Pomiary za pomocą GPS

2005

Protokół pomiarów GPS

GPS —

Konrad Bajer

Uniwersytet [email protected]

Instytut Geofizykiwww.igf.fuw.edu.pl

Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczymodiee.geo.uw.edu.pl

Center for Small-Scale Atmospheric Researchcessar.fuw.edu.pl

Pomiary za pomocą GPS

2005


GPS —

Cel zajęć warsztatowych

•Dlaczego naukę posługiwania się GPS i wykonywanie pomiarów nazywamy badaniem•Naukowe podstawy działania GPS i wykonywania pomiarów•Procedury pomiarowe•Wprowadzanie i analiza danych

2005


GPS —

Do czego potrzebujemy GPS w badaniach GLOBE?

Podajemy lokalizację szkoły i lokalizacje poszczególnych stanowisk pomiarowych

Wprowadzamy dokładne współrzędne, które umożliwiają przestrzenną analizę danych

Lokalizacja podana jest w formacie, który jest jednakowy dla całego świata (w przeciwieństwie do współrzędnych mapy

2005


GPS —

Czym jest GPS ?

24 satelity na orbitach wokółziemskich

Wyznaczanie pozycji, nawigacja i precyzyjny pomiar czasu

Działają 24 godziny na dobę przy każdej pogodzie

Używane wszędzie tam, gdzie potrzebna jest dokładna znajomość położenia

NAVSTAR GPS

Navigation Satellite Timing

And Ranging System

2005


GPS —

Z czego składa się GPS?

ww

w.m

ont

ana

.edu

/pla

ces/

gp

s

Satelity na orbicie

Kontrola naziemna

Użytkownicy

1978 Pierwszy satelita Block 1 umieszczony na orbicie w roku.

1986 Katastrofa Challengera opóźnia budowę systemu.

1989 Pierwszy satelita Delta 2.

System GPS jest pod kontrolą Departamentu Obrony USA

2005


GPS —

•Okres obiegu ok. 12 h

•Codziennie wyłaniają się znad horyzontu o 4 min. wcześniej

• 24 satelity w sześciu płaszczyznach orbitalnych nachylonych pod kątem 55 do płaszczyzny równika. Wysokie orbity są stabilne

• Odległość od Ziemi ok. 20 000 km.

• Dla porównania satelity TV (geostacjonarne) 42,245 km

28 na orbicie

(maj 2003)

minimum: 24

2005


GPS —

Orbity są tak zaprojektowane, że w każdym miejscu na Ziemi, w każdym momencie „widać” conajmniej 4 satelity

Satelity nadają zsynchronizowany sygnał czasu co 15 sekund Odbiornik GPS oblicza swoje położenie na podstawie względnych

opóźnień między sygnałami, które do niego docierają Odbiornik musi „widzieć” minimum 3 satelity, żeby obliczyć

długość i szerokość geograficzną, a 4 satelity, żeby obliczyćrównież wysokość

Sygnały czasu są zsynchronizowane z dokładnością do nanosekund(0,000000001 s). W czasie jednej ns sygnał przebywa ok. 30cm

Dokładność pomiaru ręcznym odbiornikiem jest na całym świecienie mniejsza niż 10-15m a zwykle jest znacznie lepsza

Jak działa GPS?

2005


GPS —

Długość i szerokość geograficzna

1° długości geograficznej = ~111 km

1° szerokości geograficznej = ~111 km

1° długości geograficznej = 0 km

Deklinacja magnetyczna

Bieguny magnetyczne nie pokrywają się z geograficznymi. Bieguny magnetyczne powoli się przemieszczają

2005


GPS — e

diti

on

.cn

n.c

om

/inte

ract

ive

/te

ch/0

20

3/n

ort

h.p

ole

/fra

me

set.

exc

lud

e.h

tml/

Ruch wiekowy

Ruch dobowy

ww

w.geolab.nrcan.gc.ca/g

eomag/daily_m

vt_nmp_e

.shtml

Zmiany polaryzacji

Ruch bieguna magnetycznego

2005


GPS —

http://napieraj.pl/xoops/modules/wfsection/article.php?articleid=121

Mapa deklinacjimagnetycznej.W Polsce deklinacja jest niewielka, ale np.w Nowej Zelandiisięga 20°

Mapa deklinacji magnetycznej

2005


GPS —

http://gsc.nrcan.gc.ca/geomag/field/mdcalc_e.phpZnajomość deklinacji w miejscupomiaru GPS jest nam potrzebna

1) przy pomiarze pośrednim GPS (jesli jest potrzebny)

2) w protokole pomiaru ozonu (badania atmosfery)

Można też pobrać globalny modelpola magnetycznego i uruchomićna własnym komputerze

Kalkulator deklinacji magnetycznej

2005


GPS —

Jaką wysokość mierzy GPS?

GPS mierzy wysokośćwzględem elipsoidy

Wysokość topograficznajest mierzona względem geoidy

2005


GPS —

Elipsoida i geoida

1. Ocean2. Elipsoida3. Pion lokalny4. Kontynent5. Geoida

Geoida jest teoretyczną powierzchnią, na której potencjał siły ciężkości Ziemi jest stały, równy potencjałowi siły ciężkości na średnim poziomie mórz otwartych i przedłużoną umownie pod powierzchnią lądów.

Model geoidy jest zbyt skomplikowany by byłzapisany w GPS.Dlatego używa sięelipsoidy

2005


GPS —

http://sps.unavco.org/geoid/

Your Input Coordinates and GPS Height:

Latitude = 52.25° N = 52° 15' 0" N Longitude = 16.2° E = 16° 11' 60" E GPS ellipsoidal height = 280 (meters) Geoid height = 37.054 (meters) Orthometric height (height above mean sea level) = 242.946 (meters) (note: orthometric Height = GPS ellipsoidal height - geoid height)

Kalkulator geoidy oblicza dla danych współrzędnych geograficznych wysokość geoidy względem elipsoidy

(elewacja GPS) – (wysokość geoidy)= (wysokość ortometryczna)

Kalkulator geoidy

-106 m < Wysokość geoidy < 85 m

2005


GPS —

Przyrządy: odbiornik GPS i kompas

2005


GPS —

Pomiary

Pomiary za pomocą GPS Szerokość geograficzna Długość geograficzna Wysokość (nad elipsoidą)

Pomiar pośredni GPS(jeśli konieczny)

Północ geograficzna („prawdziwa”) Szerokość geograficzna

(z uwzględnieniem poprawki) Długość geograficzna Wysokość

2005


GPS —

Odbiorniki GARMIN

GPS 12 GPS 72

2005


GPS —

Ekrany GARMINa 12

2005


GPS —

Klawisz “Quit” wybiera ekran “Status” Klawisz „Page” wybiera ekran „Position”

Ekran „status” i „position”

2005


GPS —

GarminGPS 12

tuż po włączeniu

2005


GPS —

W miarę jak satelity są odbieranewyświetlana jest ich pozycja na niebie i siła odbieranego

sygnału

Szare słupki pokazują satelity,które są odbierane, ale nie sązarejestrowane („lock in”)

2005


GPS —

Kiedy 4 satelity są zarejestrowane

(„locked in”), odbiornikmoże obliczyć położenie

Słupki stają się czarne.

2005


GPS —

Jeśli liczba zarejestrowanych satelitów jest zbyt mała lub ich geometria jest niekorzystna pojawia się napis „2D Navigation”. Wtedy wysokość nie jest obliczana.

2005


GPS —

“3D Navigation”oznacza, że odbiór jest dobry i wysokość jest obliczana

2005


GPS —

Na ekranie (stronie) “Position Page” ważne są

• Kurs (bearing)• Wysokość• Szerokość i długość geograficzna• Czas (UT)

2005


GPS —

Zbieranie danych: Instrukcje i Arkusze pomiarowe

Instrukcje (Field/Lab Guides):• Instrukcja do protokołu pomiaru GPS

(GPSField Guide)• Instrukcja do protokołu pomiaru pośredniego GPS

(Offset GPS Protocol Field Guide)

Arkusze pomiarowe (Data Sheets):• Arkusz danych stanowiska badań GPS

(GPS Investigation Site Location Data Sheet)• Arkusz danych badania GPS

(Investigation Data Sheet)• Arkusz danych pomiarów pośrednich GPS

(Offset GPS Measurements Data Work Sheet)

2005


GPS —

Protokół pomiaru GPS

• Trzymaj odbiornik pionowo z dala od ciała• Zaczekaj aż odbiornik zarejestruje sygnał

co najmniej 4 satelitów• Dokonaj 5 pomiarów w odstępach 1 min.

• Szerokości geograficznej• Długości geograficznej• Wysokości• Czasu• Liczby satelitów• 2D czy 3D

• Uśrednij wyniki pomiarów

2005


GPS —

Arkusz pomiarowy GPS

Należy wykonać pięć pomiaróww odstępach ok. 1 minutyi w odległości nie większej niż 1 m

2005


GPS —

Arkusz danych stanowiska pomiarowego

Rodzaj stanowiska (pomiary atmosferyczne, hydrologiczne, etc.)

Opis stanowiska (max 25 znaków

Średnia szerokość geograficzna (w formacie 56.8462 N)

Średnia długość geograficzna (w formacie 102.9073 W)

Czas (uniwersalny) pierwszego pomiaru (w formacie 18:47:78)

Typ odbiornika GPS (producent, numer seryjny)

2005


GPS —

Protokół pomiaru pośredniego GPS

• Wyznacz „prawdziwy” kierunek północny (północ geograficzna)

• Idź dokładnie na północ lub dokładnie na południe od stanowiska badawczego, aż odbiornik GPS pokaże dobry odbiór

• Zmierz odległość od miejsca pomiaru pośredniego, w którym się znajdujesz do stanowiska badawczego, z którego wyszedłeś

• Podziel przez (11 metrów/.0001 stopnia) aby otrzymać poprawkę do szerokości geograficznej

• Na półkuli północnej dodaj (jeśli pomiar wykonałeś na południe od stanowiska badawczego) lub odejmij (jeśli pomiar wykonałeś na północ od stanowiska badawczego) poprawkę do zmierzonej szerokości geograficznej

• Zanotuj skorygowane pomiary GPS

2005


GPS —

Arkusz pomiaru pośredniego

2005


GPS —

Wprowadzanie danych

Krok 1: Wybierz “Define, Edit lub Update a Site” formularza danych stanowiska badawczego

Step 2: Wybierz stanowisko badawcze, dla którego chcesz wprowadzać dane

Step 3: Wprowadź dane z pomiaru GPS

Step 4: Potwierdź wprowadzone dane na stronie weryfikacyjnej

2005


GPS —

Wprowadzanie danych

2005


GPS —

Graficzne przedstawianie danych

Pomiary za pomocą GPS

Documents

Transcript of Pomiary za pomocą GPS