Műholdas helymeghatározás

3. Műholdas helymeghatározás 3.... 3-2 3.1. Bevezetés...3-2 3.2. A GPS rendszer és működése...3-3 3.2.1. Működési alapelvek...3-3 3.2.2. A NAVSTAR GPS rendszer elemei...3-8 3.3. Kódmérés és fázismérés...3-11 3.3.1. A kódmérés és a fázismérés sajátosságai 3-11 3.3.2. Egy RINEX formátumú mérés...3-14 3.4. Adatgyűjtés GPS technikával...3-16 3.4.1. Néhány fontos fogalom...3-16 3.4.2. Navigációs mérés...3-19 3.4.3. A differenciális GPS (DGPS)...3-20 3.4.4. Statikus GPS mérés...3-22 3.4.5. Kinematikus GPS mérés...3-27 3.4.6. Valós idejű, cm pontosságú GPS (RTK)3-31 3.5. Ellenőrző kérdések...3-34 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-1

3. Műholdas helymeghatározás 3.1. Bevezetés Ebben a fejezetben a globális helymeghatározó rendszerről, a GPS-ről lesz szó. alatt a gyakorlatban GPS-t értünk, bár számos más műholdas helymeghatározó technika is létezik, jobbára obszervatóriumi körülmények között. A GPS az űrtechnika egyik "terméke". Amióta 1957-ben felbocsátották az első mesterséges holdat, majd megvalósult az ember űrrepülése és Holdra szállása, az űrtechnika egyre inkább a mindennapok részévé válik. A műholdak geodéziai alkalmazása az 1960-as években kezdődött, kezdetben fotografikus észlelésekkel. Akkoriban fejlesztették ki az USA-ban a Doppler elven működő TRANSIT (más néven NNSS) rendszert, amelyik a GPS-nek sok tekintetben elődje volt. A GPS holdak prototípusát 1978-ban lőtték fel; 1990 elején 16, 1993-ban pedig 24 műhold üzemelt, ekkorra épült ki a teljes rendszer. Ma párhuzamosan két hasonló felépítésű GPS rendszer létezik: az amerikai fenntartású NAVSTAR GPS és az orosz fenntartású GLONAS GPS. A vevőberendezések túlnyomó többsége azonban csak az amerikai rendszer jeleinek vételére alkalmas, így GPS alatt is ezt a rendszert értjük. A GPS rendszereket eredendően katonai célra fejlesztették ki, de a polgári alkalmazások ma annyira széleskörűvé váltak, hogy a jövő mindennapjait GPS nélkül már nehezen tudjuk elképzelni. Ebből a fejezetből a rendszer lényegét fogjuk megismerni és azokat a működési alapelveket, észlelési és feldolgozási módszereket, amelyek ma használatosak. A kedves Olvasó örömére (vagy bánatára?) egyetlen képletet sem közlünk, megpróbáljuk egyszerű szavakkal, közérthetően megmagyarázni a lényeget. Ezzel közvetve a középfokú szakoktatást is segítjük, hiszen 2000-től minden földmérési szakközépiskola komoly GPS műszer-parkkal rendelkezik, amihez értő szakemberek is kellenek. A konkrét eszközök, szoftverek használatát nem ez a jegyzet van hivatva megtanítani. Az interneten és a szakirodalomban számos írást találhatunk a GPS-ről. A közeljövőben magyar szakemberek két olyan könyvet szándékoznak kiadni, amelyek a mélyebb ismeretek megszerzését szolgálják (Bevezetés a műholdas helymeghatározó rendszerbe és A GPS elmélete és hazai gyakorlata). 3-2 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

3.2. A GPS rendszer és működése 3.2.1. Működési alapelvek Bár a GPS rendszer csúcstechnológiára épül és minden elemében bonyolult felépítésű, alapjait tekintve azonban egyszerűen megérthető. Először néhány egyszerű kérdés és egyszerű válasz alapján fogjuk megismerni a rendszer lényegét. Milyen geometriai elven alapszik a műholdas helymeghatározás? Geometriai értelemben a GPS a térbeli ívmetszés feladatát oldja meg. Nézzük meg, mi a különbség a síkbeli és a térbeli ívmetszés között? A síkbeli ívmetszésnél két adott pont (A és B) és két mért távolság alapján, két körív metszéseként kapjuk az új pont (P) helyzetét (3.1 ábra). Mivel két megoldása van a feladatnak, meg kell mondanunk, melyikről van szó? Ezt vagy vázlaton jelezzük, vagy megadjuk, hogy az A-B-P háromszög körüljárási iránya az óramutató járásával egyező. A térbeli ívmetszéshez 3 db, a térbeli koordináta-rendszerben ismert helyzetű pontra (A, B, C) van szükség. Ezek az adott pontok a GPS műholdak (3.2. ábra). Az ismeretlen helyzetű P pont a Föld felszínén, vagy a felszín közelében helyezkedik el. Tekintsünk most el a műholdak mozgásától, a Föld keringésétől és forgásától, vegyünk egy pillanatnyi állapotot. Tegyük fel, hogy ismerjük a P pont és az A, B, C pontok közötti távolságokat is. A P pont helyzetét geometriailag három gömb metszéspontjaként kapjuk. 3.1 ábra. A ívmetszés két megoldása a sikban 3.2 ábra. A térbeli ívmetszés egyik megoldását a Föld felszínén lévő P pont jelenti NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-3

A gömbök középpontjai az A, B, C pontok, a gömbök sugarai rendre az ismert A-P, B-P, C-P távolságok. A fenti feltételek mellett ennek a feladatnak is két megoldása van. Két gömbfelület egy körben metszi egymást., ez a kör a harmadik gömböt két pontban döfi. Ha azonban a tényekből indulunk ki, vagyis: amikor a P pont egy 6380 km sugarú gömbfelszín 10-20 km-es körzetében van, az A, B, C pontok pedig ettől a gömbfelszíntől 20000 km-es távolságban, akkor a két geometriai megoldásból rögtön kizárható az, amelyik a világűrben elhelyezkedő pontot jelentené. Geometriai értelemben, a térben legalább három adat (három távolság) szükséges ahhoz, hogy egy térbeli pont három geocentrikus koordinátáját (X, Y, Z) meghatározzuk. Látni fogjuk, hogy a valóságban nem a minimális számú három adott pontra ismert a távolság a P ponttól, hanem egy negyedik, ötödik vagy akár tizedik adott pont (műhold) is részt vesz a meghatározásban. Ez esetben a megoldás teljesen egyértelmű. A P pont koordinátáit koordináta-geometriai összefüggések, matematikai modellek alapján, kiegyenlítéssel számítják. Hogyan mérünk távolságot a műholdakra? A műhold és a vevő közötti távolság mérése közvetett módon, időmérésre visszavezetve történik. A fizikából ismert, hogy egy jármű megtett útja, a jármű sebessége, és az út megtételéhez szükséges idő szorzataként számítható. Akkor is így számolunk, ha nem járműről van szó, hanem olyan elektromágneses sugárzásról, amelyet műholdról indítanak, megjelölnek és amelyik a fény sebességével (300 000 km/sec) terjed. Ha sikerül megmérni a jel terjedési idejét, akkor a megtett út számítható. Mivel a GPS holdak a Földtől kb. 20 000 km-es távolságban keringenek, nagyon kicsi időtartam, mindössze 0,06 másodpercnyi idő pontos megméréséről van szó. A technikai megvalósításhoz mind a műholdon, mind a vevőben egy órát helyeznek el. Tételezzük fel, hogy ez a két óra tökéletesen szinkronizált, vagyis ugyanabban az időrendszerben üzemel. Meghatározott időközönként (mondjuk egy ezredmásodpercenként) a műhold órája is és a vevő órája is egy jelsorozatot állít elő. A műhold jele a vevőhöz késéssel érkezik, 3.3 ábra. A futási idő (terjedési idő) meghatározása kód-összehasonlítással 3-4 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

hiszen a távolság megtételéhez időre volt szükség. Ha összevetjük a vevő saját maga által előállított jelsorozatát a műholdról érkezett jelsorozattal, és meg tudjuk mérni, hogy az mennyit késett, éppen a futási időt kapjuk meg. A futási idő és a fénysebesség szorzata lesz a keresett műhold-vevő távolság (3.3 ábra). A NAVSTAR GPS rendszerben minden műholdnak külön jelsorozata, kódja van. A 1023 elemű kód digitálisan a 0 és az 1 számjegyek valamilyen váltakozását jelenti, amelyek sorrendje ismert és reprodukálható. A kód annyira szabálytalan, mintha véletlenszerűen lenne előállítva, ezért is a neve Pseudo Random Code (PRC). Minden amerikai GPS holdhoz egy-egy kód, illetve kódszám is hozzá van rendelve (PRN). A kódok egyedisége, erősen eltérő volta jól megkülönböztetővé, gyorsan azonosíthatóvá teszi az egyes jelsorozatokat. Erre szükség is van, hiszen egyszerre több műhold jelét kell venni. Az egyidejű vétel különböző csatornákon történik. A markáns jelsorozat ugyanakkor a háttérzajból is könnyebben elkülöníthető. Ezzel lehetővé válik, hogy gyengébb teljesítményű adók jeleként is egyértelműen vehető lesz. Hogyan lehetséges a pontos időszinkronizáció? A kódolt jel előállítása ugyanabban az időpillanatban kell történjen mind a műholdakon, mind a vevőben. Vagyis a műhold és a vevő órájának ugyanabban az időrendszerben kell járnia. Az időmérés pontossága csak néhány évtizede, az 1960-as évektől növekedett meg ugrásszerűen, amikor az atomórák megjelentek. A műholdakon olyan atomórákat (úgynevezett cézium és rubídium etalonokat) helyeznek el, amelyek napi stabilitása 10-13 másodperc. Ez azt jelenti, hogy 300 ezer évenként várható egy másodperces késés vagy sietés. További lehetőség a műhold-órák pontosságának fokozására szinkronizálásuk a földi időrendszerrel. A műholdak órái egy földi vezérlésű, egyenletes, nagy pontosságú időskálát megvalósító atomidő-rendszerben járnak. Ez a GPS idő. A műholdórák egymáshoz (illetve az atomidő-rendszerhez) való szinkronizálása viszonylag jól megoldható, de nem mondható el ugyanez a vevő órájáról. Ha ugyanis ugyanazt a pontosságot kívánnánk meg a vevő órájától is, olyan nagy terjedelmű és olyan drága órát kellene beépíteni a vevőbe, ami nem tenné gazdaságossá a mérést. A megoldást az jelenti, hogy valójában nem törekszünk a vevő órájának szinkronizálására, megelégszünk egy pontatlan órával, és ezt az órahibát (jele δ) mint ismeretlent, számítással határozunk meg. A vevő órahibája minden egyes távolságot egyforma mértékkel terhel, nevezetes egy dr értékkel, ami a fénysebesség és a δ órahiba szorzata). Úgy tekinthető tehát ez, mint egy ismeretlen összeadó-állandó. NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-5

3.4 ábra. A vevő órahibája a mérés kiértékelésénél olyan távolság-hibaként jelentkezik, amely az adott időpillanatban mért mindegyik távolságot egyforma mértékben terheli Az eddigi három ismeretlen (X, Y, Z) mellé tehát bejött egy negyedik ismeretlen (δ) is. Ebből az következik, hogy legalább négy távolságra, azaz négy műhold egyidejű észlelésére van szükség a térbeli pozíció számításához. A négy távolság az egyértelmű geometriai megoldást is támogatja. További következmény, hogy egy GPS vevőnek legalább négy csatornásnak kell lenni a négy hold egyidejű észleléséhez a gyakorlatban inkább 8-10-12 csatornás vevőt alkalmaznak. Honnan ismerjük a műholdnak pillanatnyi helyzetét? Eddig feltételeztük, hogy a GPS holdak helyzete ismert, vagyis geometriai értelemben adott pontoknak tekintjük azokat. A számításokban, egy adott időpontra vonatkozóan, a műholdak X, Y, Z geocentrikus koordinátáit ismerni kell. Ezt az információt maguk a műholdak közlik, ugyanis a kódjelsorozat mellett úgynevezett navigációs üzeneteket is sugároznak felénk. A navigációs üzenet részei a műholdpálya alakját és azon belül a hold pillanatnyi helyzetét leíró, ún. fedélzeti pályaadatok vagy efemeridák (broadcast ephemeries). A műholdpálya ellipszis alakú, amelynek meg kell adni az alakját, hajlását, elhelyezkedését és ezen belül a műhold helyzetét. A földfelszíntől nagy (20 000 km-es) magasságban haladó műhold-pálya előnye, hogy viszonylag hosszú ideig észlelhető egy hold egy földi álláspont horizontjai felett és kevésbé hat rá a földi nehézségi erőtér, tehát jobban előre jelezhető. Ettől függetlenül a pálya folyamatos követésére a pályaadatok pontosítása érdekében szükség van. Ezt ismert helyzetű földi követő állomások oldják meg, amelyek az aktualizált pályaadatokat visszajuttatják a műholdra. Végső soron tehát a földi vezérlő állomásoktól származnak a frissített, javított pályaadatok. A műholdak pozíciójának hibája a geodéziában használatos szóhasználattal kerethibát jelent. A kerethibán kívül 3-6 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

számos további tényező befolyásolja a GPS mérés pontosságát, amit a következőkben tekintünk át. Milyen hatások befolyásolják a GPS mérés pontosságát? Legjelentősebb hatása a GPS mérés pontosságára a földi légkörnek van. Gondoljuk meg, az elektromágneses jel 20 000 kmről érkezik, áthalad a felső légkör Földünktől 500-1000 km-re lévő szakaszán, az ionoszférán, majd az alsó 10 km-es légtérben, az ún. troposzférán. A fény sebességének állandó értéke csak a vákuumra igaz; a légkör késleltető hatással van a GPS jelre. Minél inkább horizonthoz közeli holdról van szó, annál vastagabb ez a légréteg, annál erősebb a torzító hatás. Ezért van az, hogy a 10-15 -os magassági szög alatt észlelhető holdakat általában kihagyjuk a feldolgozásból, vagy már a mérésnél sem rögzítjük. Az ionoszférában a napsugárzás hatására az ottani gázok atomjai ionizált állapotba kerülnek, elektromos töltéssel rendelkeznek. Az elektromágneses sugárzás itt késleltetést szenved, megváltozik a frekvenciája. Ennek távolságra gyakorolt hatása 50-100 méteres nagyságrendű is lehet. E hatás függ a napszaktól, az évszaktól és a napfolt-tevékenységtől. Ismeretes, hogy a napkitörések aktivitásának van egy 11 éves periódusa, amelynek 2001 körül van maximuma. Az ionoszférikus hatás kiküszöbölésének egyik módja a modellezés (például a Nap magassági szöge alapján vagy a tapasztalati, tipikus adatok figyelembevételével). A modell-paraméterek azonban csak a tipizált, átlagos körülményekre érvényesek, de nem felelnek meg pontosan a tényleges állapotnak. A másik lehetőség az, hogy két frekvencián mérünk egyidejűleg, mivel a hatás frekvencia-függő. Ez a kiküszöbölő eljárás csak kétfrekvenciás, drágább vevőkkel lehetséges, az egyszerű navigációs vevőkkel nem. A traposzferikus hatás kisebb, méteres nagyságrendű és szintén modellezhető. A többutas terjedés (multipath) azt a jelenséget jelöli, amikor nem közvetlenül a műholdról érkező jelet érzékeli a vevő, hanem egy közeli visszaverő, nagyobb felületről visszavert jelet. Ez elsősorban a nagypontosságú méréseket érintő probléma: ilyenkor tányérantennát vagy körgyűrűs (choke ring) antennát használnak a nem kívánt jelek elnyelésére. Szólni kell még a műholdgeometriáról, ami hasonlóan a vízszintes értelmű pontkapcsolásokhoz (hátrametszéshez, ívmetszéshez) a mérés pontosságától függetlenül, pusztán a geometriai elrendezés hatását jelenti. Vagyis azt, hogy a vevő és az észlelt műholdak a térben egymáshoz viszonyítva hogyan helyezkednek el, milyen az új pontnál metsződő meghatározó irányok egymással bezárt szöge. Erős a geometria, ha az égbolt minden irányában, egyenletesen vannak adott pontok, és gyenge a geometria, ha a műholdak egy csomóban helyezkednek el. A geometriának ezt a hatását, erősségét, matematikai úton egy ún. DOP értékkel lehet kifejezni NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-7

(DOP=Dilution of Precision, a pontosság hígulása). Minél kisebb ez a DOP érték, annál jobb a geometria. A GDOP érték a térbeli helyzet és az idő együttes hatását jelöli, a HDOP a vízszintes helyzetre, a VDOP a magassági helyzetre utaló szorzószám. Minél több (6-8-10) műhold észlelhető, annál kevésbé van szükség a geometria figyelésére, mert az egyenletes műhold-konstelláció miatt automatikusan javul a DOP érték is. Ideális a 2-4 közötti GDOP érték. A légköri hatásnál az imént 10 méteres sőt 100 méteres hibáról beszéltünk. Adódik a kérdés: hogyan lehetséges akkor ennél nagyságrenddel jobb eredményt elérni? Már itt jelezzük, a megoldás kulcsa amerikai szóhasználattal élve az ún. differenciális GPS lesz: nem egyetlen vevő méréseit használjuk fel, hanem legalább még egy további vevő adatait is. Vagyis a GPSszel is a hazánkban elterjedt szóhasználattal relatív helymeghatározást végzünk, ahogyan azt a geodéziában általában is tesszük. Persze nem feltétlenül mi üzemeltetjük a másik vevőt, hanem szolgáltatásként kapjuk az adatait (amelyek különböző típusúak lehetnek), de erről majd később. 3.2.2. A NAVSTAR GPS rendszer elemei 3 5 ábra A NAVSTAR GPS három alrendszere Az amerikai nemzetvédelm minisztérium (DoD=Department of Defense) által fenntartott NAVSTAR GPS (NAVSTAR=Navigation System with Timing and Ranging) három fő elemét szokás elkülöníteni: a GPS holdak alrendszerét, a vezérlő alrendszert és a vevőberendezések alrendszerét (3.5 ábra). A rendszer tervszerű, kívánatos működését mindhárom alrendszer alapvetően befolyásolja. Tekintsük át ezért a főbb elemeket, sajátságokat, hogy világosan értsük a lehetőségeket és korlátokat. A NAVSTAR holdak számának, pályájának tervezésénél az volt a cél, hogy a Föld bármely pontján, bármely időpontban legalább négy hold legyen észlelhető 15 fölött. A megvalósítási terv többször változott az idők során és a jövőre vonatkozóan is több elképzelés él. A jelenlegi állapot szerint 6 db, a Föld körül 20200 km-es átlagos magasságban, egymáshoz képest 3-8 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

egyenletesen elhelyezhető pályán, pályánként legalább négy hold és további tartalékholdak alkotják a műholdas alrendszert. 2000 tavaszán 27 működő GPS hold volt és a tapasztalatok szerint rendszeresen 6-7 hold helyezkedett el 15 fölött hazánkban. A keringési idő közel 12 óra. Naponta négy percet tolódik előbbre időben ugyanaz a műhold-konfiguráció. A GPS holdak legfontosabb szerkezeti elemei a nagypontosságú atomórák (cézium, rabidium), amelyek alapfrekvenciája 10,23 MHz. Az alapfrekvencia két további frekvenciára van osztva (1575,42 MHz és 1227,60 MHz), amelyeket L1 és L2 vivőfrekvenciaként szokás jelölni. Az L1 vivőfrekvenciát kétféle kóddal modulálják. Az egyik a C/A kód, amely ismert, a vevőberendezések által is előállítható, 1023 elemű álvéletlen jelsorozat (ennek frekvenciája 1,023 MHz). A másik kód a P kód (f=10,23 MHz), amely azonban a legtöbb polgári vevőbe nincs beépítve, mivel eredendő célja szerint katonai navigációt szolgál. Az L2 vivőfrekvencia csak a P kóddal van modulálva. Az L1 és L2 jelölésű összetett jeleknek, amelyeket a műholdak a Föld felé sugároznak, további navigációs üzenetek is részei. A navigációs üzenet a műhold fedélzeti pályaadatait, a műhold órakorrekciós paramétereit, az összes hold állapotjellemzőjét (működőképességét) és az összes hold közelítő (durva) pályaadatait tartalmazza. A durva pályadatokat almanach adatoknak nevezzük. A vezérlő alrendszert kezdetben öt monitor állomás jelentette az Egyenlítő mentén egyenletesen telepítve, mindegyike amerikai katonai támaszponton elhelyezve. A monitor állomások száma jelenleg tizes nagyságrendű. A monitor állomások olyan, a WGS84 koordináta-rendszerben ismert pontokon telepített GPS vevőt takarnak, ahol folyamatos észlelés folyik, majd ebből a főállomáson (Colorado Springsben) meghatározzák a műholdpályák adatait és előre jelzett értékeit. Négy állomás 3.6 ábra. GPS műhold képe 3.7 ábra. A NAVSTAR GPS földi követő állomásai (a vezérlő alrendszer) NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-9

alkalmas arra, hogy az előrejelzett pályaadatokat és egyéb információkat továbbítsa a műholdakra (3.7 ábra). Technikailag a pályameghatározás ma már méteres pontossággal lehetséges. Mivel ennek katonai jelentősége is van, 1990 óta a DoD szándékosan elrontott pálya-és időadatokat továbbít a műholdakra, amelyeket azok a C/A kóddal modulált L1 frekvencián sugároznak. Ezt nevezik szelektív hozzáférésnek (SA=Selective Availability). Az SA lényegében a műhold órafrekvenciájának mesterséges elrontását és a pályaadatok szándékos torzítását jelenti. Ennek az a célja, hogy a polgári felhasználók 100 m-es hibával terhelt fedélzeti pályaadatokhoz juthassanak csak hozzá. 2000. május 2-dikától az USA elnöke rendelkezett az SA beszüntetéséről. Ennek a kereskedelempolitikai rendelkezésnek köszönhetően az abszolút helymeghatározás pontossága lényegesen javult. Hogy milyen pontossággal számolhatunk ma, azt legjobb ismert koordinátájú ponton végzett, hosszabb-rövidebb időtartamú kísérleti mérésekkel eldönteni. A GPS rendszerrel technikailag elérhető abszolút pontosságot a tervezéskor 30 méteresre becsülték, ma viszont úgy tűnik, hogy néhány méter pontosságú abszolút koordináták meghatározása is lehetséges egyetlen vevővel. Ez az intézkedés is mutatja, hogy a GPS rendszer technikai adatai, jellemzői változnak, változhatnak napról napra További megszorítást, mesterséges beavatkozást jelentett 1993- tól kezdődően a P kód titkosítása. Ezt AS-nek nevezik (AS=AntiSpoofing). Az Y-al jelölt titkos kódot csak katonai vevőkbe építik be, amelyek beszerzése korlátozott. A felhasználói alrendszert az a sok százezer GPS vevő jelenti, amely ma szerte a világon működik és számuk egyre növekszik. Korlátlan számú vevőberendezés működhet, hiszen a mérés egyutas jelvételen alapszik. A felhasználó számára a rendszer használata ingyenes. Nyilvánvaló azonban, hogy a rendszer tervezése, üzemeltetése és a vevőchipek gyártása amerikai monopólium, így a költségek beépülnek a műszerek árába. A vevőberendezések csoportosítása többféle szempont alapján lehetséges. A legkézenfekvőbb a pontossági kategóriába sorolás. Eszerint megkülönböztetünk navigációs vevőket (100 m-es pontosság), térinformatikai vevőket (méteres pontosság) és geodéziai vevőket (cm-es pontosság). A vevőcsatorna száma azt mutatja meg, hogy egyidejűleg hány műhold vételére alkalmas. A csatornaszám 6-12 között alakul, de ennél több is lehetséges (például a GLONASS vétel céljából). A geodéziai vevő lehet egy- vagy kétfrekvenciás. Ez utóbbi típus ára közel kétszerese az előzőnek. A vevők és a pontossági kategóriák alapvető különbözőségét a következőkben fogjuk megvilágítani. 3-10 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

3.3. Kódmérés és fázismérés 3.3.1. A kódmérés és a fázismérés sajátosságai A kódolt GPS jel futási idejének mérésekor arról volt szó, hogy az kód-összehasonlítással (korrelációval) történik. A műholdról érkezett, C/A kóddal modulált jelet a vevő összehasonlítja a saját hasonló kódú jelével és addig csúsztatja, késlelteti, amíg a két jel fedésbe nem kerül. Ezt nevezzük kódmérésnek. A kódmérés problémáját geodéziai szempontból a viszonylag kicsi pontosság jelenti. A C/A kód frekvenciája ugyanis 1 MHz, ami 1 milliszekundumonként ismétlődik. Egy kódelem (1 bit) terjedési ideje 1 mikrosec., ami távolsággal kifejezve 300 m-t jelent. A jobb vevő mérési pontossága ennek 1%-ára tehető, ekkor 3 m-es bizonytalansággal (mérési zajjal) számolhatunk. Tehát magának a kódmérésnek a kiértékelésében is méteres nagyságú hibát követünk el, ha minden más körülménytől, így a pályahibáktól és a terjedési hibáktól most el is tekintünk. A jelkiértékelés pontosságának fokozására van azonban egy, a távmérésnél már megismert lehetőség, ha a vivőhullám fázisát hasonlítjuk össze a vevőben előállított referenciajel fázisával. Ez a fázismérés. A vivőjel frekvenciája 1575 MHz, vagyis több mint ezerszerese a kódfrekvenciának, így ennek megfelelő pontosságnövekedést érhetünk el. A vivőjel hullámhossza az L1 frekvencián λ 1 =19,05 cm, az L2 frekvencián λ 2 =24,45 cm. A jelkiértékelés mm-es pontossággal végezhető el. A probléma csupán az, hogy fázisméréssel csak az egy hullámhosszon belüli távolság (az ún. maradék távolság) határozható meg, nem ismeretes azonban az egész periódusok száma. Ezt a problémát nevezik fázis többértelműségnek (phase ambiquity), és általában N-nel jelölik (3.8 ábra). Nem tudjuk tehát, hogy hány darab egész hullám tölti ki a mérés kezdő pillanatában a műhold és a vevő közötti távolságot. Ha ezt 3.8 ábra. A fázistöbbértelműség és a fázismérési eredmény geometriai értelmezése NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-11

sikerül meghatározni, akkor innentől kezdve, folyamatos jelvétel esetén a fázismérés voltaképpen a távolság változását adja meg. Elvileg az N értéknek egész számnak (fix értéknek) kell lennie, mert darabszámról van szó. A terjedési közeg és a pályaadatok okozta bizonytalanság miatt a matematikai modellek nem egész számot, hanem lebegőpontos tizedes törtet hoznak ki megoldásként (float megoldás). A többértelműség abból adódik, hogy ezt a tizedes törtet merre kellene kerekíteni, mi lenne a legvalószínűbb egész érték. További probléma, hogy nemcsak a legközelebbi egész érték jöhet szóba megoldásként, hanem a szomszédos egész számok is. Vajon a több lehetséges változatból melyik számot válasszuk ki? Ez a kérdés csak valószínűségi alapon, a matematikai statisztika eszközeivel válaszolható meg. A válasz tehát valamilyen mértékű bizonytalanságot is hordoz magában. A helyes válasz megtalálásában kezdetben segít a kódtávolságnak a figyelembevétele, mert ez jó közelítő értéket jelent. Segít az is, ha két frekvencián mérünk, és ha minél több műhold adatait vonjuk be a számításba. A probléma megoldása szoftver-függő. Az új szoftverek gyakorlati haszna a minimálisan szükséges mérési idő lerövidülésében jelentkezik. A GPS mérést leginkább befolyásoló hibákat (órahibák, pályahibák, terjedési hibák) úgy küszöbölik ki, hogy relatív helymeghatározást végeznek. Egyidejűleg két műszert használnak szinkronban, ugyanazokra a műholdakra. A feldolgozásnál ilyenkor nem magukat a mért távolságokat tekintik kiinduló adatnak, hanem a távolságok különbségét. A két földi pont közötti vektor hibája olyan mértékben csökken, mint amilyen a vektor hosszának aránya a 20000 km-es távolsághoz. 3.9 ábra. Az egyszeres különbség geometriai értelmezése. A műhold- és vevő órahibákat szakaszként tüntettük fel, amelyek a mért pszeudo-távolság részei. Belátható, hogy ha vesszük két földi pontról(a, B) az ugyanarra a műholdra (j) mért távolságok (R A, R B ) különbségét (3.9 ábra), akkor az nem tartalmazza a műhold órahibáját. A kettős különbség vagyis egy j és egy k jelű műholdra vonatkozó 3-12 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

egyszeres különbségek különbsége mentes a két vevő órahibájától (3.10 ábra). A hármas különbség amelyet két különböző időpontra vonatkozó kettős különbség különbségeként értelmezünk alkalmas arra, hogy belőle a fázistöbbértelműség meghatározható legyen. A többértelműség feloldásában, a helyes érték megtalálásában ahogy már említettük segít a minél több hold jelenléte. A kódmérés kiértékeléséből első lépésben egy közelítő megoldás számítható. A megoldás bizonytalanságát úgy tudjuk elképzelni, hogy mondjuk a valódi ponthely egy 1 m-es sugarú gömbön belül található. Vegyük ezután az első műholdra vonatkozó fázismérést (maradék-távolságot), növeljük ezt meg a 19 cm-es hullámhossz egész számú többszöröseivel, és képzeljünk el ilyen sugarú gömbhéjakat a műhold körül. A méteres gömbünket ezek a gömbhéjak a nagy távolság miatt síkokban metszik. A megoldást a sík-metszetek (körlapok) valamelyik pontja jelenti (rajzon ez természetesen csak metszetként tudjuk feltüntetni). Amint egy második, egy harmadik, egy negyedik műhold fázismérésével ugyanezt elvégezzük gondolatban, egyre szűkül a megoldási lehetőségek száma, hiszen csak a gömbön belüli síklapok közös találkozási pontjai lehetnek szóbajöhető megoldások. Egy következő időpontra (epochára) az előbbi eljárást megismételve a metszéspontok elfordulni látszanak egy pont körül. Ez a pont lesz a legvalószínűbb ponthely. A fenti leírás csak illusztrálása annak a bonyolult matematikai modellnek, amely a fázistöbbértelműség egész számként való feloldását szolgálja. 3.10 ábra. A kettős különbség geometriai értelmezése. A kettős különbségből mid a vevők, mind a műholdak órahibája kiesik. NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-13

3.3.2. Egy RINEX formátumú mérés Tekintsünk meg egy mérési jegyzőkönyv kivonatot, hogy saját szemünkkel lássuk, hogyan is néznek ki a GPS mérési eredmények. Ez a (következő oldalon található) jegyzőkönyv olvasható szövegfájlként, ún. műszerfüggetlen formátumban tartalmazza a mérési adatokat (RINEX=Receiver Independent Exchange Format). Az egyes GPS vevők eredetileg a gyártó cég által kidolgozott saját, tömörített formátumban tárolják az adatokat. A RINEX formátum bevezetésére azért volt szükség, hogy a különböző típusú vevők együttműködése és a független szoftverfejlesztés megoldható legyen. Több verziója létezik a formátumnak. Számunkra a RINEX formátum most segít az értelmezésben. A fejlécből kiderül, hogy az F ponton (a fehérvári főiskola pillérén) Leica SR 299 típusú, kéfrekvenciás vevővel történt a mérés. A mérés kezdete a GPS időrendszerében 1999 június 16- án 18.03-kor volt. Az adatrögzítési időköz, az ún. integrálási idő 30 mp. volt. ( Ezt a szokásosnál hosszabb integrálási időt a több napos folyamatos mérés indokolta. Az integrálási idő egyébként statikus mérésnél általában 15 mp, kinematikus mérésnél 1-5 mp. Négyféle típusú mérés rögzítésére került sor, a következőkben ez lesz az adatok sorrendje is: C1: C/A kódmérés az egyes frekvencián L1: Vivőfázis mérés az egyes frekvencián P2: P kód mérés a kettes frekvencián L2: Vivőfázis mérés a kettes frekvencián Itt érdemes megjegyezni, hogy bár a P kód titkosítva van (Y kód), időnként mégis feloldják ezt, s ilyenkor a P kódú vevők automatikusan végeznek kódmérést az L2-n is. Általában azonban ez a mérés hiányzik. A mérés kezdő időpontjában (az első epochában) csak három hold vétele folyt, ezek PRN szám szerint a 18, 19 és 13 jelűek. A következő időpontban (a második epochában) már 8 holdat észlelt a vevő az L1-es frekvencián, de az L2-es frekvencián csak négyet. (Ezt jelzik a 3. oszlopban a nulla értékek). A 3. epochában már mind a 8 hold mind a négy mérési adata rögzítődött. Nézzük most meg a kódtávolságokat például a 18 sz. műholdra vonatkozóan! A 2. epochában (1. és 3. oszlop), L1 frekvencián 20081353,942 m, L2-n pedig 20081358,451 m a műhold-vevő távolság. Vagyis 20000 km körüli érték, ahogy azt tanultuk. Közel 5 m-es különbség van a két érték között, mert az ionoszféra eltérő módon hat a két frekvenciára. 3-14 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

2 OBSERVATION DATA RINEX VERSION / TYPE OBSTORNX Version 2.3 19-JUN-99 18:45 PGM / RUN BY / DATE OBSERVER / AGENCY F MARKER NAME F MARKER NUMBER 100599 LEICA SR299 2.11 REC # / TYPE / VERS 093597 LEICA INTERNAL ANT # / TYPE 4120017.3544 1372047.7342 4656202.7318 APPROX POSITION XYZ 0.3150 0.0000 0.0000 ANTENNA: DELTA H/E/N 1 2 WAVELENGTH FACT L1/2 4 C1 L1 P2 L2 # / TYPES OF OBSERV 1999 6 16 18 2 60.000000 TIME OF FIRST OBS END OF HEADER 99 6 16 18 2 60.0000000 0 3G18G19G13 0.000000069 20083208.730 105537959.19848 20083212.917 82237491.63658 21692413.896 113994403.42148 21692420.667 88826928.36857 23726111.918 124681579.65856 23726120.333 97154597.52956 99 6 16 18 3 30.0000000 0 8G18G16G 4G19G14G24G13G22-0.000000069 20081353.942 105528215.22448 20081358.451 82229898.91048 20872707.120 109686816.23958 0.000 0.00040 21291895.505 111889669.07258 0.000 0.00040 21677597.043 113916540.33548 21677603.336 88766255.87347 22766447.035 119638476.66557 0.000 0.00040 22907484.297 120379654.47957 0.000 0.00040 23709136.687 124592372.22247 23709144.262 97085085.36046 23720630.050 124652743.24856 23720638.988 97132127.34156 99 6 16 18 4 0.0000000 0 8G18G16G 4G19G14G24G13G22-0.000000058 20079441.004 105518162.66348 20079445.266 82222065.73648 20882487.527 109738212.62548 20882495.075 85510415.45958 21293039.491 111895680.75648 21293045.527 87191559.93157 21662713.696 113838327.81748 21662719.750 88705311.07747 22783206.107 119726556.18147 22783214.272 93293539.83357 22894795.601 120312978.93147 22894799.074 93750493.94656 23692060.490 124502636.19846 23692067.355 97015161.28046 23720925.136 124654302.93546 23720935.786 97133342.67746 99 6 16 18 4 30.0000000 0 9G18G16G 4G19G14G24G13G22G27 0.000000008 20077653.141 105508770.38048 20077658.213 82214747.05448 20892392.654 109790260.42148 20892399.184 85550972.13148 21294348.674 111902553.56148 21294353.614 87196915.32847 21647945.286 113760721.29848 21647951.486 88644838.50447 22800062.344 119815140.30447 22800071.002 93362566.32547 22882239.911 120247008.33147 22882246.017 93699088.27746 23675065.154 124413323.10447 23675071.183 96945566.79746 23721380.264 124656692.65146 23721390.040 97135204.77446 24899220.020 130846256.34356 0.000 0.00040 RINEX formátumba konvertált mérési fájl részlete NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-15

Ne tévesszen meg bennünket, hogy a távolság mm élességgel adott: A távolságot több m-es vagy akár több 10 m-es hiba is terhelheti. Számítsuk ki egyszerű kivonással, hogy mennyit változott a műhold-vevő távolság a 2. és 3. epocha között. Azt kapjuk, hogy L1-en -1915,013 m, L2-n -1915,211 m volt a távolság változása radiális irányban. Ez a két érték már jobb egyezést mutat. Nézzük most meg a fázismérés eredményét, amelyek a 2. és 4. oszlopban találhatók, de nem méter, hanem ciklus (hullámhossz) mértékegységben. Első látásra riasztóak a számok, mert a ciklusszámláló ez esetben nem 0-ról indult. Normális esetben először 0 és 1 közötti számként látnánk a maradék-távolságot. Végülis a kezdőszám nagyságrendje közömbös, mert a továbbiakban a ciklusszám változása kerül felhasználásra, amennyiben folyamatos volt az észlelés. Számítsuk ki a két előzőleg vizsgált távolság változását a fázismérésből! L1-en 10052,561 ciklus-egységet kapunk, ami λ 1 =0,1905 m-rel beszorozva 1915,013 m-es távolságváltozást jelent. L2-n a távolság: 7833,174 ciklus * 0,2445 m = 1915,211 méter. A jegyzőkönyv kapcsán jegyezzük meg még a következőket. A navigációs vevők csak a C/A kódtávolságokat használják fel a számításhoz, általában nincs lehetőség eredeti mérési adatok tárolására. Az egyfrekvenciás geodéziai vevők kód- és fázistávolságot rögzítenek L1-en. A kétfrekvenciás vevőkhöz viszonyítva közel fele annyi mérési adatot gyűjtenek, ezért általában hosszabb időtartamú statikus mérést igényelnek. A kétfrekvenciás vevők C/A kódmérést és kettő frekvencián fázismérést biztosan rögzítenek. Lehetővé teszik a 20 km-en felüli vektorok mérését is, mert kiküszöbölik az ionoszférikus hatást. 3.4. Adatgyűjtés GPS technikával 3.4.1. Néhány fontos fogalom Mielőtt a konkrét mérési teendőkre rátérnénk, érdemes táblázatosan összefoglalni a GPS mérések hibaforrásait. Itt az egyes hibaforrásoknak a műhold-vevő távolságra gyakorolt hatását foglaljuk össze, ami természetesen teljes mértékben, összegződve jelentkezik a koordinátákban is. 3-16 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

Műholddal kapcsolatos hiba Pályahiba Műhold órahiba Vevővel kapcsolatos hiba Vevő órahiba Mérési hiba A GPS mérések lényeges hibaforrásai Hibaforrás távolsági hiba kiküszöbölés módja Fáziscentrum Jelterjedéssel kapcsolatos hiba Ionoszféra hatása Troposzféra hatás Többutas terjedés Rendszerfenntartói szándékos korlátozás SA AS 10 m 10 m 100 m 1-5 m (kód) mm (fázis) mm 50-150 m 1-10 m m differenciálás differenciálás differenciálás - - modellezés differenciálás és modellezés differenciálás és modellezés tervezés, előkészítés 100 m differenciálás? (kód-függő) szoftverfejlesztés Geometriai elrendezés? (GDOP szerint) tervezés, előkészítés A táblázatból kitűnik, hogy az egyetlen GPS vevővel végzett távolságmérést amit abszolút helymeghatározásnak, vagy navigációs mérésnek nevezünk jelentős, a 100 m-t is meghaladó hibák terhelik. Ha 100 m-nél nagyobb pontosságra törekszünk, akkor a mérés feldolgozásához két, egyidejüleg mérő vevő adatait kell felhasználni, vagyis relatív helymeghatározásra van szükség. Ilyenkor a feldolgozás eredménye a két pont közötti térbeli vektor három összetevője lesz a WGS84 koordinátarendszerben. A vektor azon végpontját, amelyhez viszonyítva határozzuk meg a térben a másik végpontot, referenciapontnak nevezzük, az ott felállított műszert pedig referenciavevőnek vagy referencia-állomásnak. 3.11 ábra. Abszolút helymeghatározás GPS-szel. Eredményei a geocentrikus térbeli derékszögű (vagy ellipszoidi földrajzi) koordináták. NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-17

3.12 ábra. Relatív helymeghatározás GPSszel. Eredményei a különbség-vektor térbeli derékszögű összetevői. Ha geodéziai, azaz cm-es pontosságra törekszünk, akkor feltétlenül fázismérést kell használnunk, természetesen relatív módon. A fázismérés kiértékeléséhez néhány perces, vagy néhányszor 10 perces folyamatos észlelésre van szükség a szoftvertől függően. Ezzel szemben a kódmérés bármelyik rögzített időpontra vonatkozóan külön-külön is kiértékelhető, nem szükséges a folyamatosságot biztosítani, de csak méteres pontosság érhető el. Létezik ún. fázisméréssel simított kódmérés is, szubméteres pontossági határral. A mérés kiértékelése lehet valósidejű (real time) vagy utólagos feldolgozású (post processing). Ha a műszernek van kijelzője, ill. ellenőrző egysége (nem doboz-vevőről van szó), akkor másodpercenként látjuk a pillanatnyi pozíciónkat a földrajzi ellipszoidi koordinátákat a WGS-84 koordinátarendszerben. A real time feldolgozás alatt azt értjük, hogy a relatív módszerrel (két vevővel egyidejűleg) végzett méréskor is szinte rögtön, elhanyagolhatóan rövid idő elteltével kapjuk meg a pozíciónkat. Itt egy kis kitérőt teszünk a relatív és a differenciális kifejezésekkel kapcsolatban. Az egyik felfogás szerint a relatív és a differenciális szavak jelentése ugyanaz. Ha egyidejűleg két vevővel mérünk, akkor a számítás a mérésekből végzett különbségeken (differenciákon) alapul és eredményként a két pont közötti különbség-vektort (relatív térbeli helyzetet) kapjuk meg. A másik felfogás szerint differenciális GPS (DGPS) technikán olyan valós idejű, relatív GPS módszert értünk, amikor (elsősorban) kódmérést dolgozunk fel és nem magunk biztosítjuk az ismert ponton mérő vevő üzemeltetését, hanem a referencia-állomás adatait szolgáltatásként átvesszük. Erre a kérdésre még visszatérünk. A GPS mérés fontos jellemzője, hogy mozgás közben is végezhető, nemcsak álló helyzetben. A statikus mérés során a vevők mozdulatlanok, legalábbis a Földhöz, a koordinátarendszerhez képest. Kinematikus méréskor a vevő mozog. Relatív kinematikus pontmeghatározást úgy végzünk, hogy a referenciavevő (álló vevő) egy ismert ponton áll, miközben a 3-18 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

másik vevő (mozgó vevő) vándorol, mozog (rover). Ha valós időben végzünk fázismérésen alapuló kinematikus mérést, akkor azt RTK-nak nevezzük (RTK=Real Time Kinematic). Erről is lesz szó bővebben. Az áttekinthetőség érdekében csoportosítsuk egy táblázatban a gyakran alkalmazott relatív mérési technológiákat. Relatív GPS mérések csoportosítása elnevezés Mérés típus feldolgozás Bázis hossz Álló vagy mozgó pontosság DGPS Kódmérés Real-time > 100 km kin. és stat. méter RTK Fázismérés Real-time < 3 (10) km kin. és stat. cm Kinematikus Fázismérés Utólagos < 15 km kinematikus cm Stop and Go Fázismérés Utólagos < 15 km kinematikus cm Gyors statikus Fázismérés Utólagos < 15 km statikus cm Hagyományos statikus Fázismérés Utólagos, tudományos > 15 km statikus cm (mm) 3.4.2. Navigációs mérés Egyetlen vevővel végezzük, abból a célból, hogy pillanatnyi helyzetünket meghatározzuk, vagy egy elérendő célponthoz eljussunk. A kézi navigációs vevők zsebszámológép nagyságúak, szolgáltatásaik egyre bővülnek. Az antenna és a tápegység a műszerbe beépített, de külső antenna csatlakozására is rendszerint van lehetőség. Ha önmagában, korrekció nélkül használjuk a vevőt, akkor 100 m-es vízszintes értelmű és 150 m-es magassági értelmű pontosságra számíthatunk bekapcsolt SA esetén. SA nélkül a pontosság 30 m körülire tehető, de várhatóan ennél jobb érték is lehetséges. A kijelzés elsődlegesen földrajzi ellipszoidi koordináták formájában történik. A fejlettebb vevőknél lehetséges különböző vetületi rendszerek és különböző típusú transzformációs paraméter készletek beállítása is. Sok műszernél megoldható, hogy Magyarországon rögtön EOV vagy Gauss-Krüger rendszerű síkkoordinátákat lássunk a kijelzőn. A navigáció lényegéhez tartozik, hogy a felkeresendő pontok koordinátáit (angolul: waypoints), és a bejárandó útvonal-pontokat előre tudjuk tárolni a memóriában. Lehetőség van néhány száz bemért ponthely koordinátáinak rögzítésére is, de a nyers mérési adatokat nem tudja tárolni a navigációs vevő. A valós idejű adatkimenet rendszerint NMEA formátumban lehetséges. Így megoldható, hogy a pillanatnyi pozíciót megjelenítsük egy, a GPS navigációs vevőhöz kapcsolt laptop számítógép képernyőjén, vagy a navigációs vevő memóriájába beégetett egyszerűsített digitális térképen. Léteznek ún. kártyavevők is, amelyek szabványos PCMCIA kártya formájúak. A laptop számítógéphez a kártyát és az antennát kell csatlakoztatni, NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-19

telepíteni a szoftvert, és így áll elő a navigációs vevő. Egyes navigációs vevők 3D helyett 2D megoldást kínálnak fel (csak ϕ, λ értéket) abban az esetben, ha csupán 3 hold észlelhető. Ilyenkor azonban az előzőleg mért pont magasságát használják fel a számításhoz, így az eredmény rendkívül bizonytalanná válhat. 3.4.3. A differenciális GPS (DGPS) A DGPS alatt olyan valós idejű, relatív, elsősorban kódmérést felhasználó rendszert értünk, amelyben a referencia-állomás adatait szolgáltatásként tudjuk fogni valamilyen kommunikációs csatornán. Az abszolút mérésnek bekapcsolt SA esetén biztosított 100 m-es pontossága így néhány méteresre növelhető. A DGPS várható pontossága (SA: bekapcsolt): Csak kódmérés felhasználása esetén: 5-50 m. Simított kódmérés esetén: 1-5 m Vivőfázis mérés esetén: szubméter Megjegyzendő, hogy a fázisméréses meghatározás a referencia-állomás 50 km-es körzetére korlátozódik. E jegyzet írásakor még nincs teljes képünk arról, hogy kikapcsolt SA esetén általában milyen pontossággal számolhatunk. Az eddigi vizsgálatok szerint az abszolút helymeghatározás pontossága szinte bizonyosan az 5-50 méteres kategóriába esik, tehát azonosnak vehető a kódméréses DGPS-sel. Nyilvánvaló, hogy kikapcsolt SA esetén a DGPS pontossága is javul a fentebb megadott értékekhez képest; felmerül a DGPS technika létjogosultságának kérdése Ez az eset is (mármint a korlátozott hozzáférés megszüntetéséről hozott elnöki politikai vagy kereskedelem-politikai döntés) mutatja, hogy a rendszer egy elemének megváltozása lényeges hatással van a rendszer teljesítményére. A GPS rendszer pedig napjainkban is folytonos átalakuláson megy keresztül 3.13 ábra. A difeerenciális GPS elve 3-20 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

Visszatérve a DGPS-hez: a mai koncepció szerint a referencia-állomás az egyes műholdakra mért (kód- és fázis) távolságok korrekcióját és azok változásait sugározza. Korrekció alatt a mért távolság és a térbeli koordinátákból számított távolságok különbségét (koordináta különbségeket) értjük. A mozgó vevő ezekkel a korrekciókkal megjavítja saját méréseit és így számítja helyzetét. A korrekciós adatok sugárzásának késési ideje természetesen rontja a pontosságot. A DGPS technika használata az 1980-as évek végén, az 1990-es évek elején a tengerrel rendelkező országokban kezdődött, felváltva az ott már régebb óta alkalmazott rádiónavigációs helymeghatározó eljárásokat. A korrekciós adatok formátumára szabványt dolgozott ki egy, a tengerparti szolgáltatásokra szakosodott nonprofit szervezet. A szervezet nevéből adódik a formátum rövidítése is (RTCM-104=Radio Technical Commission for Maritime Services). A korrekciós adatok száma, típusa folyamatos fejlődést tükröz. Kezdetben a referencia-állomás koordinátáin kívül csak a kódtávolság korrekciókat tartalmazta a szabvány. Ma elvi lehetőség van a fázismérésses korrekciók és az ionoszféra paraméterek sőt a GLONAS adatok továbbítására is. A fejlett országokban számos DGPS állomást, sőt egész DGPS hálózatokat üzemeltetnek. A folyamatosan üzemelő, más néven permanens állomások, ún. aktív hálózatot alkotnak. Az aktív állomások adatait természetesen tárolják, azokat utófeldolgozáshoz is szolgáltatják térítés ellenében. Egy DGPS állomás akárhány felhasználót kiszolgálhat, ha a vételi lehetőségek biztosítottak. A vételi lehetőségek függnek a referencia-állomás rádióadójának típusától, teljesítményétől, frekvenciájától. A korrekciós adatok sugárzásának módjára a következő távközlési lehetőségek ismertek. Speciális, külön DGPS célra telepített földi rádióadók. A telepítés és üzemeltetés költségei viszonylag magasak és nagyteljesítményű adókra, ill. adóhálózatra van szükség. Az 1990-es évek elején Franciaország partvidékein és az óceáni partvidékekeken üzemeltek ilyen adók. Meglévő, irányított sugárzású, rádiónavigációs adótornyokat és foglalt frekvenciákat használnak fel GPS korrekciók sugárzására. Ilyen módon működik az amerikai Parti Őrség hálózata (Bacon Transmitters). Több mint 30, elsősorban tengerparti országban találhatók ilyen rádió-jeladók. Távközlési műholdakon keresztül történik a DGPS korrekciók sugárzása. Ilyen geostacionárius (a Földhöz képest mozdulatlan) műhold az INMARSAT, amely Erurópa egész területén fogható. A szolgáltatás Magyarországon is előfizethető. NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-21

Mobiltelefonon továbbítják a korrekciókat. Ilyen szolgáltatás nálunk kísérleti jelleggel Pencen üzemel. Közszolgálati vagy kereskedelmi rövidhullámú (URH) rádiók oldalsávján (segéd-csatornáján), RDS adatként továbbítják a korrekcióket (RDS=Radio Data System). A főadón kívül az átjátszó adóknak is továbbítani kell a korrekciókat, ha nagy területet kívánnak lefedni. Magyarországon jelenleg a Sláger rádión működik ez a szolgáltatás. A felhasználónak rendelkeznie kell egy dekóderrel és jelszóval, amiért természetesen előfizetési díjat kell fizetnie. 1993-ban Németországban megvalósították a közép- és hosszúhullámú adók jelének amplitúdó-modulációját DGPS korrekciókkal. (AMDS=Amplitudo Modulated Data System). A tapasztalatok szerint az AMDS rendszer lakott területen, az adótoronytól nagy távolságra is megbízhatóan működik, elterjedése egész Európában várható. A DGPS technika alkalmazási köre igen nagy. Az intelligens közlekedési rendszereknél, a környezetvédelmi, mezőgazdasági alkalmazásoknál, a térinformatikai adatgyűjtésnél és más információs rendszereknél többnyire DGPS elven működő rendszereket használnak. 3.4.4. Statikus GPS mérés A statikus mérések célja az egymáshoz képest mozdulatlan helyzetű vevők közötti térbeli vektor-összetevők meghatározása fázisméréssel. Ha két vevő észlel egyidejűleg, akkor az egyetlen vektort jelent, három szinkronban mérő vevő 3 db vektor, négy vevő 6 vektor, öt vevő 10 vektor számítását teszi lehetővé. Minél több vevő összehangolt mérését biztosítjuk, annál több fölös adattal rendelkezünk, annál szilárdabb hálózatot hozunk létre. A mérés gazdaságossága is javul. Azt az időtartamot, amíg szinkronban, megszakítás nélkül, ugyanazon pontokra telepítve végzünk észlelést, mérési periódusnak vagy periódusidőnek nevezzük (angolul: session). A térbeli vektorokból ezután térbeli hálózat hozható létre, amely hálózat az adott pontok megkötésével kiegyenlíthető. Egyszerű esetben egyetlen adott pont térbeli derékszögű koordinátáihoz adjuk hozzá a vektor-összetevőket. Ilyenkor térbeli poláris meghatározásról beszélhetünk. A statikus mérés néhány jellemzője Az 1980-as évek végén, az 1990-es évek elején a statikus módszer jelentette a geodéziai, cm pontosságú GPS alkalmazást. A szakembereket is meglepte a GPS-szel elérhető nagy pontosság, hiszen a rendszert nem erre tervezték. Statikus méréssel több tíz, több száz, vagy ezer km 3-22 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

hosszú vektorok is mérhetők cm pontossággal. Az elvi korlátot az a feltétel jelenti, hogy ugyanazon holdakra legyen biztosítva az észlelés, mindkét végpontról. Gyakorlati korlátot jelent azonban, hogy minél hosszabb a vektor, és minél inkább szélső pontosságra törekszünk, annál hosszabb ideig kell mérni, annál különlegesebb vevőt kell használni. A periódusidő több óra vagy akár több nap is lehet, ami nyilvánvalóan csak tudományos célú kampányokban eredményes, a termelésben nem. A hosszú periódusidőt elsősorban a légköri hatások kiküszöbölése miatt kell biztosítani. A 20 km-nél hosszabb vektorok mérését célzó, ún. hagyományos statikus méréssel a továbbiakban nem foglalkozunk. Egy 10 km-es vektor méréséhez az 1990-es évek elején 1 órányi időtartamra volt szükség, jelenleg, 2000-ben ez 10 perc alatt megoldható. A gyorsítást nemcsak a NAVSTAR rendszer teljes kiépítettsége tette lehetővé, hanem a műszerek, de még inkább a szoftverek fejlődése is, ami napjainkban is tart. A 15 km-nél rövidebb vektorok néhányszor 10 perces időtartamú meghatározására alkalmas eljárást gyors statikus mérésnek nevezzük, a továbbiakban ezzel foglalkozunk (fast static, rapid static). A statikus mérések, eljárások között megemlíthető még az ún. visszatéréses (reoccupation) eljárás is, ami lényegében ugyanazon vektor kétszeri mérését jelenti eltérő időpontban, de együttes számítással. A feldolgozó szoftvernek támogatnia kell a két részmérés közös számítását. A visszatéréses módszer akkor jöhet szóba, ha kevés hold észlelhető a kifedés miatt, így az egyszeri rövid mérés sikertelen lenne. Az eltérő időpontokban, más műhold konfiguráció mellett megismételt mérés együttes feldolgozása azonban eredményre vezethet. A visszatéréses módszer a gyakorlatban nem terjedt el. A következőkben a gyors statikus méréssel kapcsolatban fogalmazunk meg néhány általános tapasztalatot, ajánlást. Ezek jó része hasznunkra lehet a kinematikus és RTK mérések végzésénél is. Gyors statikus mérést elsősorban vízszintes vagy térbeli alappontok meghatározása céljából végzünk. A folyamatot tervezés-mérés-feldolgozás szakaszra elkülönítve mutatjuk be. A statikus mérés tervezése Minden geodéziai mérés igényli a tervszerű előkészítést. A GPS méréseknél a szinkronitás biztosítása és a gazdaságosságra való törekvés miatt különösen szükség van megfontolt tervezésre. A tervezést befolyásolja, hogy hány pontot kell meghatározni (csak néhányat, vagy több ezret), hány vevő áll rendelkezésünkre (kettő avagy tíz), egy-, vagy kétfrekvenciásak-e a vevők, gépkocsival megközelíthetők-e a pontok stb. Mindenesetre abból kell kiindulnunk, hogy hazánkban elkészült az országos GPS hálózat. Az OGPSH pontok az NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-23

EUREF89 rendszerbeli koordinátákkal, továbbá EOV koordinátákkal és transzformált EOMA magasságokkal rendelkeznek. Minden GPS meghatározásnál az OGPSH pontokból, mint adott pontokból kell kiindulni. Be kell szerezni az OGPSH pontok adatlapjait, amelyek az elérési útvonalat és a helyszínrajzot is tartalmazzák. Ha a munkaterület 5 km-es körzetébe esik egy OGPSH pont, akkor oda telepítsük a referenciavevőt. Ha azonban távolabb vagyunk az OGPSH ponttól, akkor különösen egyfrekvenciás vevőnél más stratégiát követünk. A gazdaságosság, a minél rövidebb mérési idő elérése érdekében minél rövidebb vektorokat célszerű mérni. Ezért a referenciavevőt a munkaterülethez legközelebb telepítjük egy alkalmas, egyenlőre ismeretlen koordinátájú helyen, amelynek a kampány során fogunk koordinátát adni. Érdemes olyan helyszínt keresni, ahol a referenciavevőre nem kell felügyelni. A munkaterület nagyságától függően egy vagy több ilyen ideiglenes ponthelyet jelölhetünk ki. A referenciapont kiválasztásánál vegyük figyelembe, hogy ne legyen takarás 15 fok fölött, ne legyenek a közelben nagy visszaverő felületek és rádióadók, valamint a közlekedés se zavarja a mérést. A mérendő pontok kiválasztásánál a fenti feltételeket természetesen nemigen tudjuk biztosítani, mert az épített és a természetes környezet gyakran okoz kifedést. Ilyen esetekben ún. kitakarási ábrát készíthetünk, amely a takarást okozó objektumokat (burkoló idomokat) a sarokpontok magassági szöge és azimutja alapján felülnézetben ábrázolja. Ez az ún. sky plot ábra az égbolt rajza a műholdakkal, felülnézetben. 3.14 ábra. A kitakarási ábra szerkesztéséhez szükséges adatok. A magassági szöget a külső körből a középpont felé, az azimutot az északi irányból kiindulva rakjuk fel. Ezt az ábrát, amit egyébként GPS tervező szoftverrel készítünk el, összevetjük a mérés tervezett időpontjában várható műholdkonfigurációval, amit hasonló módon jelenítünk meg. Olyan 3-24 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

időpontra kell tervezni a mérést, amikor a kitakart mezőkben lehetőleg nincsen hold-átvonulás. 3.15 ábra. A kitakarási ábra felülnézetben felszerkesztett adatai, hasonló rendszerben készítenek a tervező programok sky-plot ábrát A tervező modul minden GPS szoftverben megtalálható. Az előrejelzéshez a korábbi GPS méréseknél automatikusan rögzített almanach adatokat használjuk fel és szükség van a munkaterület közelítő földrajzi koordinátáinak manuális bevitelére is, egy 1 -os pontossággal. Érdemes a mérés tervezett napjára, ill. napszakára elkészíteni a DOP értékeket, a műholdak láthatóságát, a műhold ak keltét és nyugtát és a sky plot ábrát feltüntető rajzokat a helyi időben. Ezeket az ábrákat képernyőn tekintjük meg, vagy kinyomtatjuk grafikus, ill. táblázatos formában. A teljes időtartamból kizárjuk azokat az időszakokat, amikor nincs megfelelő számú hold, ill. magas a DOP érték, pl. a takarás következtében. Nem célszerű, ha kettőnél több hold 20 fok alatt észlelhető. Az sem szerencsés, ha a tervezett időszakban gyakori a holdkelte, holdnyugta. A kizárt időszakok után megmaradó időtartamokat nevezzük észlelési ablaknak. Az észlelési ablak az általunk mérésre alkalmasnak tartott időszakokat jelenti. A tényleges mérési periódusokat az észlelési ablak azon időszakára tervezzük, amikor a legtöbb hold észlelhető folyamatosan, a szükséges hosszúságú periódusidővel. Ha csak 4-5 hold lenne észlelhető 15 fok fölött, akkor inkább egyik pontról a másikra való átköltözést ún. átállást végzünk vagy más tevékenységet tervezünk. Nem biztos persze, hogy a tervezett állapot a műholdakat tekintve bekövetkezik. A NAVSTAR holdak előre tervezett karbantartásáról vagy üzemen kívüli állapotáról Interneten is tájékozódhatunk az ún. NANU üzenet révén (NANU=Notice NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-25

3.16 ábra. A statikus mérés kényelmesen végezhető, de a járulékos teendők nagy odafigyelést kívánnak meg Advisory to NAVSTAR Users). A mérési időtartam hosszát sok tényező befolyásolja: a vektor hossza, a műholdak száma és geometriája, az ionoszférikus aktivitás, a vevő típusa. Tapasztalatok és táblázatok segítenek az optimális mérési idő megválasztásában. A statikus mérés végrehajtása A tulajdonképpeni mérés automatizált folyamat, különösebben nem igényli az észlelő beavatkozását. Az észlelőnek két adatot kell csupán manuálisan bevinnie: a pontszámot és az antennamagasságot. Ez a két adat azonban nagyon lényeges. Ha ugyanazt a pontszámot fizikailag különböző pontoknak adjuk, a feldolgozó szoftver joggal azonosnak fogja ezt tekinteni és ez súlyos zavarokhoz vezet. Ha ugyanazon pontnak eltérő pontszámot adnunk, nem tesszük lehetővé a kiegyenlítést, a megbízhatóbb végeredményt. Ha tévesen adjuk meg vagy elfelejtjük beírni az antennamagasságot, hibás lesz a pont magassága is és (többszöri felállás esetén) lehetetlenné válik a pont bevonása a térbeli hálózat kiegyenlítésébe. A fix hosszúságú antennatartó rudak használata csökkenti a téves antennamagasság megadását. További sajátosságokra is tekintettel kell lenni a mérés során. Biztosítani kell a két (vagy sok) műszer mérésének egyidejűségét. Leggyakrabban a referenciavevőt folyamatosan üzemeltetjük a tervezett mérés során, a többi vevő pedig körbejár, a szükséges időre felkeresi a pontokat. Ha több vevő van, az ellenőrzés érdekében két referenciát is működtethetünk, így minden mérendő pontra két megoldást kapunk. Ellenőrzést jelent a is, ha csak egy referenciapont van, de a mozgó vevők szinkron mérését mobil-telefonos vagy rádiótelefonos kapcsolat útján biztosítjuk. A mérés független ellenőrzését szolgálja, ha ugyanazt a vektort más alkalommal, (újbóli pontraállással) újra megmérjük, vagy zárt idomokat alakítunk ki (nem azonos periódusból), s azok záróhibáját vizsgáljuk. Ugyanazt a pontot kétszer is mérhetjük. A tápellátásra fontos felügyelni, hiszen egy esetleges kieső műszer az összes rá vonatkozó vektor kiértékelését meghiúsítja. Ugyancsak lényeges az integrálási idő (data recording rate) azonosságának beállítása mindegyik műszernél, ugyanis csak a közös időpontú mérések értékelhetők ki. Figyelni kell a megfelelő memória-kapacitás meglétére, a mérés-típusok, paraméterek helyes beállítására. A pontraállás hibája nem küszöbölhető ki, ezért a pontraállás és az antennamagasság ellenőrzését el kell végezni. Az ún. dobozvevőknél, ha nincs kontroller csatlakoztatva, mérési jegyzőkönyv kitöltése is szükséges, hiszen a pontszám és antennamagasság bevitelére csak utólag van lehetőség. A mérési fájlok illetve a mért pontok azonosítása az időpontok alapján történik, így a mérés 3-26 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

kezdetének és befejezésének feljegyzése is szükséges. Az antenna típusának ismerete azért szükséges, mert az eltérő típusokhoz eltérő magassági korrekciók tartoznak. Az utólagos hibakeresésnél ez fontos információ lehet. A mérés során figyelemmel kísérjük az észlelt holdak darabszámát, a ciklusvesztéseket, s ezt összevetjük az előrejelzéssel. Ha erősen fedett körzetben van a vevő és az észlelt holdak száma a tervezettnél kevesebb, legjobb, ha megnyújtjuk az észlelés időtartamát. Minden zavaró körülményt érdemes feljegyezni, ami az utófeldolgozást segítheti. Az utófeldolgozásos statikus mérésnél valóban nehéz a minimális mérési időtartam becslése, mert az számos tényező függvénye. Egyes műszerek a vektor hosszának megadása után, a pillanatnyi GDOP ismeretében megadják a mérési időtartam optimális értékét, ezt azonban csak tájékoztató adatként lehet használni. A statikus mérés feldolgozásáról Az utófeldolgozás kezdetén az összes vevővel gyűjtött mérési fájlokat betöltjük egy számítógép memóriájába. Itt még van lehetőségünk a hibásan beírt adatok javítására. Mindig készítsünk biztonsági másolatokat a mérésekről. Az első számítási lépés a mért vektorok összetevőinek meghatározása. Ezt a kereskedelmi szoftverek néhány másodperc alatt, automatikusan elvégzik. Előzetesen azt kell biztosítanunk, hogy a vektorvégpontoknak 10 méterre jó előzetes koordinátái legyenek. Ha a referenciapont OGPSH pont, akkor megadjuk a koordinátáit; ha nem, akkor a pontra vonatkozó mérésből (single point) számíthatjuk. A vektorösszetevők gyors statikus mérésnél csak akkor fogadhatók el, ha a fázistöbbértelműség FIX értékként volt számítható. A következő lépés az összes mért pont WGS84 (EUREF89) rendszerű térbeli derékszögű koordinátájának számítása. Ez térbeli hálózatkiegyenlítésével történik, vagy egyszerűbb esetben, a vektorösszetevőknek egy adott OGPSH rendszerű pont koordinátáival való összeadásával. Végeredményként nem GPS rendszerű koordinátákat várunk el, hanem EOV koordinátákat. Ehhez térbeli transzformációra van szükség, amit a közeli OGPSH pontokra, mint közös pontokra támaszkodva, hasonlósági modell alapján végzünk el. A mért pontoknak nemcsak a vízszintes koordinátáit kapjuk meg, hanem magasságait is, amelyek transzformációból származnak és EOMA rendszerű magasságnak tekinthetők. 3.4.5. Kinematikus GPS mérés A kinematikus mérés célja egy, a WGS84 rendszerben ismert ponton elhelyezett, álló helyzetben mérő vevőhöz képest a mozgó vevő(k) térbeli koordinátáinak meghatározása, fázis- NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-27

méréssel. Két típusát különböztetjük meg. A folyamatos kinematikus (continuous kinematic) mérésnél a mozgó vevő útvonalának meghatározása a cél. Ez lehet például egy gépkocsi nyomvonala terepfelméréskor. A beállított adatrögzítési időköznek (általában néhány másodpercnek) megfelelően kapjuk ilyenkor a pontok térbeli koordinátáit, a pont azonosítása a mérés időpontjával történik. A Stop and go módszernél (Stop & Go Survey) a mozgó vevővel a terepen megjelölt pontokat keressük fel, ezeken nagyon rövid (2 epocha időtartamú) mérést végzünk és rögzítjük a pontszámot. Diszkrét pontokat mérünk tehát, amelyek azonosítója a pontszám. Inicializálási lehetőségek kinematikus mérésnél Minden kinematikus mérésnél lényeges, hogy a jelvétel folyamatos legyen, ne következzen be úgynevezett ciklusvesztés. Pontosabban szólva a ciklusvesztés megengedett, azonban minden időpontban legyen legalább négy (de inkább több) hold észlelhető. Mivel cm-es pontossági igényű mérésről van szó, amely fázismérésen alapszik, szükség van a mérés kezdetén (a műholddal való kapcsolat pillanatában) az egész periódusok számának (a fázistöbbértelműségnek) az ismeretére. A fázistöbbértelműség feloldásá a kinematikus mérésnél inicializálásnak nevezzük, a mozgó vevő útvonalának első pontját pedig inicializáló pontnak (I). Az inicializálás megoldására kidolgozott néhány eljárást foglaljuk most össze. A statikus inicializálás azt jelenti, hogy az inicializáló pont helyét gyors statikus méréssel meghatározzuk. A mérés időtartama, ahogy a gyors statikus mérésnél tárgyaltuk, 5-30 3.17 ábra. Inicializálás statikus méréssel 3.18 ábra. Inicializálás ismert ponton perc, a vektor hosszától, a vevőtől függően. A referenciapont és az inicializáló pont akár 10-15 km-re is lehet egymástól, nyilván az I pontot minél közelebb kell elhelyezni a mérendő útvonalhoz. Az ismert ponton történő inicializálás azt jelenti, hogy a WGS84 (OGPSH) rendszerben adott ponton helyezzük el mind a referenciavevőt (A), mind a mozgó vevőt (I). Nagyon rövid, néhányszor tíz másodperces, esetleg 1-2 perces mérés elegendő fázistöbbértrelműség számításához, hiszen az ismert műhold-vevő távolság valamint a mért maradéktávolság alapján az egész periódusok száma meghatározható. 3-28 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

A báziskarral történő megoldás az előző eljárástól elvileg nem különbözik. Az A és az I pont egymás közvetlen közelében, egy ismert hosszúságú karon helyezkedik el, amit É-i irányba forgatunk be egy tájoló segítségével. Ennél a megoldásnál a referenciapontnak a bejárandó munkaterületen kell lennie. 3.19 ábra. Inicializálás menet közben Az inicializálás legkorszerűbb megoldása az, hogy méréstechnikailag nincs inicializálási eljárás. A mozgó vevő bejárja a tervezett útvonalat anélkül, hogy bármilyen külön előkészítésre lenne szükség. A probléma, a fázistöbbértelműség megoldása, természetesen fennáll, de ezt szoftveres úton oldják meg. Az eljárás neve menet közbeni inicializálás (OTF = On The Fly ambiquity resolution). Kétségtelen, hogy a gyakorlatban ez utóbbi megoldás a legpraktikusabb. Ugyanis ha bármilyen okból négy alá csökkenne a holdak száma, akkor újrainicializálásra van szükség. Az OTF kivételével az összes többi mód így időigényes, nagyban hátráltatja a haladást. Márpedig zavaró, takaró tereptárgyak, objektumok mindig akadnak. Ha belegondolunk abba, hogy a folyamatos jelvétel miatt gyakorlatilag szabad, nyílt területen kellene haladni a mozgó vevővel, akkor ez nagyon korlátozná a kinematikus módszer alkalmazhatóságát. Az OTF módszer jó lehetőséget teremt a GPS alkalmazási területének bővítésére. Meg kell jegyezni, hogy az OTF módszer csak kétfrekvenciás vevőknél alkalmazható jelenleg és ennél is szükség van minimálisan néhány perces folyamatos jelvételre az esetleges szakadások között. Ez a minimális folyamatos mérés az 1990-es évek elején még 4-5 perc volt, ma ez egy percen belül van a korszerű műszereknél. Tervezés szempontok kinematikus mérésnél A kinematikus mérést olyan időpontban kell tervezni, amikor a legtöbb hold észlelhető, lehetőleg nincs holdváltás (holdkelte, holdnyugta). Műszertől, szoftvertől függ, hogy mennyi NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-29

3.20 ábra. A félkinematikus mérésnél két mérendő pont között vihetjük az antennát gyalogosan is, de kényelmesebb azt gépkocsin szállítani a minimálisan szükséges holdak száma. Különösen az OTF módszer igényli, hogy minél több, minimum 6 vagy 7 hold szerepeljen a mérésben. A referenciavevő lehetőleg 5 km-en belül legyen elhelyezve, elvileg 10-15 km az alkalmazhatóság határa. A munkaterületet előzőleg be kell járni vagy legalábbis át kell tekinteni, hogy az ideális útvonalat kijelöljük, a takaró objektumokat kikerüljük. Gondosan kell megválasztanunk az adatszolgáltatási időközt: figyelembe kell venni a jármű sebességét, a mérendő pontok sűrűségét ha útvonalmérésről van szó. A túl kicsi, (pl. másodperces) időköz miatt nagyon hamar megtelik a rendelkezésre álló szabad memóriaterület, a túl nagy időhöz esetleg kevés útvonalpontot eredményez. Stop and go mérésnél magán a mérendő ponton általában kétszeres adatrögzítési időt kell eltölteni, miközben az antenna mozdulatlan. Tapasztalatok alapján az 5 másodperces rögzítési időköz megfelelő érték. A folyamatos kinematikus mérésnél 2, 3 vagy 5 másodperc a szokásos integrálási idő. A kinematikus mérés végrehajtása Mint minden relatív GPS mérésnél, itt is lényeges, hogy ugyanaz az adatrögzítési időhöz legyen beállítva mindkét vevőnél. A referenciavevő voltaképpen statikus mérésre van állítva, a mozgó vevő kinematikusra. A mozgó vevőt gyakran járművön helyezzük el: mágneszárral rögzítjük gépkocsi tetején, vagy csomagtartón elhelyezett tartórúdra erősítjük. Gyalogos mozgáskor csak az antennát visszük tartórúdon meg a kontrollert, a vevő az egyéb tartozékokkal együtt hátizsákba kerül. Az antennát is szokás a hátizsák tartórúdjára erősíteni. Ha statikus inicializálást végzünk, ügyelnünk kell arra, hogy az inicializálás közben az antenna mozdulatlan maradjon. Ha gépkocsin lenne se mozogjon még centimétereket sem az antenna. Ha a tartórudat kézben visszük, akkor azt inicializáláskor helyezzük tartóállványra, vagy szorítsuk oda, pl. egy kerítésoszlophoz. Az inicializálásnál elkövetett hibát mintegy továbbvisszük az összes pontra. A kinematikus mérés indulásakor figyelni kell a helyes antennamagasságra, különösen akkor, ha magassági kiértékelés a cél. A mérés során ne feledkezzünk meg az ellenőrzésről, hiszen itt valójában a referenciaponthoz viszonyított térbeli poláris pontokról van szó. Ilyen ellenőrzés lehet: - A mérést ismert ponton befejezni (az OGPSH-ban ismert ponton). - A mérés végén visszatérni az inicializáló pontra. - A mérés közben ismert pontot felkeresni. - Többször mérni ugyanazt a pontot (lehetőleg eltérő inicializálást követően). 3-30 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt

Ha takarás, kifedés miatt teljesen elvesztettük a kapcsolatot a műholdakkal, ezt a vevő általában jelzi és újrainicializálásra szólít fel (hacsak nem menetközbeni az inicializálás). A statikus újrainicializálás időigényes, különösen egyfrekvenciás vevővel. A terepi munka biztonsága, gazdaságossága OTF inicializálással javítható, de ne feledjük, hogy: - az OTF technika jelenleg csak kétfrekvenciás vevőkkel lehetséges (ezek ára közel duplája az egyfrekvenciás műszereknek), - az OTF minimum 6-7 hold vételét kívánja meg, - ciklusvesztés nélküli, folyamatos mérésre néhány percig szükség van (vevőtől függően 2-5 percre). A kinematikus mérés feldolgozása A feldolgozás a műszerhez tartozó szoftverrel automatizált, alapvetően ugyanazokból a lépésekből áll, mint a statikus mérés. Mint minden utófeldolgozásnál, itt is hátrányként jelentkezik, hogy csak az irodában derül ki, sikeres volt-e a mérés. Azaz jó volt-e az inicializálás, a fázistöbbértelműség minden pontra megoldható-e? 3.4.6. Valós idejű, cm pontosságú GPS (RTK) Az RTK (Real Time Kinematic) módszer csak abban tér el az előbb tárgyalt kinematikus módszertől, hogy a méréssel egyidőben a feldolgozás is megtörténik. Ezt a referenciavevőnél elhelyezett rádióadó biztosítja, amely a teljes mérési anyagot továbbítja a mozgó vevő felé, amely a számítást valós időben elvégzi. Nagy előny, hogy a mérés jóságáról, megbízhatóságáról a méréssel egyidejűleg van információnk. Továbbá lehetőségünk adódik a cm pontosságú kitűzésre, ami az utófeldolgozásos GPS-szel természetesen nem lehetséges. A fejlett országokban ma szinte kizárólag RTK rendszereket forgalmaznak geodéziai célra. Nálunk ezek még nagyon drágák; azonkívül frekvenciaengedélyre is szükség van. Az RTK technikát először 1994-ben a Trimble cég hozta kereskedelmi forgalomba, ma minden nagy forgalmazó ajánl ilyen műszereket. Az RTK rendszer elemei A referenciavevő (vagy más néven bázisállomás) felszerelése a következő: kétfrekvenciás, 12 csatornás, zajszűréssel ellátott GPS vevő, antennával, rádióadó modemegységgel és adóantennával; jó tápellátással. A mozgó vevő (rover) rúdon elhelyezett antennát és vezérlőegységet, valamint általában hátizsákban elhelyezett vevőt jelent, amelyet egy rádióvevő modem és antenna egészít ki. Egyes műszerek integráltak: a rádióvevő antenna és a GPS antenna egybeépített, a kábelezés, tápellátás a tartórúdon NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt 3-31

belül van megoldva, a teljes felszerelés egy botra van elhelyezve. Olyan teljesítményű rádióadót kell használni, hogy a mozgó vevőnél a vétel lehetséges legyen. A nagy hegyek akadályozhatják magát a rádiókapcsolatot, ilyenkor átjátszó adókra van szükség. Az azonnali, fázisméréses feldolgozás további korlátot jelent a távolság növelésénél, mivel az ionoszférikus hatás bizonytalanná teheti a mérést. Az RTK hatótávolsága ma 5-10 km, vevőtől függően. Az RTK mérés végrehajtása A mérést először a referenciavevőnél indítjuk a megfelelő paraméterek alapján, bekapcsolva a rádióadót is. Előzőleg be kell vinni (billentyűzéssel vagy fájlból) a referenciapont koordinátáit és az antennamagasságot. Ez lényeges elem, mert elsődlegesen a referenciapont koordináta-rendszerében kapjuk az eredményt. Nálunk természetesen az OGPSH rendszerében dolgozunk, de elképzelhető helyi GPS rendszer is. A mozgó vevőnél is gondoskodni kell a megfelelő mérési paraméterek beállításáról és a rádióvételről. A műholdas kapcsolat és a bázisvevővel való rádiókapcsolat megtörténte után mindössze 1-2 perces mérés szükséges, hogy a kijelzőn láthatók legyenek a mozgó antenna 1-5 cm pontosságú koordinátái (először a navigációs megoldás, majd a kódméréses megoldás, végül a fázisméréses megoldás eredménye jelenik meg). 3.21 ábra. Az RTK rendszter az igazi (jelenleg még drága) megoldás. A képen az antennatartó rúdon a teljes rendszer egybeépítve megtalálható 3-32 NyME FFFK SdiLA TEMPUS Projekt