Model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych · Wprowadzenie Opracowanie NRT GNSS ZTD...

WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD

Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie

Model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych

Jarosław BOSY (1) Witold ROHM (1,2) Jan KAPŁON (1) Jan SIERNY(1)Tomasz HADAŚ (1) Karina WILGAN (1) Krzysztof KROSZCZYŃSKI (3)

(1) Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu(2) Royal Melbourne Institute of Technology, Australia

(3) Wojskowa Akademia Techniczna

II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 1/31

Motywacja GNSSMotywacja meteorologicznaSystem wspomagania naziemnego GBAS: ASG-EUPOSMetodologia

Motywacja GNSS

Motywacja meteorologiczna

Meteorologia GNSS jest to zdalne sondowanie atmosfery wwykorzystaniem sygnałów GNSS. Ciągłe obserwacje z odbiorników GNSSstanowią doskonałe narzędzie do badania atmosfery ziemskiej.

Istnieje wiele zastosowań meteorologii GNSS :

Klimatologia - duża ilość jednolitych stacji, równomiernierozłożonych, 15 latnie ciągi obserwacyjne.

Meteorologia synoptyczna - Opóżnienia troposferyczne jakododatkowe dane dla modeli NWP.

Nowcasting - Opóżnienia troposferyczne jest standardowymproduktem czasu rzeczywistego używanym jako syntetyczny miernikstanu atmosfery.

4D Monitorowanie 4D - Opóżnienie troposferyczne jestwykorzystywane do budowy modelu tomografii celem opisuprzestrzennych i czasowych właściwości troposfery nad sieciąodbiorników GNSS.

GBAS - Active GeodeticNetwork ASG-EUPOS

ASG-EUPOS - 2012:

78 Polskie stacjereferencyjne GPS;

22 Polskie stacjereferencyjneGPS/GLONASS;

22 Zagraniczne stacjereferencyjneEUPOS;

15 Polskie stacjereferencyjnewłączone do sieciEUREF PermanentNetwork.

ASG-EUPOS - 2012:

Project: Budowa modułów wspomagania serwisów czasu rzeczywistegosystemu ASG-EUPOS

Metodologia

MetodologiaGNSSWyniki

Przetwarzanie danych GNSS

Wynik (1): SINEX troposferyczny%=TRO 0.01 IGG 12:115:81494 ITR 12:115:68400 12:115:72000 P MIX*-------------------------------------------------------------------------------+FILE/REFERENCE*INFO_TYPE_________ INFO________________________________________________________DESCRIPTION Wroclaw University of Environmental and Life Sciences/IGGOUTPUT NRT Hourly SINEX and Troposphere SINEXCONTACT Jan Kaplon ([email protected])SOFTWARE Bernese GPS Software Version 5.0HARDWARE 80 cores Intel(R) Xeon E7-4870 @ 2.4GHz, Debian 6.0.4INPUT IGS/EPN/ASG-EUPOS GNSS tracking data-FILE/REFERENCE*-------------------------------------------------------------------------------+TROP/DESCRIPTION*_________KEYWORD_____________ __VALUE(S)_______________________________________ELEVATION CUTOFF ANGLE 5SAMPLING INTERVAL 30SAMPLING TROP 3600TROP MAPPING FUNCTION WET NIELLSOLUTION_FIELDS_1 TROTOT STDDEV-TROP/DESCRIPTION*-------------------------------------------------------------------------------+TROP/STA_COORDINATES*SITE PT SOLN T __STA_X_____ __STA_Y_____ __STA_Z_____ SYSTEM REMRKBAIA A 1 P 3945839.793 1720428.324 4691082.807 ITRF08 IGG... ... ... ... ... ...WROC A 1 P 3835751.214 1177250.080 4941605.366 ITRF08 IGG-TROP/STA_COORDINATES*-------------------------------------------------------------------------------+TROP/SOLUTION*SITE ____EPOCH___ TROTOT STDDEVBAIA 12:115:70200 2348.6 1.4... ... ... ...WROC 12:115:70200 2337.8 1.0-TROP/SOLUTION%=ENDTRO

Wynik (2): Przykładowe mapy ZTD, dzień 311, rok 2011

Porównanie NRT ZTD’s z rozwiązaniami rapid MUT-AC*

* MUT-AC: Military University of Technology - Analysis Center (WAT)

MetodologiaInput dataPrzetwarzanie danych meteorologicznych

Dostępne dane meteorologiczne - 1

Bosy J., Rohm W., Borkowski A., Figurski M. and Kroszczyński K. Integration and verification of

meteorological observations and NWP model data for the local GNSS tomography. Atmospheric

Research, Vol. 96, 2010, pp. 522-530. DOI: 10.1016/j.atmosres.2009.12.012

Przetwarzanie danych meteorologicznych

Przykłady interpolacji parametrów meteorologicznych

Porównania

Wyniki

Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS

NRT ZTD - porównanie z wynikami MUT

PPP strategia przetwarzania

Bernese GPS Software (postprocessing)

Rozwiązanie a-priori atm. par. ZTD model correction estimationNo model none none noSaastamoinen standard atm. Saastamoinen noEstimation standard atm. Saastamoinen yesIGGHZG none GNSS (NRT) noIGGHZM meteor. dat. Saastamoinen no

PPP - porównanie z wynikami IGS

IWV - model 2D

IWV =ZWD

10−6 · Rw

(k ′2 +

gdzie Rw = 461.525± 0.003[Jkg−1K−1] stała gazowa dla pary wodnej,k ′2 = 24± 11 [K hPa−1], k3 = 3.75± 0.03 [105K 2 hPa−1] współczynniki refrakcji, aTM ≈ 70.2± 0.72 · T0 średnia ważona temperatura pary wodnej w atmosferze, T0temperatura na wysokości anteny GNSS.

Metodologia

Rohm W., Bosy J. The verification of GNSS tropospheric tomography model in a mountainous

area. Advances in Space Research, Vol. 47, 2011, pp. 1721-1730. DOI: 10.1016/j.asr.2010.04.017

Tomografia troposfery GNSS

Danymi wejściowymi do tomografii GNSS są: opóżnienie troposferyczne wkierunku do satelity SWD, które są wynikami przetwarzania danych GNSS,dane meteorologiczne ze stacji naziemnych i wyniki z numerycznychmodeli prognozy pogody (NWP).

STD można rozłożyć na składową suchą (hydrostatyczną) SHD i mokrąSWD:

STD = SHD + SWD = md (ε)ZHD +mw (ε)ZWD

gdzie ε kątem elewacji satelity, a md (ε) i mw (ε) to funkcjeodzwzorowujące.

W tomografii GNSS SWD z powyższego równania jest powiązane zrefrakcyjnością dla części mokrej Nw :

SWD = A · Nw

gdzie A jest macierzą planu.

SWD = A · Nw

model tomograficzny GNSS - Rozwiązania

Model A:

Nw = (AT · P · A)+ · AT · P · SWD(AT · P · A)+ = V · S+ · UT

gdzie P = CSWD−1 jest macierzą wag.

Model B:

∆Nw = (AT · A)+ · AT ·∆SWD(AT · A)+ = V · S+ · UT

Nw = Nwapriori + ∆Nw

model tomograficzny GNSS - Rozwiązania

Model A:

Nw = (AT · P · A)+ · AT · P · SWD(AT · P · A)+ = V · S+ · UT

gdzie P = CSWD−1 jest macierzą wag.

Model B:

∆Nw = (AT · A)+ · AT ·∆SWD(AT · A)+ = V · S+ · UT

Nw = Nwapriori + ∆Nw

Model tomograficzny GNSS - Wyniki

Model A:Nw z danych GNSS

SWD (zielony)Nw z modelu

referencyjnego(niebieski)

Model B:Nw z danych GNSS

referncyjnego(niebieski)

Nw z modelu apriori (różowy)

Podsumowanie

1 Model troposfery NRT oparty o dane GNSS i meteorologicznemoże być stosowany w serwisach pozycjonowania GNSS czasierzeczywistym i post-processingu w systemach GBAS.

2 Istotnym elementem w pozycjonowaniu GNSS jest fakt, żeopóźnienia troposferyczne będą obliczane bezpośrednio zobserwacji, a nie jak teraz z modeli deterministycznych. Ma toszczególne znaczenie przys krótkich sesjach obserwacyjnych.

3 Tomograficzny model troposfery stworzony z danych GNSS imeteorologicznych może być konkurencyjny w stosunku domodeli numerycznych prognozy pogody (NWP), zwłaszcza dlanowcastingu.

Podsumowanie

Publikacje

1 Rohm W., Bosy J. (2009) Local tomography troposphere model over mountains area.Atmospheric Research, Vol. 93 No. 4, 2009, pp. 777-783, DOI:10.1016/j.atmosres.2009.03.013 (IF 1.811);

2 Bosy J., Rohm W., Borkowski A., Figurski M., Kroszczyński K. (2010) Integration andverification of meteorological observations and NWP model data for the local GNSStomography. Atmospheric Research, Vol. 96 , 2010, pp. 522-530, DOI:10.1016/j.atmosres.2009.12.012 (IF 1.597);

3 Bosy J., Rohm W., Sierny J. (2010) The concept of Near Real Time atmosphere modelbased of GNSS and meteorological data from ASG-EUPOS reference stations. ActaGeodynamica et Geomaterialia, Vol. 7 No. 3 (159), Prague 2010, pp. 253-261 (IF 0.452);

4 Rohm W., Bosy J. (2011) The verification of GNSS tropospheric tomography model in amountainous area. Advances in Space Research, Vol. 47 No. , 2011, pp. 1721-1730, DOI:10.1016/j.asr.2010.04.017 (IF 1.079);

5 Rohm W. (2012) The precision of humidity in GNSS tomography. Atmospheric Research,Vol. 107, 2012, pp. 69-75, DOI: 10.1016/j.atmosres.2011.12.008 (IF 1.911);

6 Rohm W. (2012) The ground GNSS tomography - unconstrained approach. Advances inSpace Research, Available online 24 September 2012, DOI: 10.1016/j.asr.2012.09.021 (IF1.178);

7 Bosy J., Kaplon, J., Rohm W., Sierny J. and Hadas, T.(2012) Near real-time estimation ofwater vapour in the troposphere using ground GNSS and the meteorological data. AnnalesGeophysicae, Vol. 30, Gottingen, Germany 2012, pp. 1379-1391, DOI:10.5194/angeo-30-1379-2012 (IF 1.842);

Dziękuję za uwagę[email protected]

PodziękowaniaPraca została sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego:projekty nr N N526 197238 i N R09 0010 10, we współpracy z Głównym UrzędemGeodezji i Kartografii oraz Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego(http://www.wcss.wroc.pl/ ): grant obliczeniowy w środowisku programistycznymMatlab - licencja nr 101979.

Model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych · Wprowadzenie Opracowanie NRT GNSS ZTD...

Documents

Transcript of Model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych · Wprowadzenie Opracowanie NRT GNSS ZTD...