GPS rendszerek és felhasználásuk

Átírás

1 GPS rendszerek és felhasználásuk A jelenlegi szabatos mőholdas helymeghatározó rendszerek közvetlen elızménye az USA Haditengerészete számára 1961-ben kifejlesztett TRANSIT mőholdas navigációs rendszer, mely polgári felhasználása 1967-ben kezdıdött, s 1994-ben a rendszer mőködésével együtt véget is ért. A rendszer alapvetı célja tengerészeti navigáció volt, de hasznosították geodéziai célokra is, elsısorban olyan globális feladatok megoldására, mint a NAD 83 nevő északamerikai, vagy a WGS 84 nevő globális dátum létrehozása. A TRANSIT rendszer geodéziai hasznosítását hosszú észlelési idı, utófeldolgozás és viszonylag alacsony, 1 m. körüli pontosságok jellemezték. A TRANSIT rendszerben a mérés alapelve az volt, hogy a vevı a földi pont és a mőhold távolságának megváltozását határozta meg egy megadott idıintervallumra a Doppler csúszások segítségével, ezért ezekre a mőholdakra a geodéták rendszerint 'doppleres' jelzıvel hivatkoztak. A TRANSIT-tal egyidejőleg a Szovjetunióban is kifejlesztettek egy mőholdas navigációs rendszert, ezt azonban kizárólag katonai célokra használták és titokvédelmi okokból jellemzıit nem publikálták. Mind a jelenleg mőködı, mind pedig a tervezettek között találunk olyan kispontosságú rendszereket, melyek helyzeti pontossága néhány száz métertıl egy-két kilométerig terjed. Ezek a rendszerek a korábbi repülıgépes illetve hajós impulzusos rádionavigációs rendszerek (SHORAN, HIRAN stb.) mőholdas továbbfejlesztései. Ilyen rendszer pld. az ARGOS, mely két TIROS N meteorológiai mőholdat használ az állatok helyváltoztatásának tanulmányozására. Az állatokra kb. 2 kg. súlyú rádióadót erısítenek, mely MHz frekvencián sugároz. a mőholdak veszik a jelet és továbbsugározzák a földi feldolgozó állomásra. A feldolgozó állomás a keresett koordinátákat egy hold vételébıl vezeti le mozgó tárgyak esetében ±800 m, rögzített tárgyak esetében pedig ±300 m középhibával. A mőholdas helymeghatározás geometriai alapelve A korszerő mőholdas helymeghatározó rendszerek a pontok helyzetét térbeli ívmetszéssel határozzák meg. 1. ábra Távolságmérésen alapuló helymeghatározás

2 2. ábra Háromdimenziós helymeghatározás két távolságmérés esetén 3. ábra Háromdimenziós helymeghatározás három távolságmérés alapján Képzeljük el, hogy egy rögzített pillanatban megmértük álláspontunk és egy mőhold távolságát. Legyen ez a távolság km. Egy mérés alapján álláspontunkról csak azt tudhatjuk, hogy valahol azon a gömbön van, amelyet a kérdéses mőholdra mint középpontra km.-es sugárral szerkesztünk. Ugyanebben az idıpillanatban mérjük meg a távolságunkat egy másik mőholdtól is. Legyen ez a távolság km. Kézenfekvı, hogy álláspontunk rajta van azon a gömbön is, melyet a második mőhold, mint középpont körül km-es sugárral szerkeszthetünk. Mivel az álláspontunk mindkét gömbön rajta van, rajta kell, hogy legyen a két gömb metszésvonalaként létrejött körön.ha ugyanebben a pillanatban egy harmadik mőholdtól is megmérjük a távolságot, legyen ez km. és elképzeljük a harmadik gömböt is, úgy ez utóbbi két pontban metszi az elsı és második gömb metszésvonalát. A két pont közül a valódi álláspont további mérés nélkül néhány egyszerő szabály figyelembe vételével meghatározható.

3 Mivel a szatellitamódszerek közül pillanatnyilag egyik sem képes az r irányvektor mindhárom komponensét egyidıben szolgáltatni, ezért ha távolságmérést alkalmazunk, a vevınek egyidıben 3 ismert koordinátájú mőhold távolságát kell mérni. A GPS módszer esetében ez 4 mőhold egyidejő mérését jelenti, mivel negyedik ismeretlenként kezeljük a vevınk órájának eltérését a GPS rendszeridıtıl. Amennyiben ismerjük a mőhold koordinátáit, a vevı koordinátái ugyanabban a koordinátarendszerben számíthatók. A mesterséges holdak koordinátái tetszıleges idıpontra számíthatók a hold által sugárzott jelek kódolt paramétereibıl. Ezek a koordináták geocentrikus, derékszögő X, Y, Z koordináták, melyek a WGS 84 referencia rendszerre vonatkoznak. A GPS mérések eredményeként elsıdleges adatként WGS 84 rendszerben értelmezett geocentrikus, derékszögő X, Y, Z koordinátákat kapunk. Ezekbıl, - a megfelelı transzformációs paramétereket ismerve - tetszıleges dátumra, alaprendszerre vonatkoztatott koordinátákat számíthatunk. A GPS és GLONASS rendszer felépítése A GPS fejlesztésének megkezdését 1972-ben kezdeményezte az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma (US. Department of Defense, röviden DoD). Olyan rendszert szándékoztak megvalósítani mely a szatelliták ismert pozícióiból távolságokat határoz meg ismeretlen helyzető földi, légi, tengeri objektumokra. Elsıdlegesen a rendszer létrehozása katonai célokból történt, de a polgári hasznosítással is számoltak. A rendszer őrszegmense 21 aktív és 3 tartalék mőholdból áll, melyek hat darab 55 o inklinációjú síkban helyezkednek el. Mind a 6 síkban négy mőhold kering km. magasan közel kör alakú pályán. 4. ábra A GPS mőhold Ezen holdak neve NAVSTAR, és a Rockwell International gyártotta ıket. Súlyuk az őrben mérve 862 kg, nyitott napelemekkel 5.2 méter hosszúak. Tizenkét óra alatt kerülik meg a Földet, tervezett élettartamuk 7.5 év. Sajnos nem elég ezen mőholdakat körülbelülre kilıni, majd otthagyni. Nagyon pontos koordinátákon kell mozogniuk, hiszen így tudunk majd a Földön is pontos eredményekhez jutni (egy TV mőhold esetében ekkora pontosságra nincs

4 szükség). Sajnos az őrben ezen mőholdak ütköznek kis törmelékekkel, érik ıket egyéb természeti jelenségek (Nap gravitáció, napszél nyomása, stb.), melyek miatt változtatják pályájukat. Hogy ilyenkor korrigálni lehessen a hibát, öt földi követı állomást építettek fel: Hawaii-on, Ascension Island-on, Diego Garcia-án, Kwajalein-en és Colorado Springs-en. Az állomások módosító jeleket küldenek a mőholdaknak, melyek ezt figyelembe véve a vevık felé is elküldik a korrekciót. 5. ábra A GPS követő állomások elhelyezkedése a Földön A pályákat úgy képzelhetjük el, hogy az egyenlítıt hosszúság szerint 30 o -ként felosztjuk, majd minden egymástól 180 fokra fekvı két osztásponton keresztül fektetünk egy olyan körlapot, mely középpontja egybeesik a föld középpontjával, sugara km., s az egyenlítı síkjával bezárt hajlásszöge 55 o. A mőholdak súlya mintegy 750 kg. Ma, a rendszer teljes kiépülése után a föld bármely pontjáról egyszerre 4-8 mőhold 'látható' 15 o -ot meghaladó magassági szög alatt. Az Egyesült Államok által 2000-ig követett 'szelektív hozzáférés' (az eredeti katonai célokkal összhangban az amerikai védelmi minisztérium a szelektív elérhetıség (selective availability, röviden SA) politikáját gyakorolja, ami azt jelenti, hogy esetenként (pld. az öbölháború idején) korlátozza a teljes rendszer használatát a polgári alkalmazóknak) fedınevet viselı politika miatt azonban az amerikai civilek is szerettek volna egy olyan kiegészítı mérırendszerre támaszkodni, mely adatait nem hamisítják mesterségesen. Ezzel magyarázható, hogy az amerikaiak által GLONASS-nak nevezett szovjet (orosz) mőholdas szabatos navigációs rendszer teljessé tételére az amerikai üzleti körök pénzügyi támogatást ajánlottak fel az orosz kormánynak, és amerikai cégek olyan vevık készítését kezdték meg, melyek a méréshez mind a GPS mind a GLONASS mőholdak jeleit felhasználják ban 13 mőhold üzemelt a tervezett 21 mőködı és 3 tartalék, összesen 24 mőholdból, melyek három pályasíkban keringenek 19.1 km.-es közepes magasságban. A két rendszer összekapcsolása azért is elınyös, mivel a két rendszer mőholdjai olyan pályákon keringenek, melyek kiegészítik egymást, és biztosítják, hogy a föld minden pontján minden idıben kellı számú, optimális helyzető mőholdat lehessen észlelni.

5 Az elsı GLONASS mőholdat 1982 októberében lıtték fel végéig több mint 70 mőhold került a pályára. A mőholdak súlya mintegy 1500 kg., tervezett mőködési ideje 3 év. A tervek szerint az 1998-tól kezdıdıen felbocsátandó mőholdak tervezett mőködési ideje 5 év lesz.a teljes kiépítésben a 24 darab GLONASS mőhold km.-es közel kör alakú pályán kering három pálya síkban, melyek felszálló ága egymástól 120 o -ra helyezkedik el. A pályánként 8 mőhold egyenlı távolságra van egymástól, szélesség szerinti attribútum különbségük 45 o. A pálya inklinációja 64.8 o, egy teljes pálya megtétele kb. 11 óra 15 percig tart. A mőholdak pályáját úgy tervezték meg, hogy egyszerre legalább 5 holdat lásson a felhasználó. A GPS mérés elve A GPS technika a mesterséges holdak által kisugárzott rádiójelek vételén alapul. A GPS holdak fedélzetén elhelyezett oszcillátorok f 0= MHz alapfrekvencián mőködnek, rádiójeleket azonban két különbözı frekvencián sugároznak, az L1 és L2 jelőn. Az L1 frekvencia az alapfrekvencia 154 -szerese, az L szorosa. L 1ŕ f 1 =154 f 0 = MHz. L 2ŕ f 2 =120 f 0 = MHz. A vivıhullám modulálásakor kétféle kódolást alkalmaznak. A C/A kód ( coarse/acquisition code ) frekvenciája f 0/10, azaz MHz - es frekvenciával követik egymást a +1 és -1 értékek. A kódsorozat minden ezredmásodpercben ismétlıdik, és minden GPS hold esetén különbözı. Ez teszi egyértelmően azonosíthatóvá a holdakat. A P - kód (precision code) frekvenciája megegyezik az f 0 alapfrekvenciával, és naponta ismétlıdik. A holdak azonosítását itt az teszi lehetıvé, hogy a kód " mintája" minden hold esetében egyedi. A P - kód teljes, napos ciklusának 7-7 napos darabját rendelték hozzá egy egy GPS holdhoz. A kód generálása minden vasárnap éjfélkor, a GPS hét kezdetén újra indul. A mesterséges holdakat azonosító PRN ( pseudorandom noise ) szám éppen arra utal, hogy a teljes P - kód melyik egyhetes szakaszát rendelték a holdhoz. Néhány éve új fogalom került a köztudatba, ez az Anti -Spoofing ( A - S). Az Anti Spoofing a P kód titkosítása annak elkerülése céljából, hogy valaki hamis információ sugárzásával illetéktelenül beavatkozhasson a rendszerbe. A titkosítás eredménye az Y kód, melyet csak a titkos konverziós algoritmus ismeretében lehet megfejteni. A jelfeldolgozás alapelvei Eddig a GPS holdak jelsugárzásának módjairól beszéltünk. A felhasználó számára legalább ilyen fontos kérdés, hogy hogyan juthat hozzá a jelek által hordozott információhoz, azaz hogyan mőködik a GPS vevı. A GPS két típusú mérést képes végezni. Az egyik az úgynevezett kód korrelációs technika, amely megkívánja legalább az egyik PRN kód ismeretét, a másik a kód nélküli technika. Minkét eljárás alkalmas a vivıhullám rekonstruálására, így annak fázisa meghatározható. A kód korrelációs technika a modulálatlan vivıhullám mellett a jel többi komponensét (navigációs üzenet, órajel) is megfejthetıvé teszi. Az eljárás alaplépései a következık: referenciarezgés keltése a vevıben a referencia rezgés modulálása az ismert PRN kóddal

6 az ilyen módon kódolt referencia jel összehasonlítása (korrelálása) a mőholdról vett jellel; a két jel közötti idıeltolódás (D t ) jelenti a mőholdról érkezı hullámok terjedési idejét a kód eltávolítása a vett jelbıl, így a navigációs üzenet dekódolható, majd kiszőrhetı megmarad a modulálatlan vivıhullám, a fázismérés végrehajtható. A GPS mérési adatok valójában távolságok, amelyek a vevıben eıállított, illetve a vett jelek összehasonlításával, idı- és fáziskülönbség mérése alapján határozhatunk meg. A GPS mérés egyutas módszer, amelyet a mőhold és a vevı órajárási hibái befolyásolnak. Ezért a GPSmérte, órahibákkal terhelt távolságokat pszeudo távolságoknak, (pseudorange, áltávolság) nevezzük. A GPS hibaforrásai 6. ábra A GPS hibaforrásai A méréstechnikában, igy a geodéziai mérésekben is megkülönböztetjük a véletlen hibákat vagy zajt szabályos vagy szisztematikus hibákat durva hibákat. Az 5. ábra jól illusztrálja a három hibatípus jellegét. A GPS hibái e három forrás kombinációjából jönnek létre.a zaj a valódi helyzet körüli szóródást idéz elı, 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 jelentısen meghaladja, szerencsére nem lép föl rendszeresen és a mérési szám növelésével az eredményekbıl kiszőrhetı. A véletlen hibák (zaj) fıként a pseudovéletlen kód kb. 1 méteres zajából és a vevı szintén kb. 1 méteres belsı zajából tevıdnek össze.

7 A szabályos hibákat a szelektív hozzáférés (SA) és más tényezık okozzák. Ezek közül megemlíthetı A mőhold órák azon hiba részét melyet a földi irányítóközpont nem korrigál. Ez az érték elérheti az 1 m.-t. A mőhold sugárzott koordináta hibái szintén 1 m. körüli értékek. Az atmoszféra alsó 8-13 km.-es tartományában a troposzférában a jel terjedési sebessége függ az idıjárási tényezıktıl (hımérséklet, légnyomás, páranyomás). Ha ezeket nem mérik és nem veszik figyelembe a számítás során, úgy 1 m.-es szabályos hibát okozhatnak. Az ionoszféra, az atmoszféra 50 km.-tıl 500 km.-ig terjedı tartományának hatását a jel terjedési sebességére különbözı modellekkel próbálják figyelembe venni. Mivel azonban ezek a modellek sem tökéletesek bizonyos esetekben 10 m. körüli szabályos hibával terhelhetik a mérést. A GPS jel nem csak közvetlenül a mőholdról, de különbözı tereptárgyakról visszaverıdve is bejuthat a vevıantennába. Mivel a visszavert jel hosszabb utat tesz meg mint a közvetlenül terjedı ez szabályos hibát eredményez, nagysága 0.5 m.-re becsülhetı. A durva hibák több száz kilométeres eltéréseket is eredményezhetnek A földi ellenırzı rendszer számítógépes vagy emberi hibái egy métertıl több száz kilométerig terjedı hibákat okozhatnak. A felhasználók, fıként a rossz dátum beállítással, 1 m.-tıl több száz méterig terjedı eltéréseket idézhetnek elı. Ha a vevık hardvere vagy szoftvere elromlik, tetszıleges nagyságú hiba bekövetkezhet. Tipikus az az eset, amikor a véletlen és szabályos hibák kombinációjaként minden a pontmeghatározásban résztvevı szatellitára 15 m körüli távmérési hiba adódik. Helymeghatározási módszerek A meghatározási módszereket az alábbiak szerint csoportosíthtjuk: - abszolút vagy relatív - statikus vagy kinematikus Az abszolút helymeghatározás egy független, egypontos meghatározás, ahol a koordinátákat kódmérésbıl, pszeudotávolság meghatározásból kapjuk a WGS-84 koordinátarendszerben, a méréssel egyidıben. Ehhez a mérési módszerhez egy vevıkészülék szükséges. A relatív helymeghatározás a pszeudotávolság, vagy vivıfázis szimultán mérését jelenti két vagy több ponton, ugyanazon holdakra. Ehhez a mérési módszerhez legalább két vevıkészülék szükséges. Fázismérésnél a relatív pontosság 1 ppm. A kapott koordináták a referenciaponthoz viszonyított értékek. Statikus mérési módszernél a vevı az észlelés teljes ideje alatt helyben marad, tehát sok fölös mérési eredmény adódik. Kinematikus módszernél a vevıkészülék folyamatosan mozog, fölös mérés nincs. Az abszolút statikus módszernél 1s-os mérési idı alatt a helymeghatározás pontossága valósidejő mérésnél: C/A kóddal: m P kóddal: 5-20 m

8 Ha a mérési adatok feldolgozását késıbb végezzük, és pontos pályaelemekkel számolunk,akkor amegbízhatóság 2-5m lesz. Az abszolút - kinematikus módszerrel 1 ms -os mérési idı alatt a maximálisan elérhetı pontosság méter. E pontosság eléréséhez a mozgásban lévı vevınek folyamatosan, szimultán 4 mőholdra kell mérnie. Ez a mérési módszer széleskörően elterjedt a vízi, szárazföldi és léginavigációban. Ezzel a módszerrel a jármővek mozgási pályáját lehet meghatározni. A relatív statikus módszernek van a legnagyobb jelentısége geodéziai szempontból, fıleg fázismérés esetében, mert így érhetı el maximális pontosság GPS -szel. Rövidebb bázisok esetében centiméter alatti. Precíz pályaelemeket használva a pontosság tovább javulhat, elérheti akár a 0.01 ppm -et is.ez a módszer széleskörően alkalmazható alappontsőrítésnél, hagyományos terepfelméréseknél, ipari geodéziában, fotogrammetriában. A relatív - kinematikus módszer alkalmas a vevı útvonalának rövid idö alatt való meghatározására. A mérést egy álló, és egy mozgó vevıvel végezzük. A mérés kezdetekor két ismert ponton abszolút kinematikus módszerrel meghatározzuk a koordinátákat. Ezután az egyik vevıantennát a kezdıponton hagyjuk, a másikkal pedig pontról pontra haladva folyamatos mérést végzünk.egy - egy új ponton megállva, a mérés idıtartama néhány másodperctıl 1 percig terjedhet. Vivıfázis mérésekor az elérhetı pontosság néhány centiméter, kódméréssel néhány méter. Mivel ezzel a módszerrel nagy számú pont gyors és pontos meghatározása lehetséges, nagy jövıje van a geodéziában. Az eredmény megjelenése, azaz a felhasználás szempontjából a módszereket két nagy csoportra oszthatjuk: az elsı csoport tagjai a mérés után gyakorlatilag azonnal szolgáltatják az eredményt, ezek a jelen idejő vagy real time módszerek; a második csoportba azok az elárások sorolhatók, melyek a mérési eredményekbıl utófeldolgozás - post processing során számítják a keresett mennyiségeket (leginkább a koordinátákat). Utófeldolgozásra három okból lehet szükség: 1. egy pont meghatározásához, a nagyobb pontosság érdekében, nagyon sok mérést végzünk, és gyakran, a mőhold helyzetét sem a sugárzott, hanem a GPS ellenırzı központ által pontosított pályaadatokkal kívánjuk figyelembe venni; 2. a mérımőszerben nincs megfelelı szoftver (ettıl az esettıl ma már eltekinthetünk); 3. a meghatározandó mennyiségeket két (vagy több) vevı szimultán észleléseibıl lehet kiszámítani, de a vevık között nincs rádiókapcsolat. Kódfázis mérésen alapuló módszerek Pontmeghatározás pseudo távolságokkal Az elsı alapvetı módszer a pontmeghatározás pseudo távolságok segítségével. Ez a módszer rendszerint jelen idıben szolgáltat koordinátákat. Ha statikus üzemmódban használjuk (a vevı egy ideig a ponton tartózkodik) és nincs szükségünk jelen idejő koordinátákra, úgy a módszer

9 pontossága eléri az egyméteres szintet. Ez a pontosság még javítható az utófeldolgozásban alkalmazott simító technikák segítségével. A kinematikus pontmeghatározás pseudo távolságokkal (a vevı antenna a gépkocsira van szerelve és azzal együtt mozog) alkalmas arra, hogy a gépkocsi pályáját m.-es pontossággal jelen idıben meghatározza. A differenciális helymeghatározáshoz (3.107 ábra) két vevıre és a köztük kiépített adatátviteli (rádió) kapcsolatra van szükség. A bázisállomást ismert koordinátájú pontra állítják, a mozgó állomás a gépkocsiban helyezkedik el. A bázisállomás, mivel ismertek az álláspont koordinátái a mőholdak koordinátáit pedig veszi a navigációs üzenetbıl, ki tudja számolni a mőholdak tényleges távolságát és ugyanakkor meg is méri azokat. A módszer pontossága sok tényezıtıl függ. Ezek közé soroljuk a szelektív elérhetıséget (SA); a javítási üzenetek gyakoriságát; a javítást hordozó rádióhullámok vételi körülményeit; az telepített és mozgó mőszer kód meghatározási pontosságát; a korrekciós jelsorozat típusösszetételét; a visszaverıdések mértékét és hatásuk csökkentését. Összefoglalva a különbözı GPS technikák tulajdonságait alkalmazásukra az alábbi következtetéseket vonhatjuk le: A relatív statikus helymeghatározás a leghatékonyabb eszköze az országos vízszintes alappont hálózat létrehozásának. A gyors relatív statikus technikák alkalmasak az alappont sőrítésre, de a szoftver és hardver magas ára egyelıre hátráltatja széleskörő alkalmazásukat. A differenciális helymeghatározás jól használható az 1:10000, és 1:25000 méretarányú felmérésekben, különösen az úthálózat vonatkozásában, mivel ezen a gépkocsi gyorsan tud mozogni.

10 A relatív kinematikus helymeghatározás használható nyílt területek nagyméretarányú háromdimenziós felmérésére, de egyelıre az elektronikus tahimetria olcsóbb és eredményesebben használható az ilyen jellegő feladatokban. Ha a GPS vevıt gépkocsiba szerelik ez a módszer is széleskörően alkalmazható a közúthálózati fedvények létrehozására és aktualizálására. A GPS rendszerek felhasználása Az olcsóbb szolgáltatások közé tartozik az egyszerő légi navigáció, a repülıgépek helyzetének meghatározása, a repülıterek megközelítésének a támogatása. Az egyszerőbb GPS rendszereket elsısorban arra lehet használni, hogy a landolás elıkészítését segítsék. Ilyen egyszerőbb eszközök alkalmazása esetén a leszálláshoz mindenképpen szükség van a pilóta aktív közremőködésére. Közúti navigáció: Ma ez a legelterjedtebb formája a GPS felhasználásának. Szinte minden országról van közel % közti lefedettség, többségük utca-, sıt, házszám szintő. Ezek a szoftverek lehetnek egy kéziszámítógépre vagy laptopra telepítve, de léteznek az autóba fixen beépíthetı navigációs rendszerek is, amelyeknek kifejezetten ez a céljuk. A fix beépített rendszerek elınye, hogy általában mindhez jár külsı antenna, így jobb vételi lehetıségeik vannak, hátrányuk a néha nehézkes térképfrissítés. Fedélzeti navigáció: Az alapja teljesen megegyezik a közúti navigációval. Többet tud azokban az országokban, amelyek rendelkeznek TMC-vel (Traffic Message Channel). Ennek lényege, hogy a közlekedési információkat egy rádiófrekvencián a nap 24 órájában sugározzák és az erre a technológiára felkészített eszközök figyelembe tudják venni ezeket az útvonaltervezésnél. Például ha egy utcában baleset történt és le van zárva, akkor a navigációs szoftver ezt az utcát automatikusan elkerüli. Ez a szolgáltatás többnyire fizetıs, de sehol nem egy egetrengetı összeg. Kis hazánkban ez a rendszer még nem mőködıképes a cikk írásának idıpontjában, de a kiépítése folyamatban van. Off-road navigáció: Többnyire túrázóknak, túrakerékpárosoknak vagy rallye autóversenyzıknek hasznos alkalmazás, amely a földutakra specializálódott túraútvonalakat tartalmazza. Ilyen alkalmazások léteznek PDA-ra is (Russa, GPS Tuner), de ilyen komolyabb igénybevételre inkább egy strapabíróbb felépítéső Garmin vagy Magellán GPS való, amelyek robosztus felépítésőek, ütés-, por- és cseppálló gumiborításuk van, és többnyire szabványos 1,5 voltos elemekrıl vagy akkumulátorokról üzemeltethetık. Így szinte korlátlan üzemidı érhetı el velük. Vagyonvédelem és flottakövetés: Olyan GPS, amely a pozíciót nemcsak fogadni, de online módon küldeni is képes. Így ha ellopnak egy ilyen eszközzel felszerelt jármővet, azt pillanatok alatt követni lehet otthonról vagy épp a rendırségrıl, egy mezei internet csatlakozással megáldott PC-n keresztül. De nagy fuvarozócégek is nyomon követhetik ezekkel alkalmazottjaikat, hogy a céges autót nem használják-e más célra. Ha egy jármő letér a tervezett útvonalról, egybıl látják a központban, és utána tudnak érdeklıdni a történteknek. Az igényesebb felhasználás körébe tartoznak a geodéziai és térképészeti alkalmazások, a térinformatikai rendszerek létrehozásának támogatása. A GPS rendszer hatékonyan képes segíteni a hagyományos földmérési feladatok megoldását (telekfelmérés, építkezések

11 helyének meghatározása, vonalas építmények helyének kijelölése), a térinformatikai rendszerek adatbázisainak feltöltését és a térképek készítését. A hagyományos földmérési feladatokon túl egyre nagyobb a gazdasági jelentısége annak, hogy a különbözı közmővekrıl, olaj-, gáz-, víz-, villanyvezetékekrıl, távközlési hálózatokról, épületekrıl pontos információkkal rendelkezzünk. Az ilyen nyilvántartások feltöltését hatékonyan segíti a nagy pontosságú GPS rendszerek alkalmazása. A fenti alapvetı alkalmazások mellett a GPS rendszer többféle egyéb felhasználási lehetıséget kínál. Végül ezek közül sorolunk fel néhányat. A Föld felszínén bekövetkezı lassú változások megfigyelése, a tektonikus táblák mozgásainak vizsgálata. A tektonikus táblák mozgásának elemzése lehetıséget biztosít a Föld korai korszakainak megismerésére, de arra is, hogy a földrengések okait jobban megértsük, illetve hogy azokat pontosabban legyünk képesek elıre jelezni. (40. ábra) A katasztrófa-elhárítás segítése, a szakszolgálatok (mentık, tőzoltók, rendırség) pontosabb informálása, a bevetésirányító rendszer támogatása. Mezıgazdasági alkalmazások a terméshozam növelésére, például a mőtrágya optimális területi elosztásával. A ritka, vadon élı élılények viselkedési módjának tanulmányozása, az élıterek felmérése. A halrajok helyzetének meghatározása, a halászat hatékonyságának növelése. A Föld felszínén lezajló természeti jelenségek megfigyelése (árvizek, gleccserek, óceánok, erdık, atmoszféra, mocsarak stb.). Geodéziai alkalmazások Léteznek úgynevezett lokális, vagyis passzív GPS-hálózatok, amelyeket úgy kell elképzelni mint mobiltelefon-adótornyokat, amik 10 km-re vannak egymástól. Ezt a rendszert röviden OGPSH (Országos GPS Hálózatnak) nevezik. Magyarországon 1153 ilyen pont található. Ha van passzív, akkor valószínőleg kell lennie aktív GPS-hálózatnak is. Van is, ezek kb. 50 km-re helyezkednek el egymástól, ezek szolgáltatják az ipari GPS-eknek a milliméter pontosságú mérést. Az OGPSH létrehozásával a GPS-felhasználók jelentıs elınyhöz jutottak, hiszen egységes koordinátarendszerben, 10 km-es sőrőségben rendelkezésükre állnak a GPSkoordinátával rendelkezı pontok, amelyeket a méréseik bázispontjául használhatnak. Az aktív hálózatnak rendkívüli a tudományos szerepe is. A hálózatban üzemelı vevık mérési adatait naponta, vagy még sőrőbben feldolgozzák, az eredményeket összevetve a korábbiakkal, azonnal kiugrik, ha valamelyik pontban változás áll be. Ezt a technikát hatásosan alkalmazzák a szeizmikusan aktív területeken, mint pl. Japánban, ahol közel 1000 permanens állomást üzemeltetnek, vagy az amerikai Szent András-törésvonal mentén. Galileo-project Az ESA (Európai Őrügynökség) és az Európai Unió az amerikai függıség feloldására tervezte meg saját rendszerét Galileo néven. A Galileo nagy elınye, hogy nem katonai rendszerrıl van szó, ami egyben hátránnyá is vált: kevesebb a pénz, több a vita. Az eredetileg elgondolt as teljes kiépítettség már régóta csak álom, a tervezett 30-ból napjainkban még mindig csak az elsı mőhold pittyeg árván felettünk. Idén decemberben tervezik a rendszer második tesztmőholdjának fellövését. Ez többek között azért is fontos, mert ha az elsı mőhold idı elıtt elhallgatna, és az ESA-nak nem volna másik, a Galileo rendszer számára fenntartott frekvenciákon sugározó őreszköze, akkor egy idı után elavulna a "frekvenciaengedélye". Az

12 újraengedélyeztetés pedig újabb csúszást jelenthetne a programban. Vannak, akik azt állítják, hogy ilyen tempó mellett a jövı évtized végére sem lesz életképes rendszere Európának, ám a derőlátók szerint ha egyszer beindul, akkor akár néhány éven belül mőködhet a Galileo. Ha a megvalósítás gyorsaságában nem is, de paramétereit tekintve a Galileo mindenképpen felülmúlná társait. "Ha egyszer kiépül, a Galileo nagyon jó lesz" - állítja Kovács Béla. A mőholdak bárki számára ingyenesen elérhetı jelsorozatával 10 méteres pontossággal lehetne mérni, sıt mivel nem katonai rendszerrıl van szó, akár szubcentiméteres-es adatok lekérdezésére is lehetıség nyílna, bár ezért a szolgáltatásért már valószínőleg fizetni kellene. Galileo mőhold Egy másik elınye, a Navstar kapcsán már emlegetett integritási adat alkalmazása lenne. A Galileo eddig az egyetlen rendszer, amelyet úgy terveztek, hogy akár 6 másodpercen belül jelezné a felhasználónak, ha a korábbi mérés során a mőholdról bármi oknál fogva hibás adat érkezett. A tervezett harminc mőhold a többinél jóval magasabban, km-en keringene, így jóval lassabban, 14 óra alatt kerülné meg a Földet. BEI DOU - a kínai meglepetés Az év legnagyobb meglepetését a kínaiak okozták. "Azért volt nagy újdonság, amit a kínaiak csináltak, mert egy lokális rendszerbıl indultak ki, és azt kezdték globálissá fejleszteni" - magyarázza Kovács Béla. A történet nem is nyúlik túl messze vissza az idıben. Már 2000-et írtunk, amikor a kínaiak fellıttek két, Kína fölött geostacionárius pályán keringı mőholdat, és ezzel megteremtették saját lokális katonai helyzetmeghatározó rendszerüket. A Göncölszekér kínai megfelelıje, vagyis a "nagy merı" után Bei Dou névre keresztelt rendszer kezdetben kicsit "fapados" módon, kétutas kommunikációval mőködött. A felhasználó (értsd katona) vevıberendezése leginkább egy antennával felszerelt masszív hátizsákhoz volt hasonlatos. Pozíciójának meghatározásához vevıberendezésével kérdést intézett mindkét mőholdhoz, amelyek egymással és egy földi vezérlıállomással kommunikálva végül visszasugározták neki a kiszámított pozícióadatot.

13 Bár a különbözı források mást és mást állítanak, a legvalószínőbb információk szerint végsı kiépítettségében a Bei Dou 35 holdból áll majd. "A politikusaik azt állítják, hogy 2010-re az egész rendszer mőködni fog, de én ezt nem tartom valószínőnek. Ám semmiképp ne becsüljük le ıket! A motivációjuk megvan hozzá, a Hosszú Menetelés rakéták nagyon jók, az egyre magasabb mőszaki fejlettséget pedig jól mutatja, hogy a mőholdakat lehozták a geostacionárius pályáról km környékére, és megvan hozzá a technikájuk, hogy ott is tudják tartani" - mondja Kovács Béla. Pár éven belül a Navstar mellé újabb globális helymeghatározó rendszerek épülnek ki. A kérdés az, hogy mi, egyszerő felhasználók, mit tudunk majd hasznosítani mindennapi életünkben a nagyhatalmi versengésbıl. A gyártók már ma is készítenek olyan GPS vevıket, amelyek több rendszer jelét is képesek fogni, igaz, hogy még csak a geodéziai, profi felhasználóknak. De elvileg már vannak olyan államközi szerzıdések, amelyek együttmőködést biztosítanak a rendszerek között, és a jövıben a civilek számára is elérhetıvé teszik a különbözı országok szolgáltatásait. Ahhoz, hogy GPS vevınk mőködjön, egyszerre legalább négy mőholdat kell látnia, függetlenül attól, hogy azok melyik ország rendszerének részei. Nemsokára elıállhat az a bizarr helyzet, hogy egy egyszerő helymeghatározás alkalmával egy amerikai, egy orosz, egy európai és egy kínai mőholddal kerülünk egyidıben kapcsolatba.