycji w czasie rzeczywistym. Doświadczalnie sprawdzono, że dokładność wyznaczenia współrzędnych pozycji odbiorników ruchomych znajdujących się w promieniu do 20 km od stacji GNSS GDPG, funkcjonujących w trybie GPS RTK
i korzystających ze stacji GNSS GDPG lokuje się na poziomie 1-2 cm horyzontalnie oraz 2-3 cm w płaszczyźnie wertykalnej. Przy odległości 50 km od stacji dokładność jest nie mniejsza niż 0,035 m w trybie RTK oraz 0,300 m w trybie DGPS.
3. POMIARY I INSTALACJA STACJI GDPG
W grudniu 2007 roku zakończono zakupy w ramach środków finansowych przeznaczonych na działalność statutową Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej (WILiŚ PG). Uruchomienie stacji referencyjnej musiało zostać poprzedzone doborem miejsca lokalizacji anteny – centrum fazowego. Po analizie widoczności wybrano budynek HYDRO Politechniki Gdańskiej jako optymalny ze względu na nieliczne i niskie przeszkody na horyzoncie oraz brak ewidentnych zakłóceń od urządzeń telekomunikacyjnych. Na początku lutego 2008 osadzono podstawę anteny, a dnia 5 marca 2008 zainstalowano antenę, którą podłączono do odbiornika GRX1200 GG Pro w pomieszczeniu serwerowni WILiŚ PG. 18 marca 2008 roku rozpoczęta została stała rejestracja sygnałów GPS i GLONASS.
Rys. 2. Ekran oprogramowanie Trimble Planning do planowania sesji pomiarowej w dniu 19 marca 2008 roku – charakterystyka DOP (ang. Dilution of Precision)1.
W dniu 19 marca 2008 roku odbyła się dwugodzinna sesja pomiarowa z dowiązaniem stacji GNSS GDPG do sieci EUREF poprzez punkt 0301 EUREF = EUVN-PL04 Rozewie i do sieci POLREF poprzez punkty w okolicy Trójmiasta (wykorzystano POLREF: 5402 Kapino, 5404 Szarłata, 5403 Góra Donas, 5501 Rybina I, 5406 Buszkowy I, przy czym
1 DOP – współczynnik geometryczny; bezwymiarowy współczynnik określający warunki geometryczne wyznaczenia współrzędnych związany z rozmieszczeniem satelitów GPS/GLONASS. Mniejsze wartości współczynników DOP oznaczają lepsze warunki geometryczne [1]
odrzucono zniszczony POLREF 5405 Rokitnica). Równocześnie rejestrowano obserwacje na stacjach permanentnych REDA (GPS) oraz OPGK i APEKS (GPS/GLONASS).
Rys. 3. POLREF 5406 Buszkowy I – opis topograficzny oraz odbiornik GPS na punkcie podczas sesji pomiarowej w dniu 19 marca 2008 roku.
Sesja została zaplanowana po przeprowadzeniu analizy współczynników geometrycznych DOP, dlatego pomiary przeprowadzono w oknie obserwacyjnymi między godzinami 16 i 18. W rezultacie przeprowadzonych pomiarów wyznaczone zostały współrzędne centrum fazowego anteny w układzie odniesień przestrzennych.
Po weryfikacji współrzędne zostaną skorygowane; korekta nie przekroczy 1 cm.
Rys. 4. Ekran oprogramowania SPIDER śledzącego satelity GPS (niebieskie/ciemniejsze) i GLONASS (żółte/jaśniejsze).
Obecnie po wstępnym wyrównaniu obserwacji pozycja stacji GDPG wynosi w globalnym układzie współrzędnych WGS1984: Lat 54o22'17'',34150 N,
Lon 18o36'58'',49675 E, H elips. 64,601 m, natomiast w PUWG2000S6 (L0=18), układ wysokości Kronsztad 1986: X = 6026976,266 Y = 6540047,037 H 35,165 m.
Błąd wyznaczenia pozycji centrum fazowego w stosunku do najwyższej klasy osnowy wynosi nieco ponad 0,5 cm. Po weryfikacji danych i walidacji stacji dane zostaną potwierdzone zgodnie z obowiązującym prawem i normami technicznymi. [2] [3] [4] [5]
4. WYKORZYSTANIE I PRZYSZŁOŚĆ STACJI GDPG
Obecnie stacja osiągnęła funkcjonalność całodobowego GPS RTK/DGPS przez NTRIP dostępny publicznie. Nadzór nad stacją sprawuje Zakład Geodezji WILiŚ PG.
Rys. 5. Pomiary testowe prowadzone w dowiązaniu do stacji GNSS GDPG w dniu 3 kwietnia 2008 roku w ramach Leica Tour.
Stacja GDPG w przyszłości może stać się częścią sieci stacji GNSS dla regionalnych lub krajowych systemów pozycjonowania. Planowane jest także włącznie stacji GDPG do państwowej osnowy geodezyjnej, jednak działanie to wymaga jeszcze analizy zarejestrowanych obserwacji, wykonania wyrównania obserwacji z użyciem precyzyjnych efemeryd satelitarnych oraz przeprowadzenia kontrolnej sesji pomiarowej.
Przyszłe wykorzystanie stacji GNSS GDPG obejmie: geodezję, kartografię i systemy informacji przestrzennej, transport lądowy (drogowy i szynowy), nawigację (lądową, morską i powietrzna), dynamiczny monitoring obiektów (w tym konstrukcje techniczne i budowlane, inteligentne autonomiczne systemy sterowania pojazdów), systemy
bezpieczeństwa publicznego regionu (lokalizowanie, monitoring, inwentaryzacja zdarzeń, wspomaganie zarządzania systemami, ochrona zdrowia, policja i zarządzanie kryzysowe).
4. WNIOSKI
Dzięki uruchomieniu i udostępnieniu przez Internet stacji referencyjnej GNSS GDPG może zostać podniesiony poziom i jakości realizacji zadań: geodezyjnych, transportowych, nawigacyjnych, inżynieryjnych oraz dotyczących bezpieczeństwa publicznego regionu.
Stacja GDPG w zamierzeniu autorów będzie lokalnym wsparciem dla powstającej ogólnopolskiej sieci ASG-EUPOS [5], a w połączeniu z innymi ośrodkami naukowo-badawczymi będzie także regionalnym centrum badań nad satelitarnymi systemami wyznaczania pozycji.
BIBLIOGRAFIA
[1] Specht C.: System GPS, Wydawnictwo Bernardinum, 2007.
[2] Instrukcja Techniczna G-1 - Pozioma osnowa geodezyjna.
[3] Instrukcja Techniczna G-2 - Wysokościowa osnowa geodezyjna.
[4] Instrukcja Techniczna G-2, projekt, Szczegółowa pozioma i wysokościowa osnowa geodezyjna i przeliczenia współrzędnych między układami.
[5] ASG-EUPOS, Aktywna sieć geodezyjna EUPOS, dostęp on-line 2008 www.asg-eupos.gov.pl.
