curs10 mtc

7/21/2019 Curs10 Mtc

http://slidepdf.com/reader/full/curs10-mtc 1/9

Culegera datelor pentru sisteme informatice in cadastru,

din teren folosind tehnologia G.P.S.

Poziționarea are ca scop determinarea poziției momentane a unui obiect aflat în repaus sau înmişcare. Stabilirea poziției unui corp în mişcare, pe uscat, pe apă sau în aer, precum şi determinarea şicorectarea cursului acestuia, sunt probleme tipice de navigație. Determinarea poziției are în foarte multesituații ca produs final coor‐donate într‐un anumit sistem de referință. Se remarcă, că operațiile demăsurare şi poziționare au deci un scop comun, acela de a determina coordonate pentru diferite puncte dinspațiu.

Întrucât cerințele de precizie în măsurarea geodezică erau mult mai mari față de cele ale poziționării,operație destul de dificilă pentru corpuri aflate în mişcare, cele două aspecte s‐au întrepătruns destul de rar,cazul cel mai fericit de combinare a celor două problematici întâlnindu‐se doar în astronomia geodezică. Oschimbare esențială a apărut însă, odată cu apariția sistemelor de poziționare bazate pe sateliții artificiali aiPământului.

Cu sisteme de poziționare bazate pe sateliți artificiali pot fi astăzi realizate numeroase probleme denavigație pe uscat, pe apă şi în aer. Astfel de sisteme, care au ajuns în fază finală de realizare, oferă înanumite condiții precizii de poziținare în domeniul milimetrilor, motiv pentru care aceste sisteme denavigație pot fi utilizate în mod foarte eficient şi în aplicații geodezice curente. De aici şi aprecierea: siste-mele de naviga ţ ie bazate pe sateli ţ i - sunt sisteme de pozi ţ ionare şi mă surare. Sistemele de navigațiebazate pe sateliți artificiali au apărut odată cu programele spațiale ale țărilor cu tradiție în acest domeniu ‐SUA şi pe atunci URSS.

Primele sisteme de navigație se bazau pe principiul Doppler şi anume, variația frecvenței uneioscilații, când între emițător şi receptor există o mişcare relativă. Încă de la începutul "erei programelorspațiale" se recunoscuse, că din stații de observație cunoscute la sol, pot fi determinate elementele orbitaleale unui satelit în revoluție, şi de asemenea, că fenomenul este reversibil, din poziții orbitale cunoscute alesateliților în revoluție pot fie determinate pozițiile unor stații de recepție necunoscute de la sol. Aceasta acondus în anul 1958 în Statele Unite la proiectarea sistemului de navigație Navy Navigation Satellite SystemNNSS, cunoscut şi sub denumirea "Transit", care era operațional în anul 1964 şi a fost dat liber utilizatorilorcivili în anul 1967. Datorită preciziei ridicate de poziționare, în anul 1970, sistemul a devenit interesant şipentru scopuri geodezice. Ca o replică a sistemului "Transit" a fost realizat în URSS în aceeaşi perioadă şidupă aceeaşi concepție sistemul "Tsikada".

În anul 1973 "U.S.Department of Defence", din Ministerul Apărării a SUA, lansase o comandă către"Joint Program Office din Los Angeles Air Force Base", să elaboreze concepția unui sistem de poziționarebazat pe sateliți, care să permită navigația (adică să ofere poziția şi viteza) unui obiect oarecare ce se află în

mişcare sau în repaus. În plus se mai solicita, să fie asigurate şi informații de timp foarte precise. Rezultatultrebuia să fie în timp real, adică să fie la dispoziția utilizatorului imediat după măsurare. De asemenea sepretindea noului sistem, să funcționeze independent de starea vremii, la orice oră din zi şi în orice punct depe suprafața sau în apropierea Pământului (pe pământ, pe apă şi în aer). Rezultatul comenzii a fost:NAVigation System with Timing And Ranging ‐ Global Positionig System (NAVSTAR - GPS), care astăzi estecunoscut aproape exclusiv sub denumirea de GPS. Aproximativ în aceeaşi perioadă în URSS începedezvolatrea sistemul satelitar GLONASS – GLObal NAvigation Satellite System, care prezintă din puncte devedere al concepției foarte multe asemănări cu sistemul NAVSTAR‐GPS. La începutul anilor '90 sistemulGLONASS a fost dat liber pentru utilizatorii civili şi anume, pentru rezolvarea problemelor de navigație şipentru determinarea parametrilor de rotație a Pământului.

În anul 1995 a fost înființat "Coordinational Scientific Information Center of the Russian Space Forces",care publică informații pentru utiliaztorii civili ai sistemului GLONASS.

Pornind de la faptul că sistemele NAVSTAR‐GPS şi GLONASS sunt sisteme administarte de militari şi

aparțin unei singure națiuni, Uniunea Europeană a decis crearea propriilor sisteme de navigație, prevăzândo evoluție în două etape:‐ GNSS‐1, sistemul de primă generație, care completează sistemele de navigație existente, sistemul americanNAVSTAR‐GPS şi cel rusesc GLONASS;‐ GNSS‐2 , sistemul de generație a doua, care oferă servicii de navigație şi poziționare controlate cătreutilizatorii civili.

Din generația GNSS‐1 face parte în prezent EGNOS (European Geostationary Navigation OverlayService) care are ca scop principal să completeze performanțele sitemelor GPS şi GLONASS în ceea cepriveşte acuratețea şi integritatea datelor. Sistemul este conceput să folosească o infrastructură de lasuprafața Pământului, formată din peste 40 de stații dispuse majoritatea în Europa şi trei sateliți geosta‐ționari: Imarsat‐III Indian Ocean Region (IOR), Imarsat‐III Atlntic Ocean Region East (AOR‐E) şi satelitul detelecomunicații ESA Artemis. EGNOS va fi complet operațional în anul 2004 şi va asigura un serviciu

operațional de navigație pentru Europa.

7/21/2019 Curs10 Mtc


Obiectivele principale ale sistemului EGNOS sunt:‐ să transmită informații în timp real privind integritatea şi modul de funcționare (health) despre fiecaresatelit ai sistemelor GPS şi GLONASS. Această sarcină a fost denumită GNSS Integrity Channel (GIC);‐ să transmită semnale adiționale de măsurare, pentru a suplimenta semnalele GPS. Această sarcină a fostdenumită Ranging GIC (RGIC);‐ să transmită corecții diferențiale pentru ambele sisteme GPS şi GLONASS pentru a creşte acuratețeasemnalelor pentru utilizatorii civili;

EGNOS este un element cheie în startegia europeană pentru dezvoltarea GNSS, conceput să fieinteroperabil cu alte sisteme satelitare similare ca WAAS (Wide Area Augmentation System în SUA şiCanada) şi MTSAT‐Satellite‐Based Augmentation System în Japonia.

În prezent sistemul se află în faza a doua de elaborare denumită AOC în care se prevede:‐ dezvoltarea şi construirea diferitelor elemente ale sitemului;‐ integrarea şi verificarea componentelor sistemului;‐ trecerea în faza „initial operation”.

Faza finală FOC este prevăzută pentru sfârşitul anului 2004. Generația GNSS‐2 a fost definit ca„second generation satellit‐based system” destinat exclusiv utilizatorilor civili. Obiectivul major pentruGNSS‐2 este acela, că trebuie să fie compatibil cu sistemele „vechi” GPS, GLONASS, EGNOS, suplimentat cusegmente regionale şi o combinație de sateliți geostaționari şi nongeostaționar.

În 26 martie 2002 Consiliul Europei a decis în unanimitate lansarea Programului de Navigație Civilăprin Satelit: GALILEO. Acest sistem va fi primul sistem de poziționare şi navigație bazat pe satelițî orientatspre aplicații civile, el aflându‐se în prezent în faza de dezvoltare şi validare a sistemului. Se preconizează căsistemul va fi operațional în anul 2008.Parametrii care se pretind în prezent de la un sistem de navigație sunt:acurate ţ ea ( gradul de conformitate între poziția estimată şi poziția măsurată) descris de caracteristicile predictibilitate, repetabilitate şi relativitate;integritatea ‐ care se referă la capabilitatea sistemului de a transmite la timp atenționări către utilizatori,când sistemul nu este disponibil pentru navigație;disponibiltate – capabilitatea sistemului de a oferi servicii în zone de acoperire specificate;acoperire – definit ca aria unde sistemul de navigație oferă informații de poziție la un nivel de preciziescontat;continuitate – posibilitatea unui sistem ca după o perioadă de timp de funcționare incorectă, să revină lacondițiile de operabilitate impuse;încrederea – probabilitatea de a executa pentru o perioadă de timp dată funcții specifice sub anumitecondiții date;

Orice sistem GNSS conține în principiu trei segmente majore:

Segmentul spaţ ial – format dintr‐o constelație de sateliți, fiecare satelit emițând semnale RF modulate cucoduri şi mesaje de navigație. Ei sunt considerați purtători ai propriilor coordonate;Segmentul de control – format dintr‐o rețea de stații de control situată la sol utilizată la supraveghereasateliților şi actualizarea mesajelor de navigație ale sateliților;Segmentul utilizator ‐ format din totalitatea receptoarelor de radionavigație special dedicate pentrurecepția, decodarea şi procesarea codurilor şi a mesajelor de navigație;

Caracteristicile sitemelor

NAVSTAR-GPS GLONASS GALILEO

Îălțimea orbitelor 20200 km 19100 km 23616 kmÎnclinarea orbitelor 55° 64,8° 56°Timpul de revoluție 12 h 11 h 15 min 44 sec 14 h

Numărul sateliților 24 (în prezent 28) 24 30 (27+3)Frecvențapurtătoarelor

L1 = 1575,42 MHzL2 = 1227,60 MHz

L1=1602+k 0,5625 MHzL2=1246+k 0,4375MHz

E5a=1176,45 MHzE5b=1196,91 – 1207,14 MhzE6=1278.750 MHzE2‐L1‐E1= 1575,42 MHz

Modulația semnalelorL1= C/A, P/Y(1), DL2= P/Y(2), D

L1=C/A; P (P1)L2= P (P2)

Nu a fost încă definitivstabilită

Ceasurile din sateliți2 Rubidiu,2 Cesiu

3 Cesiu2 Rubidiu, 2 Maser cuHidrogen

Sistemul de timp Timpul GPS UTC (Moscova) GST (Galileo System Time)

Sitemul decoordonate

WGS‐84 PZ‐90ITRF (InternationalTerrestrial Referen‐ceSystem

7/21/2019 Curs10 Mtc


1. Proiectarea retelelor şi a măsuratorilor La proiectarea rețelelor şi a măsurătorilor trebuie avut în vedere ce metodă de poziționare este cea

mai adecvată. Pentru a putea face o clasificare a metodelor de măsurare, este necesară explicarea noțiunilorde "static" şi "cinematic".

La măsurătorile statice receptoarele sunt fixe în intervalul de timp afectat măsurătorilor ‐ denumiteşi “sesiuni de lucru”. Rezultatele sunt deduse ulterior din măsurători succesive efectuate de receptor laanumite intervale de timp prestabilite denimite "epoci de măsurare", de regulă comune tuturorreceptoarelor implicate într‐o sesiune de lucru.

La măsurătorile cinematice o parte din receptoare sunt în mişcare (rover), iar rezultatele suntobținute dintr‐o singură epocă, sau câteva epoci de măsurare în fiecare punct. Spre deosebire de metoda

statică trebuie să existe în permanență legătura continuă spre minimum patru sateliți din constealția inițială.Dacă se fac măsurători de fază asupra undelor purtătoare, trebuie cunoscute a priori din faza de inițializareşi ambiguitățile.

Planificarea unui proiect de măsurători GNSS pentru scopuri geodezice constă în alegerea uneimetode optime de măsurare, a instrumentație necesare, precum şi planificarea propriu zisă a observațiilor.

Planificarea se deoesebeşte esențial față de planificarea observațiilor geodezice clasice, întrucâtmăsurătorile cu sistemele GNSS pot fi executate practic pe orice vreme şi la orice oră din zi. În plus, nutrebuie să existe vizibilitate între punctele rețelei, se pretinde doar un orizont liber spre cer de la o elevațiede 15° în sus.

La planificarea observațiilor trebuie ținut cont de mai mulți factori: configurația sateliților; numărulşi tipul receptoarelor avute la dispoziție; aspecte economice.

Configurația rețelei joacă un rol mai mic în acest gen de măsurători, ea trebuind să fie luată în seamădoar când rețeaua trebuie legată la rețeaua națională.

2. Alegerea metodei de masurare Datorită preciziei ridicate care se cere în geodezie, nu intră în atenție decât metodele relative de

poziționare, cu ajutorul măsurătorilor de fază asupra undelor purtătoare. O trecere în revisță a metodelorde măsurare în poziționarea relativă este dată în tabelul de mai jos.

În practică este de multe ori avantajos, ca metodele de măsurare să fie combinate. De exemplumetoda statică poate fi utilizată pentru a determina unele puncte de referință în zona de lucru, care apoi săconstituie puncte de plecare pentru măsurătorile cinematice.

Metoda de măsurare Precizia CaracteristiciStatică ±0.1 ‐ ±1 ppm Durată mare a observațiilor (ore);

Lungimi ale bazelor practic nelimitate.Rapid‐static ±(5mm+1 ppm) Timp scurt pentru observație (minute);

Baze < 10 km;De preferință receptoare cu două frecvențe;Constelație satelitară foarte bună.

Cinematică ±3 ‐10 ppm Timp de observație foarte scurt (secunde)După inițializare este necesar un contact permanent spreminimum patru sateliți.

Pseudocinematică ±(5mm+1 ppm) Timp de observație redus (minute);Întreruperea semnalului de la satelit este nerelevantă;Este necesară reocuparea punctelor staționate.

3. Alegerea receptoarelor Pentru baze cu lungimi mai mici de 15 km şi în regiuni dispuse la o latitudine medie (cazul României)

sunt suficient de precise receptoarele care operează pe o singură frecvneță. Receptoarele care măsoară peambele frecvențe crează în timpul prelucrării datelor posibilitatea, să se facă combinații liniare întremăsurătorile de fază de pe ambele frevențe şi astfel diminuarea sau eliminarea efectului ionosferic. Numărulcanalelor unui receptor este de asemenea important, întrucât numărul sateliților observați concomitent într‐o stație depinde şi de numărul canalelor.

În general este bine ca la un proiect de măsurători GNSS să fie utilizate numai receptoare de acelaşitip. Este însă posibilă şi o combinare a receptoarelor, doar softul de prelucrare trebuie să permită trecereadatelor într‐un format unic ‐ RINEX (Receiver Independent Exchange Format). Pot conduce la o diminuare apreciziei şi utilizarea unor antene de tipuri diferite. Dacă antena nu este integrată în receptor, atunci şilungimea cablului antenă‐receptor are o oarecare importanță. Cablurile scurte sunt uşor de transportat şisemnalul are o putere mai mare. Cablurile lungi au însă avantajul unei mai mari flexibilități în teren. Unreceptor din generația actuală are 8 ‐ 12 canale, cântăreşte 4 ‐ 5 kg, puterea este de cca.10 W la o tensiune de12 V.

7/21/2019 Curs10 Mtc


4. Criterii pentru alegerea punctelor

Pentru alegerea punctelor ce urmează să fie staționate cu aparatură GPS trebuie respectateurmătoarele criterii:‐ să nu existe obstacole care să optureaze orizontul peste elevația de 15°, întrucât acestea pot diminuanumărul sateliților disponibili;‐ să nu existe suprafețe reflectorizante în apropierea antenelor, întrucât acestea pot conduce la efectul demultipath;‐ să nu existe instalații electrice de putere mare în apropierea stațiilor sau relee de emisie, acestea putândperturba, sau interfera cu semnalele satelitare;

‐ să fie uşor accesibile – de preferință cu maşina;‐ să fie ferit de distrugere.

În timpul recunoaşterii terenului toate punctele GPS trebuie verificate după criteriilor enunțate maisus. În cazul în care există obstacole care împiedică efectuarea observațiilor trebuie stabilite stații excentrice,sau antenele se vor monta pe stâlpi înalți. La recunoaşterea terenului se vor stabili în detaliu şi drumurile deacces la punct, precum şi timpul de deplasare la punct, pentru a putea ține seama de aceasta în planificareaobservațiilor. Deosebit de dificilă este recunoaşterea terenului când se fac măsurători prin metodacinematică, întrucât trebuie stabilite traseele pe care se vor deplasa receptoarele mobile. Tot in timpulrecunoaşterii punctelor, sunt întocmite fişe de recunoaştere pentru fiecare punct recunoscut.Planificarea observatiilor

Aceasta se realizează cu programe speciale cunoscute sub denumirea “Mission Planning” livrate defirmele constructoare impreună cu softurile de prelucrare.

După definirea şi deschiderea unui proeict de observații GNSS, se includ punctele cu pozițiile lorgeografice în proiect, şi se întocmesc pentru fiecare punct schițe cu obstrucțiile care opturează orizontulpeste o elevație de 15°.

Prima fază în proiectare prevede alegerea unei perioade optime pentru efectuarea măsurătorilor,care se va subdivide în sesiuni de lucru. Proiectarea observațiilor constă în alegerea unei ferestre de lucruoptime, caracterizată printr‐un număr suficient de mare de sateliți vizibili, şi o valoare PDOP cât se poate demică (între 1 şi 5) şi susținută prin reprezentări grafice şi tabele. Aceste reprezentări se bazează în esență pecalcularea azimutului şi elevației pentru fiecare satelit în funcție de timpul şi locul unde se fac observațiile.De menționat, că studiul constelației satelitare şi a valorilor PDOP trebuie realizat pentru întregul grup depuncte care va fi staționat într‐o sesiune. În proiectare poziția punctelor terbuie cunoscută doar cu preciziede km.

Un alt criteriu care poate fi luat în considerare la alegerea ferestrei de lucru, este influența refracțieiionosferice, care noaptea este mult mai redusă decât ziua.

La stabilirea sesiunilor de lucru în poziționarea relativă trebuie luați în considerare 4 factori:‐lungimea bazei; numărul sateliților vizibili; geometria constealției satelitare (PDOP); raportulsemnal/zgomot pentru semnalul satelitar

Unele valori informative pentru durata sesiunilor de lucru, când se doreşte o precizie ridicată suntdate în tabelul de mai jos.

Datele se referă la receptoarele GPS cu o singură frecvență, la care o rezolvare rapidă şi corectă aambiguităților este posibilă numai în cazuri speciale. Pentru valorile de mai sus s‐a considerat că se observăminimum 4 sateliți şi că există codiții ionosferice normale.

Lungimea bazei (km) Durata sesiunii (minute)

0 – 1 10 – 301 – 5 30 – 605 – 10 60 – 90

10 ‐ 15 90 – 120 Duarata sesiunilor se dimensionează în funcție de precizia care se doreşte să fie atinsă, dar nutrebuie omis nici factorul economic. Foarte importantă este şi dimensionarea justă şi otimă a timpului dintresesiuni, când receptoarele sunt reinstalate în alte puncte ale rețelei. De asemenea trebuie prevăzut cel puținun punct de legătură între sesiuni, pentru a putea reduce rezultatele la cel puțin un punct de referință, caresă asigure interconectarea bazelor GPS din diferoiitele sesiuni.

A doua fază a planificării pentru observații statice se referă la distribuirea receptoarelor la echipe şiprogramarea punctelor pentru fiecare echipă. De regulă se întocmeşte un tabel, în care se prevede ce echipă,în ce sesiune trebuie să staționeze într‐un punct.

Numărul minim de sesiuni s într‐o rețea cu p puncte şi la folosirea a r receptoare se determină cu

relația:nr

nps

, unde n reprezintă numărul punctelor de legătură între sesiuni. Relația are sens numai

7/21/2019 Curs10 Mtc


pentru 1n şi nr .Dacă raportul nu oferă un număr întreg, se va rotunji valoarea raportului în plus la valoarea întreagă.Dacă pentru control fiecare punct dorim să‐l staționăm de m ori, atunci numărul sesiunilor se va

calcula cu relația:r

pms

Numărul stațiilor (a punctelor) redundante cu respectarea numărului minim de puncte de legăturăn=1 este dat de relația: )1s(prspr

Sesiunile trebuie astfel alese, ca să existe contact spre minimum 4 sateliți comuni la o elevație depeste 15° în toate punctele incluse într‐o sesiune, iar factorul PDOP să nu fie mai mare de 6 pentru întreaga

durată de măsurare. Aceste aspecte pot fi luate toate în calcul în cadrul softurilor pentru planificareasesiunilor GPS.

În timpul lucrărilor de teren trebuie asigurate următoarele:‐ centrarea corectă a antenei pe punctul de stație;‐ măsurarea înălțimii antenei;‐ conectarea corectă a cablurilor la antenă şi receptor, respectiv receptor şi controler;‐ punerea în funcțiune a receptroului la momentul prestabilit în programul sesiunilor;‐ setarea corectă a modului de lucru;‐ urmărirea periodică a modului de înregistrarea a datelor;‐ completarea carnetului de teren.Efectuarea masuratorilor

Prin măsurători simultane spre aceiaşi sateliți în două puncte staționate cu echipamente GNSS, sepoate determina vectorul bazei între cele două stații, acesta fiind definit prin coordonatele realtive ΔX, ΔY şiΔZ în sistemul de coordonate ale sistemului satelitar. Coordonatele unuia dintre punctele staționate suntținute de regulă fixe, o eroare de 20 m în pozitionarea absolută a punctului de referință, afectând doar cu 1ppm factorul de scară al rețelei. Coordonatele celui de al doilea punct sunt apoi determinate funcție decoordonatele punctului care au fost ținute fixe. În cazul interconectării mai multor baze într‐o rețea, numaiun singur punct al rețelei va fi considerat de referință, deci cu coordonate absolute fixe. Excepție fac situațiilecând sunt stațioante puncte incluse în rețele GPS fundamentale, a căror poziționare absolută este foarte binecunoscută şi în care coordonatele acestor puncte sunt tratate ca puncte vechi în prelucrare.

Precizia metodei relative de poziționare este mult mai ridicată față de poziționarea unui punctsingular. La determinarea relativă a poziției punctelor, componentele vectorului bază sunt determinate dupăfinalizarea măsurătorilor, în cadrul procesării la birou a datelor. Pentru o poziționare relativă în timp real,este nevoie de un sistem de transmisie a datelor spre una dintre stații, unde are loc procesarea datelorconcomitent cu desfăşurarea măsurătorilor.

Preciziile care sunt cerute în aplicațiile geodezice, sunt atinse astăzi numai prin metodele relative depoziționare, efectuându‐se măsurători de fază asupra undelor purtătoare. Raționamentele prezentate pentrudouă receptoare, pot fi extrapolate fără restricție la folosirea mai multori receptoare, cu mențiunea, că unadintre stații va prelua funcția de stație de referință, față de care se determină apoi pozițiile relative alecelorlalte stații.

5.

Metoda statica de masurare La această metodă receptoarele din stația de referință şi din stațiile noi sunt staționare pe parcursul

unei sesiuni de lucru. Pentru a putea rezolva problema ambiguităților de la măsurătorile de fază cu undapurtătoare, este nevoie de un timp îndelungat de observație. Durata unei sesiuni depinde de lungimea bazeicare se măsoară, de numărul sateliților recepționați şi de geometria constealției satelitare, ea putând variapentru o bază de 1 ‐ 15 km între 30 minute până la 2 ore.

Ca o estimare empirică a preciziei în măsurătorile realtive, se poate considera ± 5 mm (3mm) +1

ppm din lungimea bazei. Această metodă este metoda principală pentru crearea rețeleor geodezice desprijin.

O reducere substanțială a duratei sesiunilor de lucru, la 5 ‐ 20 minute pentru o sesiune, este atinsăcu metoda "Rapid-static", fiind folosite unele proceduri modificate pentru estimarea ambiguităților. Metodaoferă rezultate foarte bune la determinări de baze scurte (maxim 5 ‐ 10 km), cu constelații satelitare foartebune şi cu receptoare care măsoară pe ambele frecvențe. Precizia potențială este estimată la (± 5 mm + 1ppm). Metoda este des utilizată la îndesirea rețeleor de sprijin şi în reperajul fotogrametric.

6.

Metoda cinematica de masurare Procedeul cinematic de măsurare este o metodă de determinarea pozițiilor punctelor cu timp foarte

scurt de observație în fiecare punct. La începutul măsurătorilor este necesară determinarea ambiguitățilorpentru măsurătorile de fază cu undele purtătoare care se realizează in faza de inițializare a măsurătorilor.

După inițializare unul dintre receptoare rămâne fix, iar celelalte sunt mobile, fiind deplasate prin

7/21/2019 Curs10 Mtc


punctele noi, cu condiția să fie asigurat în permanență contactul spre minimum patru sateliți pe care s‐afăcut inițializarea. Dacă contactul cu sateliții s‐a întrerupt este necesară o nouă procedura de inițializare.

Mişcarea receptoarelor se poate face continuu, sau pentru sporirea preciziei se staționează operioadă foarte scurtă în punctele noi. În această situație metoda mai este cunoscută sub denumirea de "stopand go". Preciziile care se obțin cu această metodă, se situează în domeniul centimetric.

7.

Metoda pseudocinematica de masurare Această metodă mai este cunoscută sub denumirea "re‐occupation" (reocupare). Receptorul din

stația de referință rămâne fix, iar receptorul mobil este transportat la punctele noi care sunt staționatepentru o perioadă de 3 ‐ 5 minute. După minimum o oră (constelație satelitară schimbată), punctele sunt

restaționate pentru 3 ‐ 5 minute. În timpul transportului receptorul mobil nu trebuie să rămână în contact cusateliții recepționați, el putând fi în principiu chiar oprit. Precizia metodei este echivalentă cu cea de lametoda rapid‐static.

8. Surse de erori şi precizii în poziţ ionarea cu GNSS Sistemele GNSS au fost conceput ca sisteme de navigație. În acest domeniu de aplicare interesează în

mod deosebit poziționarea în timp real cu măsurarea şi prelucrarea pseudodistanțelor. Pentru aceastăsituație, se poate face relativ uşor aprecieri asupra preciziei potențiale de poziționare.

Determinarea coordonatelor din prelucrarea măsurătorilor de fază pe undele purtătoarelor este unproces mult mai complex şi estimarea preciziei devine foarte complicată. Există însă numeroase cercetări şiexperiențe în acest domeniu, care pot conduce la unele concluzii generalizatoare.

Eroarea totală a unei pseudodistanțe se compune din erori individuale, care pot fi atribuiteurmătoarelor cauze:‐ Erori datorate segmentului spațial;‐ Erori datorate propagării semnalului;‐ Erori datorate receptoarelor.

Efectul acestor erori individuale produc o eroare, care se răsfrânge diferențiat asupra distanțeisatelit‐receptor, funcție de constelația satelitară. Eroarea totală pentru o soluție de navigație poate fiestimată, prin multiplicarea erorii distanței cu factorul DOP.Integrarea retelelor create prin masuratori satelitare în retele geodezice existente

Ca rezultate al măsurătorilor şi prelucrării observațiilor satelitare dispunemde de următoarele date:‐ coordonate elipsoidale (B, L, h);‐ coordonate cartezien geocentrice (X, Y, Z);

În continuare se vor face referiri concrete la sistemul NAVSTAR GPS, a cărui datum geodezic estesistemul WGS‐84, fiind cel mai frecvent folosit la noi în țară

În situația concretă pentru țara noastră, printre punctele rețelei determinate prin observații GNSS

există şi puncte cunoscute din rețeaua geodezică de stat, care sunt staționate cu scopul de a facilitatransformarea coordonatelor punctelor noi în sistemul național. Se recomandă ca dispunerea punctelorcomune ambelor sisteme, să acopere cât mai bine întreaga zonă a rețelei noi. Transformările posibile depindîn principal de informațiile de care dispunem pentru punctele comune. Din acest punct de vedere putemavea cunoscute de:‐ puncte a căror poziție tridimensională este cunoscută;‐ puncte a căror poziție planimetrică este cunoscută;‐ puncte a căror poziție altimetrică este cunoscută.9. Transformarea tridimensionala

Se presupune că pentru punctele comune dispunem de coordonatele:XGPS = (X, Y, Z)GPS coordonate în sistemul WGS‐84,(x, y)LOC coordonate plane din sistemul național de proiecție;hLOC altitudini elipsoidale obținute din altitudini normale la care s‐a aplicat ondulația geoidului;a) Din coordonatele plane (x, y)LOC se calculează coordonatele elipsoidale pe elipsoidul local (B, L)LOC folosind relațiile cunoscute din cartografia matematică;b) Din coordonatele elipsoidale (B, L, h)LOC se calculează coordonate carteziene tridimensionale (X, Y, Z)LOC

cu relațiile:

sinBh]+ N)e-[(1

sinLcosBh)(N+

cosLcosBh)(N+

=

Z

Y

X

= X

2P

P

P

P unde:

N-cosB

Y+X=h

a

b-a=e

Bsine-1

a= N

22

2

222

22

7/21/2019 Curs10 Mtc


c) În urma acestor calcule se dispune pentru punctele comune de:‐ coordonatele XGPS = (X, Y, Z)GPS ;‐ coordonatele XLOC = (X, Y, Z)LOC .

Cu aceste coordonate se realizează o transformare tridimensională conform relațiilor cunoscute:GPS

0LOC XR )m1(XX (1)

unde: X0 ‐ vectorul de poziție dintre originile celor două sisteme; m ‐ factorul de scară; R ‐ matriceortogonală şi ortonormală cu proprietatea R‐1 = RT

1-1-

-1

= R

X Y

XZ

Y Z

unde: εx, εY, εZ ‐ unghiurile de rotație euleriene.Pentru transformare avem nevoie de 7 parametrii: trei translații X0, Y0, Z0; trei rotații εX, εY, εZ;

factorul de scară m, care se calculează pe baza punctelor comune ambelor sisteme.În situația când se dispune de minimum 3 puncte comune, problema se reduce la un calcul tipic de

compensare prin metoda măsurătorilor indirecte:x A vl

unde: l ‐ tremenul liber ca diferență a coordonatelor celor două sisteme; v ‐ vectorul corecțiilor; A‐ matriceade configurație; x ‐ vectorul parametrilor cu cei 7 parametri de transformare.

Z

Y

X

0

0

0

mmm

mmm

mmm

111

111

111

m

GPS

m

LOC

m

GPS

m

LOC

m

GPS

m

LOC

1

GPS

1

LOC

1

GPS

1

LOC

1

GPS

1

LOC

m

m

m

1

1

1

m

Z

Y

X

0 X Y - . Z . 1 0 0

X 0 Z . Y . 0 1 0

Y Z- 0 . X . 0 0 1

. . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . . .

0 X Y . Z . 1 0 0

X 0 Z . Y . 0 1 0

Y Z 0 . X . 0 0 1

=

Z-Z

Y - Y

X-X

.

.

.

Z-Z

Y - Y

X-X

=

Z

Y

X

.

.

.

Z

Y

X

cu: m ≥ 3 puncte comune.

d) Transformarea coordonatelor punctelor noi determinate numai din măsurători GPS se va realiza încontinuare pe baza celor 7 parametrii X0, Y0, Z0 , m, εx, εy, εz cu relația de transformare (1).e) Din coordonate carteziene (X, Y, Z,)LOC pentru punctele noi se calculează coordonatele elipsoidale (B, L,

h)LOC , cu relațiile:

NBcos

Y Xh

X

Y Ltan

hN

Ne1

Y X

ZBtan

22

1

2

22

f) Din coordonatele elipsoidale determinate (B, L)LOC , prin relații de transformare, se va face transformareade pe elipsoid în palnul de proiecție, obținându‐se coordonatele plane (x, y) LOC , iar din altitudinileelipsoidale prin folosirea unui model pentru geoid se vor determina altitudinile normale.

Pentru poziția planimterică a punctelor şi în zone restrânse ca întindere este suficient ca acestealtitudini să fie cunoscute aproximativ, ele neinfluențând semnificativ rezultatul.

9. Transformarea bidimensionala Pentru punctele comune sunt cunoscute:

‐ coordonatele (X, Y, Z)GPS şi‐ coordonatele plane (x, y)LOC, fără altitudinile elipsoidale h.

Căutate sunt coordonatele (x, y)LOC în planul de proiecție pentru toate punctele noi determinate prinmăsurători GPS. Rezolvarea poate fi obținută prin parcurgerea următoarelor etape:a) Se aplică coordonatelor GPS corecțiile X0, Y0, Z0 (translația dintre originile celor două sisteme), caretrebuie cunoscute doar cu o precizie de zeci de metri. Valorile se obțin de regulă de la fondurile geodezicenaționale. La rețele de întindere mare, neaplicarea acestor corecții conduce la unele deformații ale rețelei;

7/21/2019 Curs10 Mtc


b) Din coordonatele carteziene tridimensionale corectate se vor calcula coordonatele elipsoidale (B, L, h) GPS;c) Coordonatele elipsoidale (B, L)GPS se transformă în planul de proiecție dorit, folosindu‐se în acest scoprelațiile de transcalcul cunoscute din cartografia matematică;d) Pentru punctele comune se dispune acum de coordonatele plane transformate (x, y)GPS şi coordonatelelocale (x, y)LOC (coordonate în sistemul național de proiecție ‐ STERO 70), cu care se pot calcula parametrii detranscalcul pentru o transformare ortogonală plană (transformare Helmert).

În esență relația de trensformare îşi păstrează valabilitatea, doar vecorii XLOC, XGPS vor conținecoordonatele plane (x, y)LOC, GPS, iar matricea de rotație va lua forma:

cossin

sin-cos =R

Fiecare punct de coordonate duble va conduce deci la două ecuații de forma:

cosmysinmxyy

sinmycosmxxxGPSGPS

0

LOC

GPSGPS0

LOC

Pentru asiguarea unui transcalcul corect, va terbui să dispunem de minimum 3 puncte comune, deşiproblema este rezolvabilă matematic cu doar 2 puncte.e) Cu parametrii de transformare determinați, se transcalculează toate punctele noi, pentru care se cunosc(x, y)GPS conform relațiilor (4.56).10. Transformarea unidimensionala (1D) cu puncte de altitudini cunoscute

Din măsurători GPS se obțin altitudini elipsoidale, raportate la elipsoidul WGS‐84. Calitatea acestoraltitudini, în cazul unor prelucrări adecvate, se situează în zone de întindere relativ scăzute în domeniul

milimetric. Dacă prelucrarea datelor GPS se bazează exclusiv pe efemeridele transmise, atunci rezultatelepot fi denaturate de ordinul metrilor. Acest lucru însemană că întreaga conexiune de puncte dintr‐o rețeaeste translatată pe elipsoidul de referință cu cîțiva metri. Diferențele de nivel elipsoidale între puncteledintr‐o rețea rămân însă în mare măsură neafectate, ele păstrându‐şi aproape în întregime gradul deprecizie, care este de ordinul milimetrilor.

În vederea unei integrări altimetrice presupunem, că pentru punctele comune sunt cunoscutecoordonatele carteziene (X,Y,Z)GPS respectiv (B, L, h)GPS rezultate din compensarea măsurătorilor GPS şialtitudinile ortometrice H (normal‐ortometrice) ale acestora. Din aceste date se determină parametrii detransformare, care să permită trecerea de la altitudinile elipsoidale generate de măsurătorile GPS laaltitudini ortometrice (normal‐ortometrice) pentru punctele noi.Cu datele disponibile se pot determina trei parametrii ale unei transformări unidimensionale conformrelației: 12i1iii vdxdyhhH

unde s‐a renunțat la introducerea unui factor de scară propriu. Ca necunoscute apar aici translațiile întrecele două sisteme de altitudini Δh şi cele două unghiuri mici de rotație dα1 şi dα2, care reprezintă rotații înjurul axelor de coordonate ale sistemului în care este definită poziția planimetrică a punctelor de nivelment.Cu xi şi yi au fost notate coordonatele plane ale punctelor de altitudini cunoscute, care pot fi citite şi grafic depe o hartă sau pot fi determinate din coordonatele GPS în urma unei transformări 2D.

Din punct de vedere geometric translația Δh poate fi privită ca valoarea negativă a ondulațieigeoidului în originea sistemului de coordonate, iar unghiurile de rotație dα1 şi dα2 ca unghiuri de basculareîn jurul axelor de coordonate, reprezentând variația ondulației geoidului în lungul axelor de coordonate.

Fiecare reper de nivelment staționat şi cu echipamente GPS oferă câte o ecuație, fiind necesareminimum 3 puncte comune pentru rezolvarea problemei. Dacă n > 3 sistemul devine supradeterminat şi estenevoie de introducerea unor corecții, iar rezolvarea sistemului va avea loc prin prin calcule de compensare.

i2i1iii vdxdyhhH sau: ii2i1ii Hhdxdyhv

Cu cei trei parametrii de transformare calculați se pot transforma altitudinile elipsoidale ale

punctelor noi în altitudini ortometrice.Prin acest mod de abordare a transformării altitudinilor, nu este necesar să fie cunoscută ondulația

geoidului. Ondulația geoidului în punctele noi se obține aici printr‐o interpolare liniară. Dacă în zonadeterminărilor există variații mari ale ondulației geoidului, şi dacă se dispune de mai mult de trei reperi denivelment, se pot accepta polinoame pentru descrierea unor suprafațe de interpolare de ordin superior.

Dacă considerăm relația generală: NHh NNGPS atunci suprafața de referință pentru altitudini, şi cu aceasta ondulația N, poate fi descrisă ca o funcțiedependentă de poziția punctelor N= N(x,y),

.......xIxyHxyGyF

xExyDyCxBy A K N

3223

22)y,x(

7/21/2019 Curs10 Mtc


Parametrii x,y reprezintă coordonatele plane ale punctelor, care pot fi extrase şi de pe o hartă. Dacăse face reducerea coordonatelor la centrul de greutate al rețelei, atunci parametrul K reprezintă deplasareaparalelă în acel punct dintre suprafața elipsoidului şi suprafața de referință a altitudinilor, iar coeficienții A şiB diferența înclinării dintre planurilor tangente la elipsoid în acel punct şi suprafața de referință, pe celedouă direcții ale axelor de coordonate. Dacă ne rezumăm numai la aceşti termeni, atunci se consideră că celedouă suprafețe au aceeaşi curbură, dar sunt înclinate una față de cealaltă. Dacă se acceptă, că suprafețele aucurburi diferite însă constante şi sunt înclinate una față de cealaltă, atunci diferența de curbură poate fimodelată prin atragerea termenilor de ordinul II cu coeficienții C,D, şi E.

Prin aceasta s‐a realizat o integrare geometrică între două siteme de altitudini, semnificația fizică aondulației geoidului rămănând în această situație neglijată. În multe aplicații practice soluțiile care se obțin,

pot fi acceptate ca bune, însă în studii geodinamice soluțiile trebuie privite cu o anumită rezervă.

curs10 mtc

Documents