Leica SmartRTK, az aktív ionoszféra kezelésének záloga (I. rész)

Átírás

1 Leica SmartRTK, az aktív ionoszféra kezelésének záloga (I. rész) Aki egy kicsit is nyomon követi a GNSS technológia aktualitásait, az egyre gyakrabban találkozhat különböző cikkekkel, értekezésekkel, melyek az aktív Ionoszféra GNSS-re gyakorolt hatásaival és annak megoldási módjaival foglakoznak. Napunk aktivitása komoly kihívások elé állítja a technológia gyártóit. A Leica Geosystems AG is hosszú évek óta külön figyelmet szentel a témának. A Leica műszerekben az Ionoszféra okozta hibák lekezeléséért a SmartRTK a felelős. Eme kétrészes mini cikksorozatunkban rá szeretnénk mutatni a Leica évek óta tartó a témához kapcsolódó fejlesztéssorozatának eredményeire. Utoljára 2008-ban szólaltunk meg hasonló témában, mikor a MAC megoldás mint a Leica által favorizált technológia - került bemutatása. A MAC megoldás kifejlesztése (2006) számos korábbi hálózati RTK problémát oldott meg. Ma már talán nincs olyan a témában jártas mérnök, aki ne méltatná a Leica műszerekben alkalmazott MAX módszert. A MAC megoldás továbbfejlesztéseként létrejövő SmartRTK (2007) nemcsak a korlátlan bázistávolság lehetőségét garantálja, hanem az oly sok gondot okozó aktív ionoszféra problémájára is megoldást keres. Mostanában egyre többet hallunk az ionszféra GNSS helymeghatározásra gyakorolt hatásáról. Miért most? Eddig miért nem okozott komolyabb problémát az ionoszféra? merülhet fel bennünk a kérdés. A válasz egyszerű: tizenegy évvel ezelőtt az előző csúcs maximuma alatt - még saját bázisokat használtunk, ahol a rövid bázistávolságok miatt nem okozott komolyabb gondot az aktív Ionoszféra. A technológia fejlődésével megjelenő napjainkban használt különböző hálózati megoldások ( MAC, VRS, FKP) a megnövekedtet bázistávolságok miatt, sokkal jobban ki vannak téve a Nap ezen hatásának. A hálózati megoldásokat használók egyre gyakrabban tapasztalhatják, hogy vevőik nagyobb ionoszféra aktivitás mellett sokszor képtelenek az inicializálásra. Mi okozza a megemelkedett ionoszféra aktivitást? Napunk aktivitásában 11 éves ciklusokat figyeltek meg a kutatók. Az adatok elemzése szerint valószínűsítik, hogy a 2013-ban lesz Napunk a legaktívabb. A Nap elektromágneses sugárzása (UV és röntgensugárzása) az Ionszférában lévő semleges atomokat ionizálja. Az így aktívvá váló töltéssel rendelkező atomok késleltetik a műholdak által sugárzott jelek terjedési sebességét. Minél aktívabb Napunk, annál nehezebb az ionoszférát modellezni. A Nap aktivitása ( az 1. ábrán látható) 11 éves periódusokra bontható. Az 1. ábráról jól leolvasható, hogy egy aktív időszak felszálló ágban járunk. 1/5

2 1. ábra- A Nap aktivitásának előrejelzése Az ionoszféra aktivitása jellemzően a téli hónapok déli óráiban a legerőteljesebb. További érdekessége a mostani naptevékenységnek, hogy az úgynevezett Jet stream ekből a sarkokon megjelenő fiatal Jet streamek még nem látszódnak. Minden Jet stream a sarkok környékén kezdi életét és idővel a Nap egyenlítője felé halad. A 2-es ábrán látható, hogy a Nap aktív korszakában két stream is megfigyelhető. Egy fiatal a sarkok környékén, mely az egyenlítőhöz leáramolva a következő ciklus maximumát eredményezi, és egy idősebb stream, mely a mostani aktivitást okozza. Érdekessége a mostani ciklusnak, hogy a fiatal streamek még nem jelentek meg a sarkoknál. Ebből a kutatók arra következtetek, hogy a következő ciklus elmaradhat. A 17. században napunk egy viszonylagos nyugalmi állapotban volt. Az akkori nyugalmi állapot egy mini jégkorszakot eredményezett (Maunder minimum), minek következtében több fokkal lecsökkent az éves átlaghőmérséklet. Ebben az időszakban fagyott be rendszeresen a Duna, és Londonnál a Temze is. 2/5

3 2. ábra - Jet straemek elhelyezkedése minimum és maximum aktivitás esetén A sokak által csodált jelenség nekünk földmérőknek inkább mindennapos munkavégzésünkre gyakorolt hatása miatt érdekesebb. A műholdas helymeghatározó rendszerek magas ionoszféra aktivitás mellett nehezebben inicializálnak és megbízhatóságuk lényegesen csökken. A jelenség kezelése óriási kihívást jelent mind a műszerfogalmazóknak, mind az RTK hálózatot üzemeltetőknek. Több fejlesztési irányt is meg lehet figyelni a témában, de többnyire ezek fő jellemzője, hogy a problémamegoldás nem egységes. Az elképzelések gyakran ütköznek, ezért ezek szabványosítása lassú és nehézkes. Jellemzően mindenki más, vagy éppen semmilyen megoldást sem használ a probléma kezelésére. A Leica Geosystems AG saját elképzelései szerint évek óta dolgozik a probléma kezelésén. A Leica műszerek saját modelljeikkel próbálják az Ionoszféra aktivitásából eredő problémákat lekezelni. Ezen okból kifolyólag az RTCM 1030/1031-es üzeneteket - melyek a maradékhibákra vonatkozó üzeneteket tartalmaznak a Leica műszerek sokáig nem használták fel. A fejlesztők kezdetben bízva a saját megoldásukban - nem tartották szükségesnek az RTCM szabvány 2007-ben elfogadott fentebb említett két üzenetének fogadását. Az RTCM szabvány definiálja a két üzenettípust, de nem teszi kötelezővé használatukat. A szabvány megadja a lehetőséget a saját fejlesztések előnybe részesítésére, mint ahogyan a Leica műszerek is tették ezt korábban. Azonban egyes RTK hálózatok, jól illesztették rendszerükbe a fentebb említett két üzenet típust. A Leica fejlesztői a hálózatok sikeres ionoszféra kezelése láttán változtattak korábbi álláspontjukon. Új algoritmusokat dolgoztak ki melyek figyelembe veszik a hálózat által küldött üzenetek tartalmát, ugyanakkor a korábban használt saját modellezését is megtartották. A két módszer kombinálásának eredménye képen egy igen meggyőző Ionoszféra kezelést kapunk. Az állami hálózat üzemeltető honlapján tájékozódhat az aktuális maradékhibák mértékéről. 3/5

4 Megjegyzés a margóra: Aktív Ionoszféra esetén magas maradékhibák közepette is sok műszertípus mindenféle Ionoszféra kezelés nélkül is gond nélkül képes mérni. A dolog magyarázata a permanens állomások és a GNSS vevők között lévő távolságban keresendő. Minél közelebb vagyunk a bázishoz, annál kevésbé hat mérésünkre a Naptevékenység. Tehát senkit ne tévesszem meg egy a permanens állomás közelében elvégzett hiteles teszt kiemelkedően pozitív eredménye. A Leica Magyarország Terméktámogató Csapata Felhasznált irodalom: Alves, P. R. S., (2004), Development of Two Novel Carrier Phase-Based Methods for Multiple Reference Station Positioning, PhD Thesis, Department of Geomatics Engineering, University of Calgary, Calgary, Canada, December, 203pp. Chen, X., Landau, H. and Vollath, U., (2003), New Tools for Networked RTK Integrity Monitoring, in: Proc of the 16th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation ION GPS 2003, Portland, Oregon, September 9-12, pp Euler, H-J., Keenan, R. C., Zenhauser, B. E. and Wübbena, G., (2001), Study of a Simplified Approach Utilizing Information from Permanent Station Arrays. in: Proc of the 14th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation ION GPS 2001, Salt Lake City, Utah, September Radio Technical Commission For Maritime Services (RTCM), (2007), RTCM Standard For Differential GNSS Services Version 3 with Amendment 1, RTCM Paper SC104-STD, Developed by the RTCM Special Committee No. 104, Amended May 21, Takac, F. and Walford, J., (2006), Leica System 1200 High Performance GNSS Technology for RTK Applications, in: Proc of the 19th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation ION GNSS 2006, Fort Worth, Texas, September Wübbena, G., Schmitz, M. and Bagge, A., (2005), PPPRTK: Precise Point Positioning Using State-Space Representation in RTK Networks, in: Proc of the 18th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation ION GNSS 2005, Long 4/5

5 Beach, California, September Wübbena, G. and Bagge, A., (2006), RTCM Message Type 59-FKP For Transmission of FKP version 1.1, Geo++ White Paper Nr , Garbsen, Germany, 8pp Internet: 5/5