3. A GPS helymeghatározó rendszer

Térképészeti célú GPS felhasználáskor már csak a rendszer végtermékére, vagyis a meghatározott földrajzi helyzetre, és a hozzá tartozó attribútumra van szükség. Ahhoz, hogy a terepi észleléseket gyakorlatban végre tudjuk hajtani, és eredményeit fel tudjuk használni, ismernünk kell a rendszer alapötletét, és tisztában kell lenni néhány alapvető elméleti magyarázattal. E fejezetet Dr. Sárközy Ferenc, Műholdas helymeghatározás I. [3] és Műholdas helymeghatározás II. [5] című munkái alapján állítottam össze.

3.1 A GPS felépítése és működése

3.1.1 A hely- és időmeghatározás elve

A világméretű helymeghatározó rendszer (Global Positioning System, GPS) navigációs célokat szolgál, elsősorban katonai felhasználók számára. Segítségével a navigációhoz szükséges adatok, tehát a pillanatnyi tartózkodási hely, a pillanatnyi sebesség, a földfelszín bármely pontján tetszőleges időpontban, az időjárástól függetlenül, gyorsan, és viszonylag kis költségráfordítással meghatározható.

A rendszer alapja a Föld körül pontosan ismert pályákon keringő műholdak sokasága. Ha bármelyik műholdat egy pillanatra mozdulatlannak tekintjük, egy olyan vektorháromszöget képzelhetünk el, amelynek egyik csúcsa a megfigyelt műhold, a másik csúcsa a megfigyelő állomás a Föld felszínén, a harmadik csúcs pedig a Föld középpontja, a geocentrum. Mivel a műhold a geocentrikus koordináta-rendszerben ismert pályán kering, pillanatnyi helyzete, tehát a geocentrumból a műholdra mutató vektor ismert. Ha meghatározzuk a földi álláspontról a műholdra mutató vektort, kiszámíthatjuk a geocentrumból a földi álláspontra mutató vektort, ezzel az álláspont helyzete ismertté válik.

A GPS-vevőkkel a felszín-műhold vektornak csak a hossza határozható meg, a vektor iránya nem. Az egyértelmű helymeghatározáshoz térbeli ívmetszésre van szükség, három távolság egyidejű mérésével. A távolság meghatározásának módja is eltér a megszokottól: úgy tekintjük, hogy a vevő a műhold rádiójelének futási idejét méri. Az eredmény csak akkor lesz valódi távolság, ha a műholdak atomórája és a földi vevő egyszerűbb kivitelű kvarcórája pontosan szinkronizált. A pontos szinkronizáció gyakorlatilag lehetetlen, emiatt a helymeghatározás egyenletrendszerébe újabb ismeretlen kerül, a vevő órahibája. Összesen tehát legalább négy műhold távolságát kell egy időpillanatban mérni. Az eredményekből a négy ismeretlen - az álláspont három geocentrikus koordinátája és a vevő órahibája - kiszámítható. A helymeghatározás tehát megoldott, pontossága alapvetően három tényezőtől függ:

E geometriai hatás figyelembe vételére a GPS-szel foglalkozó szakterület a PDOP (Position Dilution of Precision) nevű mennyiséget használja. Ez egy középhibát szorzó tényező, amely fordítva arányos az álláspontból az észlelt műholdak felé mutató egységvektorok csúcspontjaiból kialakított test térfogatával. (3. sz. ábra)

rossz PDOP jó PDOP

(3. sz. ábra)

A PDOP felbontható vízszintes (HDOP) és magassági (VDOP) komponensre. A pályaadatok és a távolságmérés pontossága különböző észlelési és feldolgozási módszerekkel fokozható, de a kedvezőtlen műholdgeometria nem javítható. [3]

3.1.2 A GPS felépítése

A GPS fejlesztésének megkezdését 1972-ben kezdeményezte az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma. Elsődlegesen a rendszer létrehozása katonai célokból történt, de a polgári hasznosítással is számoltak. A rendszer három alrendszerből áll. [4]

3.1.2.1 A műholdak alrendszere

A műholdak alrendszere a Föld körül keringő műholdak sokasága. A pályasíkok helyzete, a műholdak száma és elhelyezkedése egyaránt azt a célt szolgálja, hogy a Földkerkség bármely pontján, bármely időpontban egyszerre legalább négy műhold legyen észlelésre alkalmas helyzetben, azaz legalább 15°-kal a látóhatár síkja felett. A rendszer 21 aktív és 3 tartalék műholdból áll, amelyek hat darab 55° inklinációjú síkban helyezkednek el. Mind a hat síkban 4 műhold kering 20200 km magasan, közel kör alakú pályán, 11 óra 58 perces keringési idővel.

A mintegy 750 kg tömegű műholdak fedélzetén rádió adó-vevő készülék, atomóra, számítógép található, és a működéshez szükséges energiát napelemek biztosítják. A műhold rádióüzenete egyrészt lehetővé teszi a földi ponton a műhold-vevő távolság meghatározását, másrészt információt ad a műhold pontos térbeli helyzetéről.

A GPS műholdak két jelet sugároznak. Az első jel vivőhullám hossza L1=1575,42 MHz, a másodiké L2=1227,60 MHz. E frekvenciákat a nagypontosságú atomórával stabilizált 10,23 MHz-es alapfrekvencia sokszorozásával állítják elő. Mindkét vivőhullámot modulálják a körülbelül 30 méter hullám-hosszú P kóddal (P a precision - szabatos rövidítése). Az L1 vivőt ezen kívül modulálják még a C/A (coarse/acquisition - durva/elérés) kóddal, mely kb. 300 m. hosszú. A vevő ezeknek a kódoknak a felhasználásával határozza meg a pseudotávolságokat. A mindenki számára hozzáférhető C/A kód kisebb pontosságot biztosít a pseudotávolságok meghatározásában.

4. sz. ábra

A műhold teljes üzenete a pálya- és időadatok, a pálya- és órakorrekciók mellett a műholdakra vonatkozó státusz-információt (egészséges/beteg) és az ionoszféra egyszerűsített modell adatait is tartalmazza. Az ionoszféra jelkésleltető hatása súlyos hibával terhelné a mérés eredményét.

Az eredeti katonai célokkal összhangban a Védelmi Minisztérium a szelektív elérhetőség (Selective Availability, S/A) politikáját gyakorolja, ami azt jelenti, hogy esetenként korlátozza a teljes rendszer használatát a polgári alkalmazóknak. Gyakorlatilag ez korábban úgy történt, hogy csonkolták azokat az üzeneteket, melyek a műhold koordinátáit továbbítják a vevőknek. Jelenleg a C/A kódra műholdanként változó, alacsony frekvenciás (hosszú idő alatt ismétlődő) torzítást visznek időnként, mely az eredeti 30 m-es pontosságot 100 m körülire csökkenti.

A pontosságot és a hozzáférést korlátozó intézkedések célja a valós idejű pontos helymeghatározás lehetetlenné tétele. Utólagos feldolgozás esetén az üzemeltető a pontos adatokat is rendelkezésre bocsátja. [3]

3.1.2.2 A földi követő állomások alrendszere

Az ismert koordinátájú földi követő állomások a helymeghatározási feladat fordítottját oldják meg: ismert helyzetvektorok sorozatából pályaadatokat számítanak. Egyszerre öt állomás mér, és az egy-egy műholdra vonatkozó adatokat a vezérlő központban (Colorado Springs, USA) értékelik, meghatározzák a pálya- és időkorrekciókat, majd az adatokat a műholdak fedélzeti számítógépek memóriájába juttatják.

3.1.2.3 A felhasználók alrendszere

A GPS vevőberendezés antenna-egységből és jelfeldolgozó-egységből áll. Az antenna-egység feladata az észlelési programban kiválasztott műholdak összetett jelének vétele. A jelfeldolgozó-egység legfontosabb része navigációs célú készülék esetében a gyors működésű számítógép, helymeghatározásra szolgáló mozdulatlan vevőkészülék esetében a nagy kapacitású adattároló. A korszerű vevők többcsatornásak, azaz egy időben több - általában legalább öt - műhold jelének vételére alkalmasak.

3.1.3 Referencia rendszer

A GPS a WGS-84 referencia rendszert használja. A műholdak pillanatnyi időponttal jelölt koordinátái a navigációs üzenetben foglalnak helyet, melyet mind a P, mind a C/A kód tartalmaz. Természetes, hogy az eredeti feldolgozás a GPS saját referencia rendszerében történik. Ha más vetületi rendszerben dolgozunk, és Magyarországon ez az általános eset, úgy a mérési eredményeket transzformálni kell a használt referencia rendszebe. Erre akkor van lehetőség, ha a méréssel érintett területen vagy annak közelében legalább 3 olyan alappontunk van, melyek koordinátái mindkét rendszerben ismertek.

3.2 A helymeghatározás módszerei

A helymeghatározás lényegében távolságmeghatározás. A műholdak által folyamatosan sugárzott összetett jel egyaránt felhasználható időmérésre és fázisméréses távolságmeghatározásra is.

3.2.1 Távolságmeghatározás időméréssel

A GPS az úgynevezett C/A kóddal csak az L1 vivőt modulálja, míg a P kód és a navigációs üzenet mindkét vivőre rákerül. Mivel a P kód titkosság alóli felszabadítására nincs remény, a kódfázismérés esetében a C/A kód felhasználása szükséges. A C/A kód úgynevezett pseudo véletlen kód - bár meghatározott szabályok szerint készül, mégis úgy néz ki mintha zaj lenne -, zérusok és egyesek egymásutánja. Egy elem frekvenciája 1,023 MHz, a kód 1023 bit hosszú, ami időben kifejezve 1 milliszekundumnak felel meg. Egy elem hossza tehát 2,99792458*108*0,977517106*10-6=293,052 m, az egész kódsorozat pedig hosszban kifejezve 293,052*1023=299792,458 m.

A C/A kódot azonban nem csak a műholdak generálják, hanem a vevők is minden milliszekundum kezdetén. A műhold nem egyetlen impulzust, hanem kódolt jelsorozatot sugároz, amelyet a vevő azonosítani tud, és meg tudja mérni az időkülönbséget a vett és a saját kód megfelelő pontjainak megjelenése között. Ha az adó órája és a vevő órája pontosan ugyanúgy járna, akkor a vett jel és a vevő jele közti fáziseltolódás kizárólag a műholdról kibocsátott jel terjedési idejétől függne. [3]

A vett és a vevő által generált C/A kód különbsége

5. sz. ábra

Az időkésedelemből számított távolságokat azért nevezik pseudotávolságoknak, mert értéküket a vevő órájának a műhold órájához viszonyított késése is befolyásolja. Az ismeretlen óra késést egy negyedik műholdra végzett méréssel lehet meghatározni. Az időleolvasás pontossága függ a kód periódusától (hosszától). A periódusnak a C/A kód esetén amint láttuk kb. 300 m távolság felelt meg, míg a katonai használatú P kód esetén 30 m. A szatellita órajelét 1% pontossággal lehet detektálni, ezért ideális esetben a C/A kód alkalmazásával végzett pseudotávolság mérések 3 m, a P kód segítségével végzettek pedig 0,3 m-es pontossággal rendelkeznek.

3.2.2 Távolság-meghatározás fázisméréssel (vivő fázismérés)

A kódokat és jeleket a GPS az L1 és L2 frekvenciák modulálásával juttatja el a vevőkhöz. Ezek a frekvenciák természetszerűleg sokkal magasabbak a kódok frekvenciájánál. Míg a pontosabb P kód hullámhossza 30 m, addig az L1 vivő 1575,42 MHz frekvenciája 19 cm-nek felel meg. [3]

A vivő fázis mérésére kialakított vevők áramkörei képesek a kódolásmentes vivő hullámhossz helyreállítására és meg tudják mérni a vivő fázisát is, azaz meg tudják határozni, hogy a vevő és műhold közötti teljes távolságban az utolsó nem teljes vivő hullám hányad része az egész 19 cm-es hullámnak. A probléma az, hogy a mért hosszban százmillió körüli jelöletlen egész hullám is található, melyek megszámolása direkt módon technikailag lehetetlen. Az egész hullám-hosszak meghatározásához a vevők hardveresen annyiban tudnak hozzájárulni, hogy rögzíteni tudják az egyes műholdakra vonatkozó teljes hullámhosszak változását. Ha ugyanis a vevő mozdulatlanul áll az állásponton és méri négy műhold távolságát, a műholdak mozgása következtében a távolságok - a teljes hullámok száma és a nem teljes hullámrészek nagysága, azaz a fázismérési eredmények - változni fognak. Ezek a változások rögzíthetők és tárolhatók.

A gyakorlatban a vivő fázismérésen alapuló módszerek rendszerint két GPS vevőt alkalmaznak. A cél ezeknél a módszereknél az úgynevezett relatív helymeghatározás. A relatív helymeghatározás azt jelenti, hogy két pont közötti távolság komponenseit kívánjuk meghatározni.

Az egyik vevőt az ismert referencia ponton üzemeltetik, míg a másik vevő a meghatározandó ponton üzemel. Mindkét vevő a megadott programnak megfelelően megméri a kijelölt műholdakra a vivő fázist és rögzíti a hozzátartozó idővel együtt. A feldolgozási folyamatban - utófeldolgozásról van szó - a program a vivőfázis észlelések különbségeiből számolja a keresett koordináta különbségeket.

A fázismérés szempontjából a teljes fázisciklusnak megfelelő vivő-hullámhossz a mértékadó, amelyen belül 1 %-os élességű interpolálás lehetséges. A mindkét vivőhullámhossz (19 és 24 cm) esetében a fázismérés 2 mm élességű eredményt ad. Megállapítható, hogy a fázisméréses távolság-meghatározás elméleti pontosság tekintetében nagyságrendekkel felülmúlja az időméréses távolságmeghatározást. Igaz, hogy eredményei utólagos adatfeldolgozással születnek meg. [3]

3.3 A helymeghatározás lehetőségei

3.3.1 Az abszolút és relatív helymeghatározás

Egyetlen vevőt használva a helymeghatározás eredménye a vevőantenna három koordinátájának pillanatnyi értéke a műholdak közös geocentrikus koordinátarendszerében. Ezért ezt a módszert abszolút helymeghatározásnak nevezzük.

Ha két vevő órája szinkronizált, és a két vevő egy időben ugyanazokat a műholdakat észleli, a helymeghatározás eredménye a két vevőantenna három-három koordinátájának különbsége. Általában az egyik vevő koordinátái ismertek és változatlanok, a másik vevő helyzetét pedig az ismert helyzetű vevőhöz képest határozzuk meg. A helymeghatározást relatívnak nevezzük. [4]

3.3.1 A valós idejű és utólagos feldolgozás

Valós idejű (real-time) feldolgozáskor az egyes elemi mérések eredményeiből általában azonnal helymeghatározó adatokat kapunk. Utófeldolgozás (postprocessing) esetében az általában több helyen rögzített adatok együttes feldolgozása történik az észlelési programot követően. [5]

Utófeldolgozásra három okból lehet szükség:

3.4 A mérést terhelő fontosabb hibák

A méréstechnikában, így a geodéziai mérésekben is megkülönböztetik a

A GPS hibái e három forrás kombinációjából jönnek létre. [3]

A zaj a valódi helyzet körüli szóródást idéz elő, végtelen sok mérés esetén a mérések átlaga a valódi helyzetet szolgáltatná.

A szabályos hiba minden mérést egy irányba torzít, a mérési szám növelésével az átlagban a torzítás értéke nem csökken.

A durva hiba a mérési pontosságot jelentősen meghaladja, szerencsére nem lép föl rendszeresen és a mérési szám növelésével az eredményekből kiszűrhető.

3.4.1 A véletlen hibák

A véletlen hibák (zaj) főként a pseudo véletlen kód kb. 1 méteres zajából és a vevő szintén kb. 1 méteres belső zajából tevődnek össze.

3.4.2 A szabályos hibák

A szabályos hibákat a szelektív hozzáférés (S/A) és más tényezők okozzák.

Ezek közül megemlítjük

3.4.3 A durva hibák

A durva hibák több száz kilométeres eltéréseket is eredményezhetnek.

3.5 Differenciális helymeghatározás

A differenciális helymeghatározás (DGPS) bizonyos kereteken belül pontosítani tudja méréseink eredményét. A korábban említett szabályos hibákat csökkenti le, esetleg szünteti meg, feltételezve azt, hogy egy adott területen az összes GPS műszert ugyanazok a hibahatások érik. [6] Ehhez két vevőre, és a köztük kiépített adatátviteli (rádió) kapcsolatra van szükség. A bázisállomást (master) ismert koordinátájú pontra állítják, a mozgó (rover) állomás pedig különböző helyeken rögzíthet adatokat. A bázisállomás, mivel ismertek az álláspont koordinátái, a műholdak koordinátáit pedig veszi a navigációs üzenetből, ki tudja számolni a műholdak tényleges távolságát és ugyanakkor meg is méri azokat. A távolságok különbségeit differenciális korrekcióként továbbítja az adatátviteli csatornán a mozgó állomásra. Ez utóbbi, a korrekciók felhasználásával számítja, és jelenidejűleg kijelzi és tárolja a mozgó állomás helyzetét. A differenciális korrekciókat a bázisállomás minden vehető műholdra külön-külön számolja és továbbítja a mozgó állomásnak, ezért nem szükséges, hogy a vevő mindig ugyanazt a négy műholdat észlelje. A javításokon kívül a javítások ideje és változása is továbbításra kerül, így a rovernek lehetősége van, hogy a pillanatnyi javítást extrapolációval számolja. [5]

A módszer pontossága sok tényezőtől függ:

A fenti hibahatások tovább bonyolódnak, amennyiben azok nem egyformán terhelik a referenciaállomáson észlelő GPS vevőt, és a korrekciót éppen felhasználó GPS vevőt.

3.5.1 Valós idejű relatív helymeghatározás

Először az USA-ban, majd a világ többi országában is olyan szolgáltatást vezettek be, mely szükségtelenné teszi a felmérő csoportok számára bázisállomások telepítését. A bázisállomásokat ugyanis stacionárisan hozzákapcsolták a szolgálati vagy műsorszóró rádióadókhoz, és a javításokkal ezek oldalsávját modulálják: RDS (Radio Data System) vevők, melyek az URH rádióműsorok jeleire ültetett jeleket dekódolják. [5]

Mivel a szárazföldi differenciális helymeghatározás pontossága megköveteli, hogy a bázis állomások 100-200 km körüli távolságra legyenek a mozgó állomásoktól, ez jó összhangban van az URH adók telepítési sűrűségével. Az országos lefedettség nagyjából azonos az adott műsor sugárzási lefedettségével. (Magyarországon egyelőre a Sláger rádió oldalsávján sugároznak DGPS korrekciós adatokat.) Hátránya a rendszernek a viszonylag alacsony átviteli sávszélesség (max. 300 baud, ebből 50-150 baud-ot használhatnak DGPS célokra), ami azt jelenti, hogy 5-15 másodperc késéssel érkezik a korrekciós üzenet a GPS vevőbe. Ekkora késleltetés méteres nagyságrendű hibát visz a rendszerbe, amely pontossága nem jobb 5-15 méternél. [7]

Az üzeneteket az RTCM SC-104 nevű szabvány szerint küldik. A szabvány 2l féle üzenettípust különböztet meg, ezek közül az első és kilences típusú üzenetek tartalmaznak tulajdonképpeni differenciális korrekciót azzal a különbséggel, hogy az egyes mind a 12 látható műholdra vonatkozó korrekciót egy üzenetben küldi, míg egy kilences típusú üzenet csak három műholdra vonatkozó javítást tartalmaz, azaz négy kilences üzenet egyenértékű egy első típusúval. [5]

Ha az RTCM SC-104 szabvány által javasolt, az URH sávban lehetséges maximális javítási gyakorisággal sugározzák a javításokat (50 bit/s adatsebesség esete, ami 21 másodpercenkénti új javítást jelent 12 műholdra), a helymeghatározás középhibája 95%-os valószínűségi szinten - professzionális műszer és mérés esetén - jobb mint 3 méter [5]. Más szerzők [pl. 7] a várható hibát a következők szerint pontosítják: navigációs vevők esetén kb. 10 m, a fél-professzionális kategória 3-5 m, a professzionális kategória vevői pedig 0,5-1,5 m differenciális pontosságra képesek. Másfelől általánosságban elmondható, hogy az egyes GPS vevőknél közölt differenciális képesség 0 km-es bázistávolságra vonatkozik, és a bázisállomástól mért minden 100 km-en kb. 1 métert romlik.

A korrekció továbbítás másik megoldása a mobiltelefon, melynek lefedettsége országos szintű - de korántsem 100 %-os -, viszont még nincs kiforrott szolgáltatás hazánkban.

A világon legjobban bevált megoldás a geostacionárius műholdról sugárzott korrekciók vétele. A nagy sávszélesség - a meglévő két rendszer az 1200, vagy a 2400 baud-os átviteli sebességet használja - miatt viszonylag kicsi a késleltetés. Ha a szinkron pályán lévő műhold, és a korrekcióvevő egység közé valamilyen akadály kerül, a jelvétel bizonytalan, vagy nem is lehetséges. Magyarországon elérhető két szolgáltatás (Furgo-Omnistar, Racal-Landstar) műholdjai déli irányban, kb. 35° horizont feletti magasságban láthatók. [7]

3.5.2 Differenciális helymeghatározás utólagos adatfeldolgozással

Differenciális helymeghatározás végezhető úgy is, hogy nincs szükség valós idejű adatfeldolgozásra, hanem a mérés utófeldolgozással pontosítható. Ebben az esetben nincs rádiókapcsolat a két vevőállomás között. A bázisállomás feladata a differenciális korrekció folyamatos számítása az idő függvényében és ezen adatok tárolása. A rover állomás rögzíti mozgása során a különböző koordinátáit és a számításaihoz felhasznált műholdak adatait. A mérést követően a két állomás által tárolt adatok összevethetők a mérési időpontoknak megfelelően, és a korrekció szoftveresen kiszámítható. [8]

A GPS méréseket terhelő hibák (méterben)

Standard GPS

Differential GPS

Műholdak órahibái

1,5

0

Pályahibák

2,5

0

Ionoszféra

5,0

0,4

Troposzféra

0,5

0,2

Vevő belső zaja

0,3

0,3

Visszaverődés

0,6

0,6

S/A

30,0

0

A helyzetmegha-tározás pontossága (méterben)

Standard GPS

Differential GPS

Horizontális

50

1,3

Vertikális

78

2,0

3D

93

2,8

 

A GPS magasságmérő képességéről azt kell mondanunk, hogy a meghatározott ellipszoid feletti magasságok mintegy fele olyan pontosak, mint a vízszintes koordináták. Nagyobb probléma azonban, hogy a számunkra megszokott ortometrikus magasságot csak akkor számíthatjuk ki az ellipszoid feletti magasságból, ha ismerjük az adott pontban a geoidundulációt. Ez azonban kellő megbízhatósággal az esetek többségében nem áll rendelkezésünkre. [5]

Megállapíthatjuk, hogy a GPS önmagában nem képes átfogó megoldást adni a földi felmérés problémáira. A leghasználhatóbb módszer a differenciális helymeghatározás, de bizonyos esetekben ennek az alkalmazhatósága is korlátozott. Amint említettük a módszer megbízhatósága 1-5 m (egyes szerzők 5-10 m-ről is írnak), így nem használható a nagyméretarányú felmérésben. Bár a módszer nem igényli a folyamatos kapcsolatot a mozgó állomás és a műholdak között, mérni csak ott lehet, ahol a kapcsolat létezik. Miután a műholdakkal a kapcsolat helyreállt egy bizonyos ideig a mérések kevésbé pontosak, ezért csökkenteni kell a mérési sebességet.

A differenciális helymeghatározás jól használható az 1:10000, és 1:25000 méretarányú felmérésekben, különösen az úthálózat vonatkozásában, mivel ezen a gépkocsi gyorsan tud mozogni.

3.6 Észlelési módszerek

Ha az észlelés ideje alatt a vevő mozdulatlan, statikus helymeghatározásról, ha a vevő mozog, kinematikus helymeghatározásról beszélünk. Az észlelésnek tehát négy alapkombinációja lehetséges: [4]

3.7 A GPS vevők osztályozása

Az alak szerinti osztályozás nagyjából fedi a felhasználás szerinti osztályozást is. Ezen belül megkülönböztetünk: [5]

Az említett sorrend egyben a műszerek növekvő képességeit és nagyságrenddel eltérő árkategóriáit is tükrözi.

A kézi GPS vevők önálló kézben tartható műszerek, általában turisztikai célokat szolgálnak. Az ehhez a kategóriához tartozó műszerek lényegében a műszaki megbízhatóság, és megjelenítési, transzformálási képességekben különböznek.

A (gyalog) felmérő rendszerek alaprendeltetése tulajdonképpen megegyezik a földi felmérésnél használt elektronikus tachiméterekével. A felmérő kezében viszi az antennát és a kézi adatgyűjtő-vezérlő műszert, majd rááll a pontra. Ezután bebillentyűzi a szükséges leíró adatokat, valamint kezdeményezi a koordinátaszámítást, és rögzíti az attribútumokat és a koordinátákat, majd a következő pontra megy.

Számunkra az első két osztály, általában C/A kódos, pszeudotávolság mérésre alkalmas berendezései lényegesek, méréseimet ide tartozó műszerekkel végeztem.

3.8 A diplomaterv készítésénél alkalmazott berendezések részletes ismertetése

3.8.1. SILVA XL 1000 típusú GPS

(A Compass -Sport Bt. szíves támogatásával)

A műszer a kézi GPS vevők kategóriájába tartozik. A rendszer beépített antennával rendelkezik. A berendezés vevője öt csatornás, alacsony fogyasztású. Átlagon felüli érzékenysége ideálissá teszi a helymeghatározás minden esetében, de különös tekintettel az erdőben és járművekben való használatra. A készülék számos navigációs funkcióval rendelkezik, de ezeket méréseim során nem alkalmaztam. Memóriájában tárolható koordináták száma: max. 1000. A mérési eredmények 100 különböző vetületi rendszerbe átalakíthatók. (Magyar viszonylatban a Gauss-Krüger használható.) PC Interface segítségével a vevőkészülék számítógéphez csatlakoztatható, és az FD-NEXUS GPSMON nevű szoftver kezeli a beérkező adatokat. Az adatátvitel történhet mérés közben folyamatosan. Ekkor meghatározható, hogy a számítógép mely adatokat rögzítse és milyen időközönként. Ha a vevő memóriájában tároljuk el a mért eredményeket, az utólagos adatletöltéskor a mérés körülményeiről sokkal kevesebb információt kapunk vissza. A készülék még számítógépes kapcsolatban sem rögzít elegendő információt a műholdakról ahhoz, hogy utólagosan differenciális korrekciókat tudjunk végrehajtani. A mérések pontosítása érdekében valós idejű differenciális korrekciót viszont alkalmazhatunk, mert a készülékhez csatlakoztatható RTCM SC-104 szabvány vételére alkalmas rádióvevő. A megfelelő differenciális korrekció érdekében, a műszeren beállítható az a maximális időintervallum - un. timeout paraméter -, amely alatt egy új RTCM érték vétele elvárt. Ha ezen időtartam alatt nem érkezik új korrekciós érték, akkor a műszer megszakadtnak tekinti a rádiókapcsolatot, és nem folytatja tovább a differenciális korrekciót a korábbi értékek alapján. A GPS vevő pontossága 1-10 m-es hibahatárig fokozható. A készülék kijelzőjén a koordináták megadása század perc élességű, számítógépes adatrögzítésnél pedig ezred perc finomságú. A vevő egyszerre öt műhold jelét tudja fogni, és azok közül választja ki azt a négyet, amely a legjobb geometriai elhelyezkedésű. A szoftver használatával a beérkezett eredmények feldolgozhatók, és a különböző okokból nem megfelelő (pl. túl magas PDOP) értékek kiválogathatóak. [10]

3.8.2. A GeoExplorer II típusú GPS

(A Kerti's Kft. szíves támogatásával)

A (gyalog) felmérő rendszerek kategóriájába tartozik. A vevőkészülék hat csatornás, elemes, kézben hordozható és kifejezetten zord körülmények közötti mérésére tervezték. Pozíciók meghatározására, navigálásra használható, valamint pozíciók és pontszerű tereptárgyak rögzítésére alkalmas, további kiértékelés vagy GIS adatbázis bővítése érdekében. A műszer kódfázismérést végez, és a differenciális korrekció utáni pontossága 2-5 m közötti. A rögzített koordináták ezred másodperc élességűek. Egyszerre akár nyolc műhold követésére képes. 192 kByte memóriája 9000 három dimenziós pozíció tárolására alkalmas, természetesen a hozzájuk tartozó kiegészítő információkkal, melyek az utófeldolgozáshoz elengedhetetlenek. RTCM SC-104 vevő hozzákapcsolásával valós idejű differenciális korrekcióra is képes. Alaphelyzetben a műszer a belső antennáját használja, de külső antenna is csatlakoztatható, amely a terepi felmérést megkönnyíti. Használatával az adatrögzítés folyamán nem kell a műszert stabilan kézben tartani, hanem a hátizsákra szerelt külső antenna veszi a jeleket. [11]

Az észleléskor rögzített adatokat, a hardware kulcsos Pathfinder Office szoftverrel lehet PC-re letölteni, és szintén ezzel a programmal történik az utófeldolgozás is. Az utólagos differenciális korrekcióhoz bázisállomás által mért adatokra van szükség. Ha nincs saját bázisállomás, akkor a korrekciós értékeket valamely szolgáltatótól kell beszerezni.

3.9 A bázisállomás

Differenciális helymeghatározáshoz szükség van ismert koordinátájú alapponton felállított bázisállomásra (master), amely rögzíti, és továbbítja a korrekciós értékeket.

Magyarország 1996. március 1-jén csatlakozott a Nemzetközi GPS Geodinamikai Szolgálat (IGS) állandó állomásokból álló hálózatához. Az állomás Pencen, a FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumában (KGO) kapott helyet. A Trimble 4000 SSE típusú kétfrekvenciás vevőberendezése egy személyi számítógéphez csatlakozik, amely az adatokat rögzíti és továbbítja. A számítógép kapcsolódik az obszervatórium helyi hálózatához, és ezen keresztül az Internethez is. Az adatok hozzáférhetők visszamenőleg 1996 márc. 1-től 15 sec sűrűséggel Trimble formátumban, vagy 30 sec integrálással RINEX formátumban.

A permanens állomás neve PENC, a pontjel egy beton oszlop az obszervatórium főépületének tetején. [11]

Bázisállomás

PENC

 

 

OGPSH (ETRS 89) koordináta

Y=1417680,89

X=4052449,86

Z=4701406,93

WGS-84 koordináta

j =47° 47'22,56"

l =19° 16'53,49"

h=291,792

Diplomamunkámhoz felhasznált bázisadatokat FÖMI penci obszervatóriuma biztosította.

Terepi méréseim során a bázistávolság körülbelül 105 km volt, amely ugyan kissé meghaladja az ideális értéket, de még elfogadható, azonban bizonyára valamilyen mértékben rontja a korrekció pontosságát.