Ugrás a tartalomhoz

Műholdas helymeghatározás 1., A GNSS-ről általában

Dr. Busics György (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

1.6 A GNSS feldolgozó szoftverekről

1.6 A GNSS feldolgozó szoftverekről

A GNSS mérés automatikus folyamat, szükséges tehát, hogy a feldolgozás is automatizált legyen. A nyers adatok kinyerése is bonyolult szoftvert igényel, de a további feldolgozási folyamat, ami irányulhat abszolút vagy relatív helymeghatározásra, nemkülönben. Az utóbbi két évtizedben a GNSS technika alkalmazásában végbement fejlődés egyrészt az infrastruktúra fejlődésének, másrészt a szoftverfejlesztésnek köszönhető. A szoftverfejlesztés mögött új matematikai modellek, új ötletek, új koncepciók és elméletek találhatók – ilyen módon is kapcsolódik egymáshoz a helymeghatározás elmélete és gyakorlata.

A GNSS szoftverek csoportosítási lehetőségei:

Telepítés (működés) eszköze (helye) szerint:

  • GNSS vevőbe épített (firmware)

  • vezérlő egységbe (kontrollerbe) épített

  • számítógépre telepített (utófeldolgozó)

  • permanens állomást vezérlő szoftver

  • hálózatos RTK központ vezérlő szoftvere

Célja (pontossága) szerint:

  • navigációs (10 méteres, csak kódmérést használó)

  • térinformatikai (méteres, elsősorban kódmérésen alapuló)

  • geodéziai (centiméteres, fázismérést is használó)

A helymeghatározás elve szerint:

  • abszolút (SPP, PPP, PPP-RTK)

  • relatív (vektorfeldolgozáson alapuló)

Az alkalmazás helyszíne szerint:

  • on-line (távoli számítógépen futtatott)

  • off-line (felhasználói gépen futtatott)

Igényessége (felhasználási területe) szerint:

  • tudományos (Bernese)

  • kereskedelmi (Leica Geomatics, Trimble Geomatics Office)

A következőkben a geodéziai pontosságot biztosító, vektorfeldolgozáson alapuló, utófeldolgozó szoftverekkel foglalkozunk. Minden műszerforgalmazó a műszerhez feldolgozó ún. kereskedelmi szoftvert is ajánl, ami a szokásos, mérnöki feladatok megoldását szolgálja. Az ún. tudományos szoftverek a GNSS hibaforrások modellezésére, minden körülmény részletes figyelembevételére szolgálnak.

1-1. Szoftverek összehasonlítása. táblázat -

kereskedelmi

tudományos

Felhasználóbarát, könnyen elsajátítható

Használata képzettséget igényel (sok paraméter)

Mindennapos gyakorlati feladatokhoz

Tudományos, speciális, szabatos feladatokhoz

Forráskódja nem elérhető („fekete doboz”)

Forráskódja hozzáférhető, továbbfejleszthető

Gyártóhoz (vevőtípushoz) kötött

Vevő-független (RINEX-en keresztül)


A szoftverek részeként vagy különálló programként (ingyenesen) ún. tervező modulok segítik a méréskor várható konstelláció előzetes megismerését. A GNSS tervező programok kiinduló adatai:

  • Közelítő (durva) pályaadatok (almanach fájl)

  • Álláspont földrajzi koordinátái

  • Mérés dátuma, időtartama (helyi időben, időzóna)

  • Kitakarási ábra (szükség szerint a vektor mindkét végpontjáról)

A közelítő pályaadatok a mérési adatok mellett automatikusan tárolódnak (tehát rendelkezésünkre állnak, ha beolvastunk már mérési fájlt), de a friss almanach adatokat az Internetről is letölthetjük különböző formátumokban. Az álláspont koordinátáira csak közelítéssel van szükség, ezeket általában világtérképről is kiválaszthatjuk. Két eset lehetséges, amikor az időpontot adjuk meg: egy múltbeli állapotot akarunk rekonstruálni, vagy egy jövőbeni helyzetre vagyunk kíváncsiak. Arra kell ügyelnünk, hogy a kívánt időpontban érvényes almanach-fájl legyen kiválasztva. A kitakarási ábrát a két szögérték (azimut, magassági szög) beírásával vagy kijelöléssel adhatjuk meg. Rajzi és/vagy táblázatos formában a következő eredmény-fájlt választhatjuk:

  • Műholdak láthatósága

  • Holdkelte/holdnyugta - idő grafikon

  • Darabszám - idő grafikon

  • Sky plot (azimut - magassági szög poláris ábra)

  • Műhold geometria (DOP értékek)

  • Az előző eredmények a kitakarás figyelembevételével

Az utófeldolgozó szoftverek fő moduljai, funkciói a következők:

  • Munkaterületek kezelése

  • Adatbázisok kezelése (adat import, export)

  • Antenna-típusok kezelése

  • Vonatkoztatási rendszerek kezelése

  • Vektor-összetevők számítása

  • Térbeli hálózat kiegyenlítése

  • Átszámítás helyi rendszerbe

Az azonos földrajzi területen, azonos időben mért összetartozó mérések, azaz a munkaterületek kezelése más szoftverekhez hasonló módon történik: létrehozás, tárolás, másolás, törlés a fő funkciók. A munkaterülethez időzóna, vonatkoztatási rendszer, hibahatár rendelhető hozzá.

Az adatok behívása és az eredmények kivitele szintén alapvető adatmenedzselési funkció. Importálható: nyers mérési adat, RINEX adat (ez nem minden esetben támogatott), precíz pályaadat, adott pontok listája, kódlista, térkép stb. Exportálható: RINEX adat, koordináta-lista szöveges és térképi formátumban, a feldolgozás paramétereit, eredményeit tartalmazó naplófájl.

A kereskedelmi szoftverek általában csak a saját antennatípust ismerik fel, az idegen típust azonban külön kell definiálni. Ilyenkor a fáziscentrum értékeket kell megadni az antenna referenciaponthoz viszonyítva (esetleg azok változását is a térbeli irány függvényében). Ha permanens állomás adatait használjuk, tájékozódnunk kell, hogy a mérési adatok az antenna melyik pontjára vonatkoznak.

Minden GNSS feldolgozó szoftverben alapértelmezett a WGS84 vonatkoztatási rendszer, amelyben a koordináták kétféle módon, térbeli derékszögű vagy ellipszoidi földrajzi formában jeleníthetők meg, ezek egyenértékűek. A helyi vonatkoztatási rendszerek definiálásához azok alapfelületét, vetületét, geoid modelljét, a különböző transzformációs modelleket és azok paramétereit kell tudni kezelni. A transzformációs paraméterek rendszerint hozzárendelhetők egy munkaterülethez, majd ezt követően az adatok tárolhatók a helyi rendszerben.

Az érdemi számítási modulok bemenő és kimenő adatait táblázatosan foglaljuk össze. A számítás folyamata három lépésre különíthető el. Először a nyers mérési adatokból térbeli vektorokat kell számítani, különböző számítási paraméterek megadása mellett. Ezt követi a végleges térbeli koordináták előállítása (legegyszerűbb esetben a referenciaponthoz való összeadással). Végül transzformációval a helyi vonatkoztatási rendszerben kapjuk meg a végleges eredményt.

1-2. A feldolgozás alapadatai az egyes számítási modulokban. táblázat -

Bemenő adat

Kimenő adat

1.

Térbeli vektorok számítása

P, ϕ

Kódtávolság, fázistávolság

ΔX, ΔY, ΔZ

Vektorösszetevők, kovariancia-mátrix

2.

Térbeli koordináták számítása

ΔX, ΔY, ΔZ

X, Y, Z

Geocentrikus térbeli koordináták, pontosság

3.

Helyi koordináták számítása

X, Y, Z

y, x, (H)

Helyi vízszintes koordináták, magasság


A továbbiakban a Trimble Geomatics Office (TGO) és a Leica GEO Office (LGO) egyes moduljainak elnevezését mutatjuk be.

1-3. A TGO és LGO modul elnevezéseinek összehasonlítása. táblázat -

Modul neve magyarul

Modul neve angolul

(TGO)

LGO

Tervezés

Planning

Planning (Quick Plan)

Satellite Availability

(Survey design)

Adatátvitel

Data transfer

Import-export

Tools/Import-export

Adatfeldolgozás/ vektor-feldolgozás

Data processing

Process GPS baseline

Data processing

Térbeli hálózat

kiegyenlítése

Network computation

Adjustment

Adjustment

Transzformációk

Datum and coordinate transformation

GPS Site calibration

Datum/Map

Adatbázis kezelés

Data base management

Project

CAD

Management/ Projects

Dokumentálás

Utilities

Report

Report


1-16. ábra. Két kereskedelmi szoftver bejelentkező képernyő-képe

A relatív GNSS feldolgozás számítási lépéseinek összefoglalása:

  • Új projekt létrehozása (beállítások, vonatkoztatási rendszer)

  • Mérések beolvasása

  • Számítandó vektorok kijelölése, számítás paramétereinek beállítása

  • Vektorszámítás (előtte: poligonzárás, ellenőrzés)

  • Térbeli kiegyenlítés

  • Transzformáció

  • Dokumentálás (naplófájlok, vázlatok), adatmentés (listák)