GPS. Lehoczki Róbert Vadvilág Megőrzési Intézet Szent István Egyetem, Gödöllő

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "GPS. Lehoczki Róbert Vadvilág Megőrzési Intézet Szent István Egyetem, Gödöllő"

Réka Lakatosné
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 GPS Lehoczki Róbert Vadvilág Megőrzési Intézet Szent István Egyetem, Gödöllő

2 Három technológiát egyesít: GPS (helymeghatározás) Robosztus terepen is használható hardver Egyszerű és hatékony szoftver

3 Mire használható a GPS? (1) Térképezés és adatgyűjtés A GPS vevő kiszámítja az objektum helyét, koordinátáját A felhasználó attribútumokkal látja el az objektumot A készülék a térbeli és attribútív adatokat összekapcsolva egy rendszerben tárolja A nap végén a gyűjtött digitális adatok közvetlenül áttölthetőek a GIS rendszerbe

4 Mire használható a GPS? (2) Navigáció a GPS vevőt arra használjuk, hogy megtaláljunk valamit a terepen, eljussunk egy előre megadott pontba Iránytartás.

5 Mire használható a GPS? (3) GIS adatok aktualizálása, frissítése A térinformatikai rendszerek gyakori frissítést, naprakészen tartást igényelnek Munkafolyamatok A meglévő adatbázist betöltjük a terepi munkához A GPS vevő segítségével ellenőrizzük, hogy a megfelelő tereptárgynál állunk-e Felfrissítjük a meglévő adatbázisunkat a megfelelő attribútummal vagy új objektumot veszünk fel

6 Mik a GPS rendszer előnyei? Helyszínen történő attribútumozás és érvényesség vizsgálat Könnyű használhatóság Nincs szükség magasan kvalifikált munkaerőre Pontos, hatékony, objektív helymeghatározás Nincs szükség terepi tájékozódási pontokra A mérés időjárás és napszak független Pontos nagy területek esetén is, bárhol a világon Elektronikus adatfolyam a munka során végig Könnyen integrálható a térinformatikai rendszerbe Nincs kézimunka igény, többszöri adatbevitel Könnyen lehetővé teszi a visszatalálást egy tereptárgyra illetve az adatfrissítést

7 Milyen fő hátrányai vannak a GPS rendszernek? Minden tereptárgyat végig kell látogatni, fel kell keresni Mindenképpen szükséges a megfelelő rálátás a műholdakra (csak nyílt, fedetlen területeken alkalmazható ) Nem használható épületekben, alagutakban, szűk völgyekben (kombinálható a mérés lézerletapogatókészülékkel a GPS-szel megközelíthetetlen helyeknél) Az épületekről visszaverődő jelek zavart okoznak a mérésben

8 HOGYAN MŰKÖDIK A GPS?

Globális Helymeghatározó Rendszer Globális (egész Föld) 3

Napszak-független - felhasználók Mindenki számára elérhető Global

- USA - GLONASS - orosz - GALILEO - EU - COMPASS - kínai plusz a

9 Globális Helymeghatározó Rendszer Globális (egész Föld) 3 szegmens: - műholdak Időjárás-független - kontroll állomások Napszak-független - felhasználók Mindenki számára elérhető Global Navigation Satellite System (GPS Műholdrendszerek): - NAVSTAR GPS - USA - GLONASS - orosz - GALILEO - EU - COMPASS - kínai plusz a navigációs holdak jeleinek pontosítására: - WAAS - USA - EGNOS - EU NAVSTAR GLONASS

Konstelláció (NAVSTAR) A műholdak minden nap ugyanazt a pályát járják be a földfelszínhez képest A pályamagasság olyan, hogy minden földi pont felett 24 óránként (23 óra 56 perc) a műholdak pályája

10 Konstelláció (NAVSTAR) A műholdak minden nap ugyanazt a pályát járják be a földfelszínhez képest A pályamagasság olyan, hogy minden földi pont felett 24 óránként (23 óra 56 perc) a műholdak pályája és konstellációja ugyanolyan A hat pálya (névlegesen mindegyiken 4 műholddal) egyenlően van elosztva, 60 fokonként Ez a konstelláció biztosítja, hogy a felhasználók 5-8 műholdat mindig láthatnak a Föld bármelyik pontjáról.

11 A működés elméleti alapjai km A pozíciónk a gömbfelületen van A pozíciónk egy körön van

12 A működés elméleti alapjai A pozíciónk a két pont egyike Az egyik pozíció kizárható a szélsőséges értéke miatt A pozíció meghatározásához minimum 4 műholdat kell látni (3 helyzet, 1 idő)

13 Hogyan mérjük a távolságot? A nagy matematikai ötlet Az egész probléma levezethető abból a mindenki számára ismert összefüggésből, hogy a távolság a sebesség és az idő szorzata. Például: ha egy kocsi 60 km/órával megy két órán keresztül, akkor milyen messzire jutott? Sebesség (60 km/h) x Idő (2 óra) = Távolság (120 km) A GPS esetében mi a rádiójel menetidejét mérjük, a rádiójel sebessége a fény sebességéhez hasonló, nagyjából kilométer másodpercenként. A probléma tehát a menetidő megmérése. Ennek a mérése elég problémás. Először is a menetidő nagyon-nagyon rövid. Ha a műhold pont a fejünk felett lenne, akkor a menetidő 0,06 másodperc. Ennek a megméréséhez egy igen pontos óra szükségeltetik.

14 Hogyan mérjük az időt? Ha feltételezzük, hogy van egy nagyon pontos óránk, akkor hogyan mérjük meg a jel terjedési idejét? Ahhoz, hogy megértsük, képzeljük el a következő analógiát: Tegyük fel, hogy mind a műhold, mind a vevő elkezdi játszani a Boci, boci tarka című dalt pontosan déli 12 órakor. Ha a hang ideérne az űrből, akkor a hallhatnánk a Boci, boci tarka mindkét változatát, egyiket a vevőnkből, a másikat pedig a műholdról. Persze a két változat nem lenne szinkronban egymással. Ami az űrből jön, késne, mivel több mint km-t kell megtennie a vevőnkig. Ha szeretnénk tudni, hogy mennyit késett a műhold verziója, elkezdjük késleltetni a vevő verzióját egészen addig, amíg nem esnek egymásba. Amennyivel arrébb kellett állítani a vevő verzióját az az idő a dal (jel) menetideje. Ha összeszorozzuk ezt az időt a fénysebességgel, akkor megkapjuk, hogy milyen messze van a műhold. A különbség csak az, hogy a műhold nem a Boci, boci tarkát játssza, hanem egy úgynevezett Pszeudo Random Kódot azonosít.

15 Mi a Pszeudo Random Kód? A Pszeudo Random Kód (PRC) egyik legalapvetőbb eleme a GPS-nek. Gyakorlatilag csak egy igen bonyolult digitális kód, más szavakkal 0 és 1 értékek váltakozása, mint ahogy az ábra is mutatja: A jel olyan bonyolult, hogy úgy néz ki, mint egy véletlenszerű elektromos zaj. Ezért lett a neve Pszeudo-Random.

16 Mi a Pszeudo Random Kód? Igen sok indok szól a PRC komplexitása mellett: Az összetett minta garantálja, hogy a vevő véletlenszerűen nem szinkronizálódhat össze más jellel. A minta olyan bonyolult, hogy a fogandó jel alakja semmiképpen nem egyezik más egyéb jellel. Minden műholdnak van saját egyedi Pszeudo Random Kódja. A kód bonyolultsága biztosítja, hogy a vevő két műhold jelét nem keveri össze, minden műholdat pontosan tud azonosítani, annak ellenére, hogy ugyanazt az átviteli frekvenciát használják.

17 A mérés pontosítása Az előzőekben megtárgyaltuk, hogy mi a mérés elve. Elfogadtuk azt a feltételezést, hogy a műhold órája és a mi óránk egyformán jár és ugyanabban az időpillanatban generálják a kódokat. De hogyan tudjuk ellenőrizni, hogy minden óra egyformán jár? Mivel az időmérés a GPS-es helymeghatározás kulcskérdése (ezredmásodpercnyi tévedés 350 km-es hibát eredményezne), az óráknak nagyon-nagyon pontosnak kell lenniük. A műholdak garantálják ezt, mivel minden műholdon négy atomóra található. De mi a helyzet a vevővel? A vevőt nyilvánvalóan nem lehet terhelni egy ilyen költségű alkatrésszel, ezért kellett kidolgozni azt a technikát, ami egy extra mérés segítségével pontosítja a mérést.

18 Extra időmérés Az ötlet alapja, hogy ha három tökéletes mérés ki tud jelölni a térben egy pontot, akkor négy nem teljesen tökéletes is. Ha az óránk tökéletes lenne, akkor a mérés eredménye az lenne, hogy egy pontot metszene ki a térben a három mérés. De pontatlan óra esetén a negyedik mérés mintegy visszaellenőrzés működik, az nem fogja metszeni az előző három mérés eredményeként kapott pontot. A vevő számítógép észleli, hogy pontatlanság van a mérésben, tehát nincsen szinkronban a műholdak együtt járó órájával. Mivel a műholdak órája együtt jár, a vevő órájának hibája minden mérést érint. A vevő egy olyan közös értéket keres, amelyet kivonva mind a négy mérésből a mérési pontok egybe esnek. Ezért kell a pontos méréshez minden GPS vevőnek minimálisan négy műholdat látnia.

19 Földi Állomások ("Control Segment") Ezek az állomások arra valóak, hogy ellenőrizzék a műholdak pontos helyzetét az űrben, illetve az egészségi állapotukat. A központi földi állomás folyamatosan továbbítja a korrekciót a műholdak felé. A Földön öt ilyen állomás található: Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, és Colorado Springs

20 WGS 84 geoid A GPS vevők a horizontális illetve magassági koordinátákat a WGS 84 geoidhoz képest szolgáltatják. Természetesen van lehetőség a vevőkbe olyan szoftvereket betölteni, ami helyi koordinátákat szolgáltat (pl.: EOV).

21 Pont Elemtípusok Ha egy ponton állunk és mérünk a koordináták átlagából igen pontosan meghatározhatjuk a pozíciónkat. Vonal Pontok összekötésével készül. Megkapjuk a vonal objektumokat és a vonalak hosszát, mint attribútumot. Poligon Összekötjük a mért pontokat és a kezdő és végpontnál összezárjuk, így kapjuk a poligonokat. Attribútív adatként megkapjuk a területet és a kerületet.

22 Attribútumok A mérés előtt definiálhatunk attribútumszótárt. A mérés alatt könnyen és hatékonyan használható. A mérés után mind a feature (térbeli) mind a leíró adatok áttölthetőek a GIS rendszerbe.

Hasonló dokumentumok

Adatgyűjtés. Kézi technológiák. Adatgyűjtési technológiák. Térbeli adatok jelenségek térbeli elhelyezkedése, kiterjedése, stb.

Adatgyűjtés. Kézi technológiák. Adatgyűjtési technológiák. Térbeli adatok jelenségek térbeli elhelyezkedése, kiterjedése, stb. Adatgyűjtés Adatgyűjtés Adatgyűjtési és adatnyerési technikák a térinformatikában Térbeli adatok jelenségek térbeli elhelyezkedése, kiterjedése, stb. Leíró (attributum) adatok a térképi objektumokhoz rendelt