A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Általános- és Felsőgeodézia Tanszékén több mint 5 évi kutató-fejlesztő és kiterjedt pályázati munka eredményeként folytonosan üzemelő ún. permanens GPS-állomást létesítettünk. Állomásunk a FÖMI/KGO 1996-ban létesített permanens GPS-állomása [ 1-3] mellett másodikként kezdi meg működését hazánkban. Az állomást és az általa folyamatosan nyert mérési anyagot elsősorban a felsőoktatás és a kutatás-fejlesztés területén, valamint a kapcsolódó gyakorlati feladatok megoldására kívánjuk hasznosítani.

2. A permanens GPS-állomás felépítése és üzemelése

Valamely ismert koordinátákkal rendelkező ponton folyamatosan és hosszútávon szolgálatszerűen észlelő GPS-vevőberendezést a szükséges tartozékaival együtt permanens GPS-állomásnak nevezünk, amelynek mérései akár valós időben, akár utólagosan a felhasználó számára elérhetők. Ilyen állomás tehát egyrészt valós idoben szolgáltathat ún. RTCM-korrekciókat elsosorban navigációs célokra, másrészt utólagos feldolgozáshoz biztosít mérési anyagot pontmeghatározási feladatok céljára.

A permanens GPS-állomás felhasználásával jelentősen javítható a GPS-mérések hatékonysága. Ha valamely vállalkozónak csak egyetlen GPS-vevő áll rendelkezésre, vagy bérelt vevővel dolgozik, akkor az általunk létesített állomás szolgálhat második vevőként. Így csökkentheti vállalkozásának bérleti vagy beruházási költségeit. Azok a vállalkozások, amelyek már több GPS-vevővel rendelkeznek, valójában megtöbbszörözhetik mérési hatékonyságukat, mivel nem szükséges bázisvevőt üzemeltetniük. Ha mégis üzemeltetnek saját bázisállomást, akkor a vevoberendezésük esetleges meghibásodásának hatását küszöbölhetik ki a permanens GPS-állomásunk segítségével.

2.1 Az állomás felépítése

A rendszer kulcsa a TRS-(Trimble Reference Station) szoftver, amely vezérli a GPS-vevőt, illetve elvégzi az adatok tárolását, továbbítását. Két fő része van. Egy szolgáltatásként működő (ún. rezidens) rész, illetve a program felhasználói felülete. A rezidens rész állandóan fut és végzi az adatrögzítést. A felhasználói felület teszi lehetővé az állomás vezérlését. Ennek nem kell állandóan működnie. A szoftver képes egyszerre többfajta adat rögzítésére, különböző paraméterekkel. A permanens GPS-állomás a nap 24 órájában 15 másodperces intervallumokban rögzíti a mérési eredményeket, a geodéziai célokra általánosan használt 10 fokos magassági szög felett található műholdakra. A program a muholdak időadatait használja, így az egyes állomások működése összehangolható. Fontos, hogy az adatállományok rögtön tömörített formában is előállíthatók, így a továbbításuk könnyebb. A szoftver távvezérelhető, de ezt a megoldást biztonsági okokból nem javasoljuk.

Adattárolásra használható a számítógép merevlemeze, de a TRS-szoftver maga is lehetőséget ad a mérési adatok automatikus továbbítására is. Mivel külső felhasználók hozzáférése a vezérlő számítógéphez semmilyen
körülmények között sem megengedhető, ezért mindenképpen szükséges egy szerver, amely az adatokat tárolja és a felhasználókat kiszolgálja. A felhasználók jelszó segítségével férhetnek az adatokhoz.

2.2 Az antenna helyzetének meghatározása

A permanens GPS-állomás összeállításakor az első, talán az egyik legfontosabb feladatunk az antenna elhelyezése és koordinátáinak meghatározása volt.

Az antennát a BME központi épülete déli szárnyának Duna felöli tetőgerincén (3. ábra) megfelelő módon kialakított tartószerkezetre helyeztük.

Az antenna térbeli helyzetének szabatos meghatározására vonatkozó GPS-mérésekre 2000. július 22-24. között került sor. Az antenna koordinátáinak meghatározásához a 4. ábrán látható hálózatot alakítottuk ki. A hálózat pontjait úgy válogattuk össze, hogy csak a permanens GPS-állomás antennájának helyzete legyen ismeretlen, az összes többi pontnak ismerjük az ETRS89 rendszerbeli koordinátáit. Azt is követelménynek állítottuk, hogy a pontokon a műszer felállítása lehetőleg kényszerközpontosan történjen. Ezek alapján az országos GPS mozgásvizsgálati program pontjaiból válogattuk ki a legközelebbieket: PENC, BUDA (Sashegy), NADAP, valamint bevontuk a PILIS (Szőlőhegy GPS) pontot is annak ellenére, hogy itt az antenna felállítása nem végezhető kényszerközpontosan. A hálózat ilyen formában való kialakításának több előnye is van: a) a mozgásvizsgálati pontok koordinátáit kétévente meghatározzák, így esetleges koordinátaváltozásuk figyelembe vehető, és b) ha valamelyik ponton műszaki hiba lép fel és az ott működő műszer ennek következtében nem észlel, a hibás pont kihagyásával a többi pont alapján a mérés még feldolgozható.

Feldolgoztuk az antennára vonatkozó helymeghatározó GPS-méréseket két független feldolgozó programmal és két független kiértékelő személlyel. A két alkalmazott programrendszer a GPSurvey 2.35 és a Trimble Geomatic Office volt. A kétféle megoldásból nyert koordináták 2-3 mm-en belül megegyeztek egymással, így feltételezhetjük, hogy sem programhiba, sem személyi hiba nem történt a mérések feldolgozásakor. A permanens GPS-állomásunk antennája fáziscentrumának ETRS89 rendszerben meghatározott ellipszoidi földrajzi koordinátái és középhibája a GRS80 jelű, geocentrikus elhelyezésű ellipszoidra vonatkozóan:

2.3 Az állomás elérhetősége és működtetése

A mérési eredményeket közvetlenül számítógép rögzíti, melynek csak a permanens GPS-állomás kiszolgálása a feladata. Az adatokat kétféle fájlformátumban rögzítjük. Az egyik a Trimble DAT fájlformátuma, a másik pedig az ún. RINEX 2.1 fájlformátum. Ez utóbbiban azért rögzítjük a mérési eredményeket, hogy a mérési adatokat azok is fel tudják használni, akik nem Trimble típusú vevőkkel rendelkeznek. Az egyes fájlok hossza egységesen 6 óra. Azért, hogy a felhasználóink minél könnyebben kihasználhassák a permanens GPS-állomás előnyeit, az adatokat a mérési fájlok lezárása után a lehető leggyorsabban elérhetővé tesszük az Interneten, ahonnan egy Web-böngésző segítségével le lehet tölteni a tömörített mérési eredményeket. Az állomás honlapjának címe: http://stargate.fgt.bme.hu. Az interneten mindig az aktuális hónap mérési eredményei találhatóak meg, az elmúlt hónap adatait minden hónap 5. munkanapján töröljük. Így csökkenteni tudjuk a szerver leterheltségét, és a felhasználók gyorsabban hozzáférhetnek a kívánt adatokhoz. Természetesen a törölt adatokat is megőrizzük, és külön kérésre elektronikus formában el is küldjük őket a kívánt e-mail címre.

Annak érdekében, hogy az adatgyűjtés folyamatossága biztosított legyen, mind a vevőt, mind az őt kiszolgáló számítógépet szünetmentes áramforrás látja el elektromos energiával. Az internetes publikálás kialakításakor célunk volt, hogy az ne okozzon biztonsági problémákat az állomás működésében. Ezért külön szervert állítottunk üzembe, melyre a mérési eredményeket tükrözzük. Mivel mindkét számítógépen megtalálhatóak ugyanazok a fájlok, így bármilyen rendszerhibát gyorsan ki tudunk javítani. Az adatokat természetesen megadott időközönként CD-lemezekre is rögzítjük megorzés céljából.

3. Az állomás hasznosítása és továbbfejlesztése

3.1. A permanens GPS-állomás hasznosítási lehetőségei

A BME Építőmérnöki Kar Földmérő és térinformatika szakán folyik az országban az egyetemi szintű földmérőmérnök-képzés. Magyarországnak belátható időn belül létre kell hoznia a teljes körű GPS-szolgáltatást. Ennek létesítésében és folyamatos üzemszerű működtetésében fontos szerepe lesz a hazai földmérőmérnököknek. Ezért a szakmailag illetékes mérnökök oktatását el kell kezdenünk. Ebben lesz alapvetően fontos a létesített állomás. A végzett hallgatóknak már tisztában kell lenniük a rendszer összeállításával és működésével. Ezeket az ismereteket elsajátíthatják az egyetemi előadásokon és a hozzájuk kapcsolódó gyakorlatokon. Nagy számban vannak hallgatók, akik a GPS területén készítik diplomatervüket, amelyhez fel tudják majd használni az állomás adatait. Az egyetemen folyik a GPS-navigációs szakmérnöki szak hallgatóinak képzése is, akiknek el kell sajátítaniuk a GPS-hez kapcsolódó legújabb technikákat.

A BME-n kívül több egyetem és főiskola rendelkezik GPS-vevőkkel, de az említett intézmények nehéz anyagi helyzete miatt ezeknek a száma kevés. Az állomás lehetővé teszi, hogy a meglévő műszereket a jelenleginél sokkal hatékonyabban használják fel az oktatásban, kutatásban, mivel nem kell egy műszert folyamatosan bázisműszerként használni.

A FÖMI tervezett aktív GPS-állomáshálózata (6. ábra) [ 5] nem teszi lehetővé a Budapesten egyfrekvenciás vevőkkel dolgozó földmérők számára az állomások tényleges felhasználását, mivel kívül esnek a felhasználó 15 kilométer sugarú területén. Mivel a GPS-szel rendelkező vállalkozások fele Budapesten található és jelentős részük egyfrekvenciás műszerekkel dolgozik, fel tudják majd használni az állomásunk adatait a méréseik feldolgozásához, ezzel növelve termelékenységüket, mivel nem kell bázismuszert üzemeltetniük.

A termelékenység növelésénél talán még fontosabb szempont az, hogy a pontokat az állomásunkon keresztül az EUREF-hálózat vonatkozási koordináta-rendszerében (ETRS89) határozzák meg, ami a felhasználók által a számításokban elkövetett hibalehetőségeket csökkenti. Nem elhanyagolható a kétfrekvenciás felhasználók szempontjából az sem, hogy a FÖMI/KGO permanens GPS-állomásával (PENC) együtt már két bázist használhatnak fel méréseik feldolgozásához. Ennek akkor van nagy szerepe, ha az egyik állomás technikai okokból szünetel. Ezért úgy ítéljük meg, hogy állomásunkat mindenképpen célszerű lenne beilleszteni a FÖMI által tervezett országos aktív hálózatba, mivel Budapest területére jelentős lefedettséget biztosít (7. ábra). Az országos aktív GPS-hálózat későbbi szükséges sűrítésekor ezen a területen megoldottá teszi az állomás kiépítésével járó feladatokat.

Térinformatikai feladatokban (pl. régészeti feltárások, adatgyűjtések, felmérések, stb.) az állomás a meghatározott helyzetek pontosítását teszi lehetővé. Így mód nyílik olyan feladatok elvégzésére is, ahol nem elegendő az abszolút helymeghatározás által biztosított pontosság.

3.2 Az állomás továbbfejlesztésének szükségessége és célszerűsége

A folyamatos és nagy megbízhatóságú működéshez feltétlenül 12 csatornás GPS-vevőt kell beszereznünk. Ez a műszer a jelenleginél több mesterséges hold adatait tudja rögzíteni, ami a felhasználók szempontjából mindenképpen szükséges. (Ezt követően a jelenlegi műszer töltené be a tartalékműszer szerepét).

A valós idejű felhasználásokhoz meg kell oldanunk a korrekciós jelek sugárzását.

A számítástechnikai háttér fejlesztése két szempontból szükséges. Egyrészt az esetleges meghibásodáskor azonnali gépcsere lehetőségét kell biztosítanunk, másrészt a felhasználók számának növekedésével nagyobb kapacitású Internet-szervert kell beállítanunk az igények teljes értékű kielégítéséhez.

4. Összefoglalás

A BME-n létrehozott internetes elérésű permanens GPS-állomásunk széles körben felhasználható. Az állomás adatai az oktatáson kívül segítséget nyújthatnak a geodéziai, geofizikai, meteorológiai, navigációs, térinformatikai, térképészeti stb. kutatások területén, és pontosíthatják a jelenlegi GPS-mérési eredményeket.

Tervezzük a rendszer továbbfejlesztését a rádiósugárzáson alapuló korrekciós adattovábbítás irányában.

Permanens GPS-állomásunk a folyamatos üzemszerű működését 2001. február 1-én kezdi el. A rendszer folytonos üzemelést biztosít, számítógépes hálózaton elérhető és az adatok (megfelelő szabályozás mellett) letölthetők és hasznosíthatók.

Köszönet-nyilvánítás: A BME permanens GPS-állomása fejlesztésének és létesítésének pénzügyi feltételeit a Közlekedési és Vízügyi Minisztérium (KöViM) Magyar Űrkutatási Iroda (MŰI) költségvetési támogatása, a KöViM/MŰI TP 22. számú (“Tudományos és szolgáltatási célú GPS információs rendszerek valós idejű geometriai adatszolgáltatása megvalósíthatósági tervének kidolgozása Budapest területére”, témavezető: Dr. Biró Péter) és TP 140. számú (“GPS-állomás létesítésének előkészítése (2000)” témavezető: Dr. Ádám József) projektje, a KöViM Hírközlési Alapja, az M028208. sz. OTKA pályázat és a BME “Ipar a korszerű mérnökképzésért” Alapítványa biztosította.

IRODALOM

1. Borza T. – Kenyeres A.: A differenciális GPS-technika hazai alkalmazásáról. Geodézia és Kartográfia, 48(1995), 11(15-21).

2. Kenyeres A. – Borza T.:Az első hazai permanens állomás: PENC. A 11. Kozmikus Geodéziai Szeminárium előadásainak gyűjteményes kötete, 100-112. old., MHTÉHI, Budapest, 1997.

3. Kenyeres A.: Permanens állomás(ok) a hazai geodéziai gyakorlatban. Geomatikai Közlemények I., 43-48 old., Sopron 1999.

4. Tokos T.: Permanens GPS-állomás létesítése a BME Általános- és Felsőgeodézia Tanszéken. GPS-navigációs szakmérnöki diplomamunka (Konzulensek: Dr. Ádám József és Szűcs László), Budapest, 2001.

5. Borza T.: A hazai aktív GPS-hálózat kiépítésének és fenntartásának aktuális kérdései. Geodézia és Kartográfia, 52(2000), 9(21-27).

Establishment of a Permanent GPS Station
at the Department of Geodesy and Surveying of BUTE

Dr. J. Ádám – L. Szucs – T. Tokos – Sz. Rózsa
Summary

After intensive developing works and application process a permanent GPS station has been successfully established at the Department of Geodesy and Surveying of the Budapest University of Technology and Economics (BUTE). An introduction of the permanent station is given. A Trimble 4700 TS receiver is running at the Department. The antenna is situated on the roof of the main building of BUTE. The possible movement of the antenna is monitored by a local geodetic network and a set of footprints. The services of the station will be step-by-step widened.