Geodezyjny monitoring elementów środowiska

Prezentacja na temat: "Geodezyjny monitoring elementów środowiska"— Zapis prezentacji:

1 Geodezyjny monitoring elementów środowiska
WYKŁAD 2 Przegląd elektronicznych rozwiązań Dr hab. inż. Andrzej Kwinta Katedra Geodezji Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytet Rolniczy w Krakowie rok akad. 2013/2014

2 Pozycjonowanie satelitarne Skaning laserowy INSAR Georadar
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Plan wykładu: Pozycjonowanie satelitarne Skaning laserowy INSAR Georadar dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 2 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

3 POZYCJONOWANIE XIII w. Kompas magnetyczny 1731: Sekstant
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 POZYCJONOWANIE XIII w. Kompas magnetyczny 1731: Sekstant 1907: Gyrokompas 1912: Radionawigacja 1930: Zastosowanie radaru w nawigacji 1960: System Satelitarny US Navy (NAVSAT TRANSIT) 1980: GPS (początek projektu 1973; pierwsze 4 satelity w 1978) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 3 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

4 Satelitarne Systemy Pozycjonowania
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Satelitarne Systemy Pozycjonowania GPS-NAVSTAR (Global Positioning System – NAVigation Signal Timing And Ranging) – właściciel US Army GALILEO - właściciel Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) GLONASS (ГЛОНАСС; ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система; Globalnaja Nawigacionnaja Sputnikowaja Sistiema) - właściciel Rosyjskie Siły Kosmiczne Beidou - właściciel Chiny IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System)- właściciel Indie dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 4 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

5 Multi-Satellite Ranging
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Multi-Satellite Ranging 1 range puts user on the spherical face of the cone. Intersecting with a 2nd range restricts user to the circular arcs. A 3rd range constrains user to 1 of the 2 points. Which point is determined by “sanity” – 1 point obviously wrong. dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 5 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

6 POZYCJONOWANIE GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA
rok akad. 2013/2014 POZYCJONOWANIE dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 6 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

7 Możliwości zastosowania systemów satelitarnych
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Możliwości zastosowania systemów satelitarnych Pomiary geodezyjne Sterowanie maszynami Logistyka (zarządzanie flotą pojazdów) Pilotowanie pojazdów Turystyka Pomiary inżynierskie dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 7 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

8 Wady i zalety Systemów Satelitarnych
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Wady i zalety Systemów Satelitarnych Wady W wielu punktach ograniczone możliwości zastosowania (brak sygnału) Wysoki koszt sprzętu (zależny od dokładności) Zalety Pomiar jest zdalny i nie wymaga pracochłonnych czynności pomiarowych Zboczenie z zadanego kursu jest natychmiast widoczne W przypadku kolizji/wypadku współrzędne miejsca zdarzenia mogą być przekazane przez telefon Sygnał GPS jest dostępny w nocy, podczas mgły i opadów śniegu dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 7 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

9 Podstawowe dane 3 Segmenty: System GPS
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 System GPS Podstawowe dane Przybliżony koszt utworzenia systemu ~$ 12 mld, 3 Segmenty: kosmiczny: satelity użytkownika: odbiorniki kontroli: stacje kontrolne i monitorujące Układ odniesienia: elipsoida WGS-84 Nadzór sprawuje US Air Force Space Command (AFSC) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 7 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

10 3 segmenty systemu GPS System GPS Segment kosmiczny
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 System GPS 3 segmenty systemu GPS Segment kosmiczny Segment użytkownika Segment kontroli dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 8 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

11 Segment kosmiczny System GPS
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Segment kosmiczny System GPS 24 satelity umieszczone na 6 orbitach (pełna operacyjność systemu) 5 generacji satelitów wysokość około km nad ziemią 55o – nachylenie pł. orbity do połudn. zero dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 9 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

12 Segment kosmiczny System GPS
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Segment kosmiczny System GPS czas obiegu satelity wokół Ziemi – 11 godz. 58 min minimum 4 satelity równocześnie nad horyzontem Emisja sygnału pomiarowego o wysokiej stabilności. Dwie częstotliwości MHz, MHz modulowane Kodem P i C/A (S) + depesza nawigacyjna Transmisja sygnału własnego zegara Retransmisja sygnałów dot. własnego położenia i innych danych identyfikacyjnych dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 10 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

13 Segment kosmiczny System GPS
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Segment kosmiczny System GPS – podniesienie dokładności systemu dla celów cywilnych ze 100 m na ok. 10 m. – start 51 satelity systemu GPS – 30 satelitów funkcjonujących dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 11 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

14 Segment kontroli System GPS 5 stacji śledzących śledzenie satelitów,
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Segment kontroli System GPS 5 stacji śledzących śledzenie satelitów, 6 stacji NIMA + 6 planowanych kontrola czasu, obliczenia poprawek do orbit, itp.., dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 12 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

15 Segment użytkownika System GPS
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 System GPS Segment użytkownika Nokia dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 13 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

16 Gdzie się właściwie znajdujemy ?
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Gdzie się właściwie znajdujemy ? Dokładność określenia położenia jest zależna od tego, jak dokładny jest Twój zegarek ( żeby wiedzieć GDZIE jesteś musisz wiedzieć KIEDY ) Satelity posiadają b. dokładne atomowe zegary rubidowo-cezowe ( możliwe spóźnienie o 1 sec na lat) Obliczenie Twojego miejsca (X, Y, Z) od satelitów z układu równań: ( 4 równania z 4 niewiadomymi – metoda pseudoodległości) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 14 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

17 Gdzie się właściwie znajdujemy ?
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Gdzie się właściwie znajdujemy ? dokładność określenia bezwzględnego położenia punktu wynosi około 1-10 m. wystarczająca dla celów nawigacyjnych, dla geodezji nie dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 15 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

18 Gdzie się właściwie znajdujemy ?
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Gdzie się właściwie znajdujemy ? pomiary fazowe pozwalają na uzyskanie subcentymetrowych dokładności ( możliwość uwolnienia się od analizy kodów modulujących sygnały satelitarne poprzez porównanie różnicy faz fali emitowanej przez satelitę z sygnałem wzorcowym odbiornika naziemnego) Porównanie sygnałów satelity i odbiornika: dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 16 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

19 Odbiornik Satelity sygnał ZAKŁÓCENIA
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 sygnał Odbiornik Satelity ZAKŁÓCENIA Niekorzystna konfiguracja satelitów, Opóźnienia sygnałów (tłumienie), Odbicia sygnałów, Lokalizacja odbiornika: gęste zalesienie, góry wnętrza budynków, garaże pod powierzchnią wody w okolicach stałych, wysokich budowli ciasne doliny górskie wnętrza pojazdów i samolotów dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 17 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

20 Metody stosowane w geodezji
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Metody stosowane w geodezji metoda statyczna, Minimum dwa odbiorniki – czas ok. godziny; dokładności milimetrowe. metoda rapid static , Kilka odbiorników + 1 nieruchomy; czas kilkanaście minut; dokładności subcentymetrowe metoda kinematyczna, j.w ze statyczną inicjalizacją; czas 1 min; dokładności 1-2 cm. RTK GPS (real time kinematic), 1 stacja stała; b. szybka inicjalizacja; pomiar sekundowy na stanowisku; Poprawki między stacjami przesyłane drogą radiową. Dokładność 1 cm. dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 18 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

21 DGPS - poprawa dokładności
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 DGPS - poprawa dokładności Differential GPS Korekta współrzędnych określonych na zasadzie pseudo- odległości dla odbiornika ruchomego przy pomocy popra- wek wysyłanych przez stację referencyjną o znanych współrzędnych. (dokładność może dochodzić do 1-2 m; zastosowania – sterowanie maszynami; wojsko) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 19 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

22 Metoda VRS (Virtual Reference Station)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Metoda VRS (Virtual Reference Station) Ustawiamy w terenie odbiornik i łączymy się telefonicznie z centrum kontrolnym Wysyłamy przybliżoną pozycję do centrum kontrolnego (format NMEA) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 20 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

23 Metoda VRS (Virtual Reference Station)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Metoda VRS (Virtual Reference Station) Z centrali wysyłane są poprawki RTCM, na podstawie których powstaje rozwiązanie DGPS i wysłane do centrum Nowe poprawki RTCM jak od stacji VRS (wirtualnej) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 21 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

24 Budowa Systemu ASG –PL/EUPOS
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Budowa Systemu ASG –PL/EUPOS Założenia: 86 stacji referencyjnych do końca 2007 Np. Tarnów Budynek Urzedu Wojewódzkiego przy Al. Solidarności ° 0' '' N 20° 59' '' E m dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 22 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

25 GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA
rok akad. 2013/2014 SKANERY LASEROWE Skanowanie laserowe (skanowanie 3D) polega na bezdotykowym pomiarze skanowanego obiektu w oparciu o wiązkę światła laserowego od niego odbitego. W jednostce czasu wykonywany jest pomiar dużej ilości punktów (do /s), które tworzą chmurę punktów. URZĄDZENIA TACHIMETRY SKANUJĄCE SKANERY Naziemne Lotnicze (ALS) Stacjonarne (TLS) Mobilne (MLS) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 23 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

26 LOTNICZE SKANERY LASEROWE (ALS)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 LOTNICZE SKANERY LASEROWE (ALS) ALS - Airborne Laser Scanning (Lotniczy skaning laserowy) jest technologią pozyskiwania informacji przestrzennej o obiekcie z powietrza. Chmura punktów jest reprezentacją obiektów 3D w bezpośredniej jego formie. Aktualnie oprogramowanie pozwala na bardzo szybką obróbkę danych i wygenerowanie NMT, NMPT, dostarcza danych do tworzenia modeli przestrzennych (3D). dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 24 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

27 LOTNICZE SKANERY LASEROWE (np. RIEGL)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 LOTNICZE SKANERY LASEROWE (np. RIEGL) Lotnicze Skanery Laserowe łączone są w systemy z innymi urządzeniami np. GNSS, aparaty cyfrowe. RIEGL LMS-Q680i Zasięg maksymalny 2000 (3000) m Zasięg minimalny 30m Dokładność 20mm Szybkość linii/s Kąt skanowania 60[deg] Częstotliwość pracy lasera do Hz dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 25 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

28 NAZIEMNE SKANERY LASEROWE (TLS)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 NAZIEMNE SKANERY LASEROWE (TLS) Pozwalają na tworzenie : modeli 3D skanowanych obiektów przekrojów lub profili ortofotomapy elewacji rzutów elewacji 2D Główne zastosowania : inwentaryzacja zabytków inwentaryzacja obiektów technologicznych pomiar przemieszczeń, monitoring osiadań pomiar sytuacyjno-wysokościowy obiektów architektonicznych pomiary obiektów inżynieryjnych, inwentaryzacja wnętrz dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 26 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

29 NAZIEMNE SKANERY LASEROWE (TLS)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 NAZIEMNE SKANERY LASEROWE (TLS) Najważniejsze parametry: tryb pracy (fazowy/impulsowy) parametry lasera (długość fali, moc, klasa bezpieczeństwa, wielkość plamki) dokładność (kątowa, liniowa) prędkość zasięg pole widzenia [deg] parametry rejestracji danych (formaty danych, pojemność dysku) aparat fotograficzny wymiary, waga gwarancja dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 27 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

30 NAZIEMNE SKANERY LASEROWE (TLS)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 NAZIEMNE SKANERY LASEROWE (TLS) OPROGRAMOWANIE Wpasowanie skanów w zewnętrzny układ współrzędnych Automatyczny pomiar punktów sygnalizowanych Możliwość wykonania wspomaganego pomiaru punktów naturalnych Łączenie chmur Możliwość wykonania wyrównania na etapie łączenia Wizualizacja i praca Szybkie wyświetlanie dużych zbiorów Możliwość odczytu współrzędnych i wykonywania pomiarów Wyświetlanie zdjęć cyfrowych nałożonych na punkty Tworzenie ciągłych powierzchni z chmury punktów Tworzenie przekroi Pomiary obiektów wektorowych o prostych kształtach Uzyskiwane wyniki Możliwość konwersji plików do innych formatów Generowania true orthophoto (3D) Eksport do programów typu CAD. dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 28 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

31 Przykłady zastosowania (3Deling)
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Przykłady zastosowania (3Deling) Inwentaryzacja architektoniczna Pałacu Potockich w Radzyniu dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 29 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

32 MOBILNY SKANING (MLS) Riegl VMX-250
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 MOBILNY SKANING (MLS) Riegl VMX-250 Mitsubishi MMS-X640 Mobile Mapping System dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 30 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

33 MOBILNY SKANING (MLS) Street Mapper 360 SINECO
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 MOBILNY SKANING (MLS) Street Mapper 360 SINECO Prędkość przelotowa skanowania do 100km/h dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 30 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

34 Interferometria Radarowa - InSAR
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Interferometria Radarowa - InSAR Obrazowanie radarowe Radar kartograficzny, tzw. radar bocznego wybierania SLAR (SLAR - Side Looking Airborne Radar) . Jest on całkowicie niezależny od warunków oświetleniowych oraz praktycznie niezależny od warunków atmosferycznych (radar "widzi" przez chmury). Wadą systemów SLAR była niska zdolność rozdzielcza obrazu (rzędu kilkadziesiąt metrów z pułapu samolotu), limitowana w pierwszym rzędzie długością anteny dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 31 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

35 Interferometria Radarowa – InSAR
GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA rok akad. 2013/2014 Interferometria Radarowa – InSAR Interferometria radarowa InSAR (ang.: Interferometric SAR) polega na odbiorze ech radarowych niezależnie przez dwie anteny. Z uzyskanych w ten sposób dwóch obrazów radarowych, tworzy się interferogram, który zawiera informacje przestrzenne o obiekcie, może więc być podstawą do pomiarów wysokościowych i budowy Numerycznego Modelu Rzeźby Terenu Radarogram Interferogram Kanały (długość fali) dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 32 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

36 Georadar GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA Zasada działania:
rok akad. 2013/2014 Georadar Zasada działania: wysłanie impulsu elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości a następnie pomiar odbitej fali Minimalne wielkości wykrywanych obiektów w zależności od częstotliwości pracy anten pomiarowych Częstotliwość pracy Min. średnica 200 MHz 5 cm 400 MHz 2,5 cm 600 MHz 1,25 cm dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 33 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

37 Georadar GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA
rok akad. 2013/2014 Georadar PRACE INŻYNIERSKIE Lokalizacja podziemnej infrastruktury technicznej np. rurociągów, kabli, pozostałości fundamentów, pustek. GEOTECHNICZNE Badania: tam ziemnych, płaszczyzn poślizgowych skarp, tuneli, lokalizacja poziomu wód gruntowych, OCHRONA ŚRODOWISKA Lokalizacja: zasięgu skażeń, podziemnych składowisk odpadów. ARCHEOLOGICZNO - KONSERWATORSKIE Poszukiwania archeologiczne, lokalizacja uszkodzeń obiektów. MILITARNE Lokalizacja niewybuchów, min. dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 34 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

38 Zapraszam na kolejny wykład GEODEZYJNY MONITORING ELEMENTÓW ŚRODOWISKA
rok akad. 2013/2014 Zapraszam na kolejny wykład dr hab. inż. Andrzej Kwinta Str. 35 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie