A magyarországi GNSS-infrastruktúra Horváth Tamás BME Általános- és Felsőgeodézia tanszék, 2005. május 3.
Tartalom GNSS hálózatok Passzív hálózat OGPSH (első generációs hálózat) Aktív hálózat (második generációs hálózat) Valós idejű GNSS hálózat (harmadik generációs hálózat) Háttér: Abszolút GNSS helymeghatározás Különálló DGNSS és RTK referenciaállomások Hálózati RTK Jelenlegi állapot Második és harmadik generációs hálózat kiépítése Szolgáltatások Fejlesztési tervek 2005-2006 EUPOS GNSS modernizáció
Országos GPS Hálózat (első generációs hálózat) Célja Referenciapontokat biztosítani relatív GNSS mérésekhez Kapcsolatot teremteni a hagyományos vízszintes alapponthálózat (EOVA), annak vetülete az Egységes Országos Vetület (EOV) és a GPS rendszer között Követelményei azonos vonatkozási rendszer az IGS és EUREF hálózatok vonatkozási rendszerével (közös pontok) Kapcsolatteremtés az EOVA és az ETRS89, valamint az ITRS rendszerek között OGPSH pontok legyenek EOVA alappontok Legyen az ország legpontosabb vízszintes hálózata Geoid finomítás minél több pontnak legyen szintezett magassága Kitakarásmentes horizont, minimális multipath és zaj Jó megközelíthetőség, fennmaradás biztosíthatósága
Országos GPS Hálózat Hálózatlétesítés lépései Kerethálózat 20 pont (EUREF pontok, mozgásvizsgálati pontok) 1991 Dunától keletre eső hálózatrész 1995 Duna-Tisza köze 1996 Dunántúli hálózatrész 1997 9 db kétfrekvenciás vevővel Gyors statikus módszerrel (40+20 perc) 6 vevő mozog, 3 kapcsolóponton marad Átlagos pontsűrűség 10 km gazdaságos, 1 frekvenciás vevők is alkalmazhatóak geodéziai pontosságú helymeghatározásra Vektorok számítása Trimble GPSurvey szoftverrel Ellenőrzés, durvahiba szűrés HGPS szoftverrel Kiegyenlítés Vektor Kiegyenlítés Mátrixblokkokkal (VKM) szoftverrel Pontosság: vízszintes értelemben ~1 cm, magasságilag 3-5 cm
Az Országos GPS Hálózat 1153 pontja
Az EOVA torzulásai az OGPSH alapján
Aktív GNSS hálózat (második generációs hálózat) Célja Referenciaállomásokat biztosítani relatív helymeghatározáshoz felhasználóknak ne kelljen saját bázist üzemeltetni 1 referenciaállomás tetszőleges számú, új meghatározást végző vevőt képes kiszolgálni Követelményei Megfelelő állomássűrűség (fenntartási költség az állomások közötti távolság csökkenésével négyzetesen nő) 12 állomás Ref. állomás vevők folyamatos (24 h) üzemelésének biztosítása Kontroll központ üzemeltetés (központi szerver, operátorok) Internet/Intranet kapcsolat az állomások és a központ között Minőségbiztosítás, minőségellenőrzés, karbantartás Hálózatépítés lépései PENC (1997), BUTE (2000), OROS (2001), NYIR (2002), SZFV (2003), KAPO, ZALA, CSOR, KECS (2004), [SUME, GYOR, MONO, JASZ, (2005)]
Aktív GNSS hálózat SZER PENC FUZE NYIR CSOR BUTE PUSP SZFV ZALA KECS OROS KAPO BAJA 50 km 100 km
A TAKARNET 117 Földhivatalt összekötő számítógépes Intranet hálózat Kataszteri adatok átvitelére tervezték Központja a FÖMI budapesti központjában van A KGO is csomópontja a TAKARNET hálózatnak Sávszélesség: 256-448/128 kbps
Adatszolgáltatás a www.gpsnet.hu weboldalon
Egy kis kitérő...
Abszolút GNSS helymeghatározás Egyetlen GNSS vevővel Elérhető pontosság: 5-20 m Műhold órahiba Műhold pályahiba Ionoszféra Troposzféra Multipath Antenna (FCV) Vevő órahiba Z X Y WGS 84
Hibahatások nagyságrendje Hiba Műhold óra Műhold pálya Ionoszféra Troposzféra Multipath kód Multipath fázis Antenna Abszolút hibahatás 2 100m 2 50m 0,5 >100m 0,01 0,5m m mm cm mm cm Összesen: 5 20m
Differenciális GNSS helymeghatározás Referenciaállomás-rover pár bázis-rover vektorhossz
Hibahatások nagyságrendje Hiba Műhold óra Műhold pálya Ionoszféra Troposzféra Multipath kód Multipath fázis Antenna Abszolút hibahatás 2 100 m 2 50 m 0,5 >100 m 0,01 0,5 m m mm cm mm cm Relatív hibahatás 0,0 ppm 0,1 2 ppm 1 50 ppm 0 3 ppm m mm cm mm cm Összesen: 1 2 cm + 1 20 ppm Nagyfokú térbeli korreláció Lokális hatás (kalibráció)
DGNSS/RTK távolságfüggő hibák PRC Valódi hibahatás Továbbított korrekció Távolságfüggő hiba (a növekvő távolsággal romlik a helymeghatározás minősége) Referenciaállomás Rover Hely
RTK pontosság, rendelkezésre állás, megbízhatóság 100 % Rendelkezésre állás, Megbízhatóság Pontosság 1 cm Referenciaállomás távolsága
Az RTK technika távolságkorlátai PRC RTK korlátai Max. megengedhető hiba RTK-nál Referenciaállomás Hely
Az RTK hálózat távolságfüggő hibái PRC Valódi hibahatás Ref. 1 hibahatás Interpolált hibahatás a Rover helyzetére Ref. 2 hibahatás Ref. 1 Rover Ref. 2 Hely
Különálló referenciaállomások (DGNSS) Pontosság, Megbízhatóság, Rendelkezésre állás Jó Rossz
Különálló referenciaállomások (RTK) Pontosság, Megbízhatóság, Rendelkezésre állás Jó Rossz
Hálózatba kapcsolt referenciaállomások Pontosság, Megbízhatóság, Rendelkezésre állás Jó Rossz
Hálózati RTK koncepciók
Korrekciófelületi paraméterek (FKP) PRC Korrekciók FKP sík minden egyes referencia állomásra, műholdra, jelre (L i, L 0 ) FKP sík δr δr N E N E H E δr δr δr δr R 0 I I R I k 0 0 I ϕ, λ 0 1 2 = 6.37 = 6.37 R = δr ( N 0 ( ϕ ϕ R ) + E0 ( λ λr ) cos( ϕ R )) H ( N ( ϕ ϕ ) + E ( λ λ ) cos( ϕ )) E H = 1+ 16 0.53 π 0 120 + δr 154 154 = δr0 + δr 120 = R δr I I I R 3 I FKP É-D komponense az ionoszféra mentes jelen [ppm] FKP K-NY komponense az ionoszféra mentes jelen [ppm] FKP É-D komponense a narrow-lane jelen [ppm] FKP K-NY komponense a narrow-lane jelen [ppm] Referencia állomás WGS 84 koordinátái [rad] Műhold magassági szöge [rad] Távolságfüggő hiba az ionoszféra mentes jelen [m] Távolságfüggő hiba a narrow-lane jelen [m] Távolságfüggő hiba az L1 és L2 jeleken [m] Helyfüggő hibák hatásával javított fázisméréses pszeudotávolság [m] R R
Korrekciófelületi paraméterek (FKP) Fázis korrekció FKP δ FKP Modell hiba Hely Rover Ref. 1 Ref. 2
Virtuális referencia állomás (VRS) korrekciók Fázis korrekció δ VRS Modell hiba Ref. V Rover Ref. 1 Ref. 2 Hely
Bázis-rover kommunikáció
Vissza a hazai GNSS infrastruktúrához...
Valós idejű GNSS hálózat (harmadik generációs hálózat) Célja Teljes pontosságskálájú valós idejű szolgáltatások biztosítása: a méter alatti pontosságtól (DGNSS) a centiméteres pontosságig (RTK) az egész ország területén Követelményei Megfelelő állomássűrűség, szolgáltatástól függően 5 (DGNSS) 25 30 (hálózati RTK) állomás Folyamatos (24 h) üzemelés biztosítása Kontroll központ üzemeltetés (központi valós idejű adatfeldolgozás, Internetes RTCM szerver, operátorok) Monitoring rendszer minőségbiztosítás, minőségellenőrzés Karbantartás Hálózatépítés lépései Valós idejű korrekciók az egyes állomásokról Valós idejű hálózati korrekciók
Valós idejű GNSS hálózat KISV OZDI SZER HAJD CSOR TATA BUTE JASZ MONO SZOM PUSP SZFV AJKA ZALA NYIR FUZE PENC BERE MEZO SIOF KECS BEKE PAKS OROS KANI KAPO KISK SZEG BAJA PECS 50 km 100 km
Referenciaállomás és kontroll központ GPS antenna Ntrip monitoring PCs, Rack with Internet routers GPS vevő, PC-n futó referenciaállomás szoftver, UPS NtripCaster, Webserver, adatfeldolgozó PC-k
RTCM adattovábbítás Ref. állomás 1 Ref. állomás 2 Ref. állomás 3... Takarnet/Internet HTTP Streamek NtripCaster GPRS/Internet HTTP Streamek Felhasználók Ref. állomás n www.gpsnet.hu:2101 82.131.181.15:2101
Szolgáltatások RTK korrekciók (RTCM 2.1 Message Types 3, 20/21) DGPS korrekciók (RTCM 2.1 Message Types 1, 2, 3) EGNOS ESTB VRS korrekciók (RTCM 2.1 Message Types 1, 2, 3) 1-5 cm pontosság méter alatti pontosság csak tesztelésre RINEX adatok (órás és napi fájlok) utófeldolgozáshoz GPS vevő/antenna kalibrálás Felhasználók támogatása (szupport) normál munkaidőben
Felhasználói felszerelés Kézi GPS vevő + PDA + mobil telefon Térinformatikai vevő Mobilentrip Leica GX1200, SmartStation Trimble R8
Hagyományos RTK RTK korrekciók GPS antenna Rádióadó Referencia állomás GPS vevő + rádiómodem Kontroller
NTRIP-alapú RTK RTK korrekciók Kombinált GPS vevő és antenna GPRS Internet kommunikáció Kontroller integrált Ntrip kliensés GIS szoftverrel
RTK pontosság (10 km-es bázisvonal, GPRS) 0.009 m (1σ) 0.010 m (1σ) 0.016 m (1σ)
Fejlesztési tervek 2005 3 új állomás Budapest vonzáskörzetében Hálózati RTK szoftver üzemeltetése Homogén cm-es pontosság Monitorozó rendszer továbbfejlesztése Tesztelés és demonstrációk 2006 2007 Országos hálózatsűrítés 25 30 referenciaállomás Az infrastruktúra fejlesztése állami támogatásból, Európai Uniós és kétoldalú nemzetközi projektekből befolyó összegekből finanszírozható Homogén cm-es pontosság az ország egész területén Valósidejű szolgáltatások díjazásának bevezetése Alkalmazásfejlesztés támogatása
Tervezett szolgáltatások Valós idejű hálózati korrekciós adatok: RTCM-EU (EUPOS formátum FKP paraméterekkel) VRS korrekciók (RTCM 2.1 Message Types 20/21) Adatok utófeldolgozáshoz: (>)1Hz RINEX fájlok Rover vevők kölcsönzése Tanfolyamok felhasználóknak és földhivatali dolgozóknak RINEX adatfeldolgozó szolgáltatás Kiterjesztett felhasználói támogatás
Az európai helymeghatározó rendszer European Position Determination System A SAPOS mintáját követő közép-keleteurópai kezdeményezés GBAS - földi bázisú regionális differenciális GNSS szolgálat Teljes pontossági skála Teljes felhasználói lefedettség Magas szintű integritás Magas szintű rendelkezésre állás Egységes referencia rendszer (ETRS 89) Egységes kötelező technikai szabványok Galileo kompatibilitás
Egységes rendszer
Tervezett EUPOS szolgáltatások EUPOS DGNSS korrekciók valósidőben vagy utófeldolgozással kódmérés 3m-0.5m pontosság EUPOS Network RTK korrekciók valósidőben fázismérés 2cm pontosság EUPOS Geodetic RINEX adatok utófeldolgozással fázismérés 1cm pontosság
EUPOS korrekciók formátuma RTCM-EU: kódolt, tömörített GNSS vevők új generációja képes lesz az RTCM-EU korrekciók fogadására RTCM üzenet típus Tartalom Frissítés EUPOS DGNSS EUPOS Network RTK 1 Kód korrekció 1 s 2 Delta kód korrekció kb. 1 h (automatikus) 3 Ref. áll. koord. max. 29 s 6 Üres 5 s 14 Idő információ max. 61 s 16 Ref. áll. kód max. 499 s 23 Antenna info. max. 29 s 24 Antenna ref. pont max. 29 s 31 GLONASS kód korr. 1 s 59 Kód és fázis korrekciók 1 s 59 FKP max. 10 s
Majd egy más alkalommal... GPS modernizáció Galileo GLONASS Állapotvektor-becslés (State Space domain modelling)
Kérdések? Információ: Web: www.gpsnet.hu, www.sgo.fomi.hu E-mail: Horvath@gpsnet.hu Telefon: (27) 374-980, (27) 374-844/115