Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Konrad Bajer Uniwersytet Warszawski  Instytut Geofizyki  Centrum.

Prezentacja na temat: "Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Konrad Bajer Uniwersytet Warszawski  Instytut Geofizyki  Centrum."— Zapis prezentacji:

1 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Konrad Bajer Uniwersytet Warszawski kbajer@fuw.edu.pl  Instytut Geofizyki www.igf.fuw.edu.pl www.igf.fuw.edu.pl  Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczym odiee.geo.uw.edu.pl odiee.geo.uw.edu.pl  Center for Small-Scale Atmospheric Research cessar.fuw.edu.pl cessar.fuw.edu.pl Pomiary za pomocą GPS

2 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

3 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

4 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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 Nav igation S atellite T iming A nd R anging System

5 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Z czego składa się GPS? www.montana.edu/places/gps  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

6 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

7 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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 obliczyć również 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 świecie nie mniejsza niż 10-15m a zwykle jest znacznie lepsza Jak działa GPS?

8 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

9 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 edition.cnn.com/interactive/tech/0203/north.pole/frameset.exclude.html/ Ruch wiekowy Ruch dobowy www.geolab.nrcan.gc.ca/geomag/daily_mvt_nmp_e.shtml Zmiany polaryzacji Ruch bieguna magnetycznego

10 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 http://napieraj.pl/xoops/modules/wfsection/article.php?articleid=121 Mapa deklinacji magnetycznej. W Polsce deklinacja jest niewielka, ale np. w Nowej Zelandii sięga 20° Mapa deklinacji magnetycznej

11 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 http://gsc.nrcan.gc.ca/geomag/field/mdcalc_e.php Znajomość deklinacji w miejscu pomiaru GPS jest nam potrzebna 1) przy pomiarze pośrednim GPS (jesli jest potrzebny) 2) w protokole pomiaru ozonu (badania atmosfery) Można też pobrać globalny model pola magnetycznego i uruchomić na własnym komputerze Kalkulator deklinacji magnetycznej

12 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Jaką wysokość mierzy GPS? GPS mierzy wysokość względem elipsoidy Wysokość topograficzna jest mierzona względem geoidy

13 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Elipsoida i geoida 1. Ocean 2. Elipsoida 3. Pion lokalny 4. Kontynent 5. 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.powierzchniąsiły ciężkościZiemimórz lądów Model geoidy jest zbyt skomplikowany by był zapisany w GPS. Dlatego używa się elipsoidy

14 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

15 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Przyrządy: odbiornik GPS i kompas

16 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

17 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Odbiorniki GARMIN GPS 12 GPS 72

18 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Ekrany GARMINa 12

19 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Klawisz “Quit” wybiera ekran “Status” Klawisz „Page” wybiera ekran „Position” Ekran „status” i „position”

20 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Garmin GPS 12 tuż po włączeniu

21 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 W miarę jak satelity są odbierane wyświetlana jest ich pozycja na niebie i siła odbieranego sygnału Szare słupki pokazują satelity, które są odbierane, ale nie są zarejestrowane („lock in”)

22 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Kiedy 4 satelity są zarejestrowane („locked in” ), odbiornik może obliczyć położenie Słupki stają się czarne.

23 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Jeśli liczba zarejestrowanych satelitów jest zbyt mała lub ich geometria jest niekorzystna pojawia się napis „2D Navigation”. Wtedy wysokość nie jest obliczana.

24 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 “ 3D Navigation” oznacza, że odbiór jest dobry i wysokość jest obliczana

25 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Na ekranie (stronie) “Position Page” ważne są Kurs (bearing) Wysokość Szerokość i długość geograficzna Czas (UT)

26 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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)

27 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

28 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Arkusz pomiarowy GPS Należy wykonać pięć pomiarów w odstępach ok. 1 minuty i w odległości nie większej niż 1 m

29 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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)

30 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

31 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Arkusz pomiaru pośredniego

32 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 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

33 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Wprowadzanie danych

34 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Wprowadzanie danych

35 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Wprowadzanie danych

36 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Wprowadzanie danych

37 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Wprowadzanie danych

38 Protokół pomiarów GPS GPS — 2005 Graficzne przedstawianie danych