4. Terepi munka a GPS vevővel

4.1 Mérések előkészítése

Mint minden terepi munkát, a GPS méréseket is elő kell készíteni. A terep kijelölése után be kell szerezni a szükséges alaptérképet, amely a mérés során mint mérési jegyzőkönyv szerepel. Célszerű, ha ez a térkép megegyezik a későbbi javítás alaptérképének másolatával. A GPS mérések folyamán egyrészt tájékozódunk a térképen, másrészt pedig bejelöljük rajta az észleléseink helyét

A vevőberendezéseket és a hozzájuk tartozó segédeszközöket alkalmassá kell tenni a mérésre. Ellenőrizni kell, hogy meg van-e minden tartozék, és hogy azok működőképesek-e, beleértve az áramforrások feltöltöttségét is. Gyakorlati szempontból érdemes előre tájékozódni arról, hogy a mérés napján mikor lesz megfelelő a műholdak konstellációja, és az észleléseket abban a napszakban végezni, amikor egyszerre a legtöbb műhold látható, és azok geometriai elhelyezkedése a legjobb. Ezen tényezők a mérések pontosságát döntő mértékben befolyásolhatják. [10] Az észlelés idején legalább négy műhold legyen 15°-nál nagyobb magassági szögben. A PDOP értéke lehetőleg 4-nél (de 6-nál feltétlenül) kisebb legyen. [4] Ezeket az információkat különböző szolgáltatók web oldalairól lehet letölteni az Interneten keresztül, vagy segítséget adhat az előrejelző szoftver is.

Nagyon fontos ellenőrizni a műszer beállításait, hogy alkalmas legyen az észlelésre, és a rögzített adatok mindenképpen használhatóak legyenek a további feldolgozásra. A leglényegesebb beállítások, és azok ideális értékei a következők: [10]

Az észlelés finomsága érdekékben további beállítások is lehetségesek, - antennamagasság, szárazföldi használat, földrajzi fokhálózat kiválasztása, stb. - de azok nem elementáris jellegűek.

Tájékozódni kell a bázisállomás koordinátáiról és beállításairól is. Nem saját bázisállomás igénybevételénél egyeztetni kell a szolgáltatóval, hogy milyenek a master rögzítési jellemzői, és mekkora a szolgáltatott korrekciós értékek közötti időintervallum. A korrekciós értékekhez milyen csatornán és formátumban juthatunk hozzá. Real-time DGPS esetén ez egyértelmű; a rádiókapcsolat és az RTCM SC-104 szabvány. Utófeldolgozásos DGPS esetén több lehetőség is adódhat; a különböző formátumban rögzített korrekciós értékekhez hordozható adattárolókon, esetleg Interneten keresztül juthatunk hozzá.

Real-time DGPS méréseknél nagyon fontos tudni azt, hogy az adott területnek milyen a differenciális korrekciókat szállító rádióhullámokkal való lefedettsége, és milyen azok vételi minősége. Gyenge minőségű rádióvétel pontatlanabb eredményeket produkál, hiányában pedig a mérés meghiúsulhat.

A hatékony terepbejárást elősegítheti az alaptérkép alapján előre átgondolt útvonalterv, mely különösképpen hangsúlyt fektet azon tereprészek bejárására, ahol a térkép viszonylag részletszegény, és a további javítást megkönnyítik a GPS-szel bemért pontok.

4.2 Az észlelés

A terepen ki kell választani azokat a tereptárgyakat, ahol a GPS vevővel mérést végzünk. Szem előtt kell tartani azt a tényt, hogy ezen helymeghatározás eredményei a javítás folyamán később felhasználandók. Tehát olyan jól megkülönböztethető tereptárgyakat kell választani, amelyek később bármikor felismerhetők. Ilyenek a pontszerű tereptárgyak és vonalas elemek jellemző töréspontjai, vagy kereszteződései. Síkrajzi elemek jellemző pontjait azért is fontos bemérni, mert a további poligonháló kialakításához alapvető fontosságú. Matematikai számítás szerint, 1 km2-en 34 db pont szükséges ahhoz, hogy mindegyik pont 150 m-es körzetén belül legyen egy másik pont is. A rendelkezésre álló vevő pontossági korlátai miatt egyetlen helymeghatározás eredménye nem biztos, hogy elegendő pontosságú egy tereptárgy bemérésére. Ezért relatív statikus helymeghatározásra van szükség, amikor egy helyben az észlelési idő 1-2 perc, és a végeredménynek tekinthető koordinátákat a méréssorozat eredményeinek összevetése adja. A vevő antennájával a tereptárgyra kell állni úgy, hogy az objektum azon részén történjen az észlelés, amely a térképen azt reprezentálni fogja. Nagyobb kiterjedésű pontszerű jellel ábrázolandó tereptárgyak esetében a mértani középpont, vonalas elemek esetében pedig a tengelyvonal. Az észlelés teljes időtartama alatt az antennának egy helyben kell maradnia.

Az észlelésekről folyamatosan mérési jegyzőkönyvet (7. sz. ábra) kell vezetni, ami abból áll, hogy az észlelést követően a bemért pontot sorszámozva be kell jelölni az alaptérképre, valamint egy külön lapon fel kell jegyezni, hogy az adatrögzítő milyen néven mentette el az eredményeket. A jegyzőkönyvbe minden olyan további információt is rögzíteni kell, amely az utólagos feldolgozásnál szükséges lehet. (pl. Az észlelést nem lehetett az objektum pontos helyén elvégezni valamilyen árnyékoló hatás miatt, ezért attól bizonyos távolságban történt a mérés.)

 

fájl neve

tereptárgy

megj.

1.

R112012E

útelágazás

 

2.

R112013A

mészégető

rossz PDOP

3.

R112013B

útkereszt.

 

4.

R112013C

mészégető

ÉK, 6 m

5.

R112013D

mészégető

 

6.

R112014A

háromszö-gelési pont

 

7.

R112014B

útelágazás

 

8.

R112015C

faszénégető

 

9.

R112015D

sziklafal

lábánál

10

R112015E

út vége

 

11

R112016A

mészégető

 

12

R112016B

faszénégető

 

7. sz. ábra

Az észlelés során folyamatosan figyelni kell a vevőkészülék által, a mérés minőségéről kijelzett információkat. Rossz minőségű rádióvétel a differenciális korrekció megbízhatóságát rontja, megszakadása pedig az észlelés megismétlését vonhatja maga után. A statikus mérés ideje alatt, a vevő által helymeghatározáshoz használt műholdak cserélődhetnek, ami a PDOP megváltozását jelentheti. Túl magas - 6 feletti -, PDOP értéknél nem megfelelő pontosságú a mérés, azt meg kell ismételni. Azok a tárgyak, amelyek meggátolják a fény terjedési útját, azok a műholdak jeleit sem engedik át. Ezért fás területeken a lombozat és a fatörzsek könnyen leárnyékolhatják a mozgó műholdak által sugárzott jeleket. A PDOP ugrásszerű növekedése adódhat abból, hogy a GPS vevőnek az árnyékhatás miatt hirtelen eltűnik a rálátása valamelyik műholdra. Ilyenkor az antenna kis mértékű elmozdításával - 5-10 cm, amely a mérés hibahatárán bőven belül van - a rálátás visszaállítható, és a műholdak megfelelő geometriája is. Erdőkben a lombozat miatti visszaverődések és árnyékolások pontatlanabbá teszik a mérést, ezért azt célszerű inkább a lombkorona nélküli időszakban, vagy a nyitottabb tereprészeken végezni.

Magas PDOP értéket okozhat hegységekben a domborzat árnyékoló hatása, szélsőséges esetben nincs egyszerre legalább négy műholdra szabad rálátás, és ilyenkor a háromdimenziós mérés kizárt. Célszerű a mérést ugyanott de később megpróbálni, mert a műholdaknak ez a nem szerencsés konstellációja nem örök érvényű, és az adott helyen későbbi időintervallumban kedvezőbb lehet.

Vonalas terepidomok felvételére a relatív kinematikus helymeghatározás ad lehetőséget. A vevőantennának a tereptárgy tengelye fölött kell folyamatosan mozognia, és az előre megadott időegységenként a műszer rögzíti pozícióját. Az észlelési időközt úgy kell megválasztani a sebesség függvényében, hogy a mért pontok a későbbi ábrázolásban elkülönüljenek egymástól, de a vonalas elem jellegzetes vonulatát visszaadják. Az ilyen mérés eredménye egy olyan törtvonal, amely töréspontjai a rögzítési helyeket jelölik. Egy töréspont egyetlen helymeghatározás eredménye, megbízhatósága a műszer pontosságának, és a mérés pillanatnyi körülményeinek függvénye. A törtvonal tehát támpontot ad a vonalas tereptárgy helyes ábrázolásához, de azt a későbbi terepi helyesbítésnél felül kell vizsgálni.

4.3 A terepen rögzített adatok feldolgozása

A terepi észlelések során rögzített adatokat a műszer háttértárolójából át kell exportálni a számítógép merevlemezeire, hogy azok később különböző szoftverek számára elérhetővé váljanak. Ezen szoftverek használatával, a mérési eredmények térképészeti célú felhasználásra alkalmasak lesznek. Utófeldolgozásos differenciális mérés eseten elsődleges a korrekciók számítása.

4.3.1 Utólagos differenciális korrekció

A terepi méréseket követően első lépés, az adatletöltő szoftver segítségével a GPS műszer által rögzített információk átvitele a számítógép merevlemezeire. Célszerű új könyvtár létesítése, amely csak a feldolgozáshoz szükséges, és a szoftver által létrehozott fájlokat fogja tartalmazni. Adatátviteli kábellel fizikailag csatlakoztatjuk a műszert a PC-hez, majd a műszer és szoftver kölcsönös beállításával létrejön a kommunikációs kapcsolat, melyen keresztül átmásoljuk a terepen rögzített fájlokat.

A bázisállomástól megkapott korrekciós fájlokat szintén felmásoljuk a megfelelő könyvtárba, és ha szükséges, átalakítjuk a feldolgozó szoftvernek megfelelő formátumba.

A szoftver számára megadjuk az elérési útvonalat a roverfájlokat (mozgó vevővel rögzített) és bázisfájlokat (bázisállomáson rögzített) illetően. Ezt követi a differenciális korrekció, amit a szoftver automatikusan elvégez, ha megegyezik a rover- és bázisfájlok rögzítési időpontja. Új állományt hoz létre, amely tartalmazza a terepi helymeghatározás összes észlelt pontját, de már differenciálisan korrigált formában. A feldolgozás további folyamatában már csak erre az állományra van szükség. Az adatok szerkesztési lehetősége révén, a hibásan észlelt helyzetpontok törölhetők. Ilyen hiba lehet, pl. túl magas PDOP értékkel mért pontok, amelyek ronthatják a további feldolgozás pontosságát.

A képernyőn az adatmegjelenítés több formája lehetséges. Egyrészt a pozíciók koordinátáinak, és a hozzájuk tartozó mellékinformációk (PDOP, észlelési időpont stb.) számszerű kiírása, másrészt a pozíciók grafikus ábrázolása.

A földrajzi koordinátákat a felhasználásnak megfelelően különböző vetületi rendszerekbe át kell számolni. (Ha a szoftverben nem választható számunkra megfelelő rendszer, (pl. Magyarországon az EOV) akkor azt külön más erre specializált átszámító programmal kell elvégezni.)

Szintén a későbbi feldolgozástól függ, hogy az adatnyerés milyen formában történik. Az adatok exportálhatók térinformációs rendszerek bővítéséhez, valamint a térképészeti célú felhasználáshoz elengedhetetlen CAD rendszerekbe. Ezen kívül szövegállomány is készíthető, amely lehetővé teszi a helymeghatározás számszerű eredményeinek dokumentálását, további feldolgozását, pl. matematikai számítását.

A részletes, hagyományos módon történő terepi helyesbítő munka előkészítéseként, a GPS-szel bemért objektumokkal az alaptérképet kiegészíteni szükséges. A kiegészítésnek tartalmaznia kell a statikus helymeghatározás pontosítását szolgáló átlagszámítások eredményeit, és célszerűen a kinematikus mérések valamennyi pozícióját.

4.3.2 Pathfinder Office

Röviden ismertetem a diplomamunkám adatainak feldolgozására használt, a Trimble cég által kifejlesztett, Windows alapú Pathfinder Office szoftvert. A GPS térképkészítő rendszer eleme, mely segítséget nyújt a mérés megtervezéséhez, végrehajtja differenciális korrekciókat, különböző szerkesztéseket tesz lehetővé, és a képernyőn megjeleníti a mérési eredményeket. [12] A szoftver biztosítja azokat az eszközöket, amelyek szükségesek a GPS-szel mért objektumok és hozzájuk tartozó attribútumok átvitelére a GIS és CAD rendszerek felépítéséhez, ill. bővítéséhez.

Az észlelés időpontjának megtervezéséhez információt ad arról, hogy adott helyen, adott időszakban hány műhold látható az égbolton, azok magassági szögéről, valamint egy előzetes becslést a várható PDOP értékről.

A terepen rögzített adatok letöltése (SSF formátum) után automatikusan megkeresi a differenciális korrekcióhoz szükséges bázisadatokat (SSF, DAT, vagy RINEX formátum) - a helyi számítógépről, vagy letölti az Internetről -, kiválasztja és elvégzi a legoptimálisabb differenciális korrekciót (COR formátum), amely pontossága a mérőműszertől, és az észlelés módjától függően akár deciméter pontosságú is lehet.

Valós idejű differenciális korrekció esetén megszakadhat a rádiókapcsolat a bázisállomással, de a vevő tovább rögzítheti a nem korrigált értékeket. Ilyen esetben a szoftver lehetőséget ad az utófeldolgozásra, ha rendelkezésre állnak a megfelelő bázisadatok.

Az eredmények grafikusan megjeleníthetőek a képernyőn. Az objektumokhoz különböző szín és jel rendelhető, és további szerkesztések is lehetséges; törlés, eltolás. Mérések végezhetők az objektumok között, valamint információkat szolgáltat róluk (pl. várható elméleti pontosság). A GPS adatok mögé raszteres vagy vektoros háttértérkép illeszthető, és a monitoron megjelenített állomány kinyomtatható.

Az adatátvitel történhet térinformációs- és CAD rendszerek által elfogadott formátumban (AutoCAD DXF, ArcView, ARC/INFO, MapInfo, MicroStation), pontszerű, vonalas, területi kiterjedésű objektumok exportálhatók a hozzájuk tartozó jellemzőkkel. A felhasználó által kiválasztott jellemzők szerinti ASCII állomány is nyerhető.

4.4 Egyéb felhasználás

A fent részletezett GPS mérési folyamatot és adatfeldolgozást, a tájfutó térképek készítésének más munkafázisába is be lehet illeszteni. Általában egy készülő térkép terepi helyesbítését egyszerre többen végzik. Ilyenkor a kiválasztott területet, az alaptérkép alapján közös egyetértéssel felosztják egymás között - általában markáns vonalas tereptárgyak mentén -, majd mindenki megkezdi a terepi bejárást a saját területrészén. Sajnos ritkán fordul elő, hogy a szomszédos területek helyesbítői, együtt végigjárják a tereprészeiket elválasztó határt. Célszerű lenne a határon húzódó objektumot, és a közvetlen környezetében található tereptárgyakat közösen felmérni, és mindkét helyesbítő rajzfóliájára egyaránt jelölni, hogy a további javításhoz azt figyelembe vehessék. Így nem fordulhatnának elő illesztési problémák a szomszédos területek össze-rajzolásakor.

A határoló vonalak ilyen előzetes bejárását a GPS használata meggyorsíthatja, és pontosabbá teheti. Az összefogott munkát vezető térképész a területek felosztását követően elvégezheti a határvonalak bejárását GPS vevővel, kinematikus észlelésekkel rögzítve a vonalas terepi elemek helyét, és néhány fontosabb pontszerű tereptárgyon statikus észlelést végezve. Az alaptérképet a mérések eredményeivel kiegészítve, az egyes területek helyesbítőinek rendelkezésére bocsátja.

Mint minden térkép, a tájfutó térkép is elveszítheti naprakészségét az idő múlásával, ami a versenyszerű tájékozódásban komoly problémákat okozhat. Ezért a térképeket kisebb-nagyobb időközönként, az elavultság mértékétől függően felülvizsgálják. Korábban, a hagyományos kézi rajzolású térképeket, a fóliák kijavításával utánnyomták, de mióta a térképek rajzolása digitális úton történik, az utólagos változtatásokat könnyen el lehet végezni a digitális állományban. Gyors felülvizsgálat esetén, amikor a térkép szemléletét megtartva, csak a hiányzó vagy megváltozott tereptárgyak felvétele - és a feleslegesek törlése - történik, a GPS alkalmazása lehetővé válik. A hagyományos helyesbítési módszer iránymérése és lépésszámlálása helyett, elegendő csak a hiányzó pontszerű elemek GPS-es bemérése. Új utak, nyiladékok - vonalas elemek - és tarvágások - felületi elemek - felvétele egyszerű, azok jellemző pontjainak statikus meghatározásával, valamint a tengelyvonalak és határvonalak kinematikus mérésével. Ehhez azonban szükséges a térkép megfelelő általános pontossága, amely alkalmassá teszi GPS mérések befogadására. A mérések feldolgozásának végeredményeként létrehozott DXF állományt könnyű beilleszteni a rajzi állományba, és a mérési jegyzőkönyv alapján a megfelelő jelkulcsi elem kiválasztásával a felülvizsgálat be is fejeződik.