ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ. Τμήμα Γεωγραφίας

Transcript

1 ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τμήμα Γεωγραφίας Τίτλος πτυχιακής εργασίας: «Έλεγχος πληρότητας και ποιότητας δεδομένων του Εθνικού GNSS Δικτύου ΝΟΑΝΕΤ του ΕΑΑ» Πτυχιακή εργασία της: Μεσσήνη Βασιλικής Νεφέλης ΑΜ Καλλιθέα, Μάρτιος 2013 Σελίδα 1 από 131

2 ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τμήμα Γεωγραφίας Τίτλος πτυχιακής εργασίας: «Έλεγχος πληρότητας και ποιότητας δεδομένων του Εθνικού GNSS Δικτύου ΝΟΑΝΕΤ του ΕΑΑ» Πτυχιακή εργασία της: Μεσσήνη Βασιλικής Νεφέλης ΑΜ Τριμελής Επιτροπή: 1. Παρχαρίδης Ισαάκ (επιβλέπων καθηγητής, Επίκουρος Καθηγητής στο Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο) 2. Γκανάς Αθανάσιος (εξωτερικός εξεταστής, Ερευνητής ΓΕΙΝ/ΕΑΑ) 3. Χουσιανίτης Κωνσταντίνος (εξωτερικός εξεταστής, Δόκιμος Ερευνητής ΓΕΙΝ/ΕΑΑ) Καλλιθέα, Μάρτιος 2013 Σελίδα 2 από 131

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ - ΑΦΙΕΡΩΣΗ Πρωτίστως θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους εσάς που θα ξεφυλλίσετε και θα διαβάσετε την εργασία μου είτε για να βρείτε πληροφορίες είτε για να εκφέρετε την άποψή σας. Ο χρόνος σας είναι πολύτιμος για μένα. Η διάλεξη του κύριου Αθανάσιου Γκανά στο μάθημα «Σύγχρονοι Μέθοδοι Εντοπισμού - GPS» αποτέλεσε για μένα την καταλυτική σταγόνα για να επιλέξω την ενασχόλησή μου με τον τομέα των GPS. Οι κύριοι Α. Γκανάς και Μ. Παπανικολάου (ΓΕΙΝ/ΕΑΑ) ασχολήθηκαν διεξοδικά με το θέμα της πτυχιακής μου και μου έδωσαν τις απαραίτητες κατευθυντήριες οδηγίες για να εκπονήσω τα βήματά της. Ειδικά θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κύριο Μάριο Παπανικολάου γι αυτές τις πληροφορίες που έκαναν την επεξεργασία των δεδομένων να μοιάζει απλή. Ταυτοχρόνως, ο κύριος A. Γκανάς φρόντισε η εργασία να πάρει την τελική της μορφή, να είναι αψεγάδιαστη και να επιτύχει τον στόχο της. Τον ευχαριστώ θερμά που πίστεψε στην ικανότητά μου να διαχειριστώ επιτυχώς την επεξεργασία δεδομένων GPS/GNSS του ΓΕΙΝ/ΕΑΑ. Ο κύριος Ισαάκ Παρχαρίδης, απόμακρος φρουρός, με βοήθησε να συνειδητοποιήσω -με την παραχώρηση του βιβλίου και με τις οδηγίες του- ότι η περιγραφή των συστημάτων GPS και η ανάλυση των δεδομένων από το ΕΑΑ μπορούν να δημιουργήσουν ένα άρτιο προϊόν προπτυχιακού φοιτητή. Τέλος, και οι τρεις προαναφερθέντες κύριοι μου έδειξαν τον τρόπο να ανακαλύπτω μόνη μου την πληροφορία και να παιδεύομαι μόνη μου, πριν αναζητήσω τη βοήθειά τους. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τη θεία μου Ροδούλα Ζαβιτσάνου και το φίλο μου Αντρέα Σεβαστό για την καθημερινή τους επικοινωνία μαζί μου και το ενδιαφέρον που έδειξαν για την πρόοδο της εργασίας μου. Τη μητέρα μου Σοφία Ζαβιτσάνου και τον πατέρα μου Διονύση Μεσσήνη, τους ανθρώπους που με έδειξαν το υπέροχο συναίσθημα της πληρότητας μέσα από την ακαδημαϊκή επιτυχία, καθώς και το συνεργάτη του πατέρα μου, Γιάννη Δελιγιάννη. Όλοι τους διαβάζοντας, την εργασία μου εξοικειωμένοι ή μη με το αντικείμενο, κατέθεσαν τις απαραίτητες διορθώσεις και προτάσεις τους. Δε θα μπορούσα να παραλείψω από τις ευχαριστίες το συμφοιτητή και καλό μου φίλο Μιχάλη Τριανταφυλλίδη. Η διαδρομή μας στη Σερβία, συζητώντας για τις διπλωματικές μας, ήταν η αρχή για μια περίοδο αλληλοϋποστήριξης όσον αφορά την πραγματοποίηση του σημαντικότερου και τελευταίου βήματος των προπτυχιακών σπουδών μας. Μιχάλη, εύχομαι Σελίδα 3 από 131

4 η συνέχεια της διαδρομής σου να σου χαρίζει μόνο επιτυχίες. Τέλος, η σιγουριά του Κωνσταντίνου Δερδελάκου ότι μπορώ να καταθέσω μια άρτια πτυχιακή εργασία με βοήθησε σε στιγμές που η επίτευξή της έμοιαζε αδύνατη. Προσπάθησα τα μέγιστα με τα δικά μου όπλα. Περιμένω την πολύτιμη κρίση του αναγνώστη να με δικαιώσει ή να με ωθήσει να γίνω καλύτερη. Αφιερώνω αυτή την εργασία σε όποιον με βοήθησε στο διάστημα της συγγραφής της να γίνω πιο δυνατός άνθρωπος και να ανακαλύψω τα όριά μου. Σελίδα 4 από 131

5 ΠΕΡΙΕΧOΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ... 7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΧΑΡΤΩΝ... 7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ... 8 ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT ΚΕΦΑΛΑΙΟ Α. εισαγωγή στα συστήματα GNSS Α.1 τοπογραφία και GPS Α.2 Προσδιορισμός Θέσης Α.2.1 Απόλυτος Προσδιορισμός Θέσης Α.2.2. Σχετικός Προσδιοριμός Θέσης Α.2.3 Στατικός Προσδιοριμός Θέσης Α.2.4 Κινηματικός Προσδιοριμός Θέσης A.2.5 Σύγκριση Μετρήσεων σε Πραγματικό Χρόνο και Επεξεργασία εκ των Υστέρων Α.2.6 Διαφορικός Προσδιοριμός Θέσης - DGPS A.2.7 Σφαλματα Παρατηρήσεων GPS Α.3 Το Σύστημα Συντεταγμένων WGS84 του GPS Α.4 Δομή Δορυφορικού Σήματος GPS Α.4.1 Φέρουσες Συχνότητες και Κώδικες PRN Α.4.2 Μήνυμα Δεδομένων Μήνυμα (NAVIGATION FILE) Α.4.3 Διαμόρφωση Δορυφορικού Σήματος Α.5 Περιγραφή Συστημάτων GLONASS, GALILEO και COMPASS/BEIDOU Α.5.1 GLONASS Α.5.2 GALILEO Α.5.3 COMPASS/BEIDOU Α.6 Δέκτες GPS Α.6.1 Η Κεραία του Δέκτη Α.6.2 Ο Κύριος Δέκτης Α.8. Ελληνικό Σύστημα Εντοπισμού (HEPOS) Α.7 Εφαρμογές των Συστημάτων GPS Α.7.1 Εταιρίες Κοινής Ωφέλειας Α.7.2 Δασοκομία και Φυσικοί Πόροι Α.7.3 Γεωργία Α.7.4 Εφαρμογές Πολιτικού Μηχανικού Α.7.5 Παρακολούθηση Παραμορφώσεων Α.7.6 Εξόρυξη Πετρωμάτων ή Ορυκτών Σελίδα 5 από 131

6 Α.7.7 Χερσαία Σεισμική Ερεύνα Α.7.8 Θαλάσσια Σεισμική Ερεύνα Α.7.9 Εναέρια Χαρτογράφηση Α.7.10 Χαρτογράφηση Θαλάσσιου Πυθμένα Α.7.11 Μέσα Μαζικής Μεταφοράς Α.7.12 Πλοήγηση Οχημάτων Α.7.13 Λιανικό Εμπόριο Α.7.14 Κτηματογραφικές Αποτυπώσεις Α.5.15 Χάραξη Σημείων Πλοήγησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ Β. Ανάλυση Δεδομένων Β.1 Εισαγωγή στο Θέμα της Πτυχιακής Εργασίας Β.2 Δίκτυο GPS/GNSS του ΓΕΙΝ/ΕΑΑ Β.3 Δημιουργία LOGDATA SHEET Β.4 Μετατροπή Δεδομένων του Σταθμού ΑΤΗΝ Β.5 NOANET COMPLETENESS (GPS) για τους 6 πρωτους Μήνες του Β.6 Ετήσια Ποιοτική Αξιολόγηση Σταθμών GPS με LEICA GNSS QC ( ) B.6.1 Λογισμικό TEQC UNAVCO Β.6.2 Πρόγραμμα LEICA GNSS QC B.7 Ημερήσια Ποιοτική Αξιολόγηση Σταθμών GPS με RTKLIB (JD ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ Γ. Αποτελέσματα Γ.1 Ποσοστό Πληρότητας Καταγραφής Σταθμών GPS NOANET Γ.2 Ανάλυση Ετήσιας Ποιοτικής Αξιολόγησης του Σταθμού KLOK 2010 & 2011 LEICA GNSS QC Γ.3 Προϊόντα του Προγράμματος rtklib για το Σταθμό ATAL 21/02/2011/JOULIAN DAY ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι Τα Μέρη του Συστήματος GPS Δορυφορικό Τμήμα Τμήμα Ελέγχου Τμήμα Χρηστών ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ Νέα Σήματα και Εκσυγχρονισμός του Συστήματος GPS Το Δεύτερο Πολιτικό Σήμα L2C Το Τρίτο Πολιτικό Σήμα L Το Τέταρτο Πολιτικό Σήμα L1C ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ Σκόπιμη Μείωση της Ακρίβειας Η Κατάσταση AS (Αντί-Εξαπάτηση) Η Κατάσταση SA (Επιλεκτική Διαθεσιμότητα) ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ IV EGNOS Σελίδα 6 από 131

7 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ V EPOS ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VI RINEX Αρχεία Παρατηρήσεων ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VII PONT LOGDATA SHEET ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VIII Φωτογραφίες Σταθμών NOANET ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ IX Tracking Info ΣΤΑΘΜΩΝ GPS LEICA GNSS QC KASI LEMN NVRK SPAN ATAL PONT PRKV ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ X SKYPLOT ΣΤΑΘΜΩΝ NOA_GPS με προγραμμα RTKLIB KIPO KLOK LEMN NVRK PONT PRKV RLSO SPAN VLSM ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Πινακας 1: πίνακας με τα χαρακτηριστικα κωδίκων C/A και P Πινακας 2: χαρακτηριστικά σταθμών GNSS NOANET Πίνακας 3: δεδομένα επεξεργασίας σταθμού ATHN Πίνακας 4: τύποι δεδομένων ποιοτικής αξιολόγησης σταθμών NOA ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΧΑΡΤΩΝ Χάρτης 1: Περιοχές όπου η ιονοσφαιρική επίδραση είναι πιο έντονη στο γεωμαγνητικό γεωγραφικό πλάτος Χάρτης 2: τοποθεσία στον Ελλαδικό χώρο των σταθμών GNSS NOANET Χάρτης 3: ΤΜΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΩΝ GPS Σελίδα 7 από 131

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1: υπολογισμός σημείου γ Σχήμα 2: δίκτυο σημείων οριζόντιου συστήματος αναφοράς Σχήμα 3: P άγνωστο σημείο (ζητούμενο) A,B,C γνωστά σημεία Σχήμα 4: Τομή σφαιρών πρώτου και δεύτερου δορυφόρου Σχήμα 5: γεωμετρική ερμηνεία απόλυτου προσδιοριμού θέσης Σχήμα 6: ισχυρό και ασθενές GDOP Σχήμα 7: γεωειδές Σχήμα 8: απεικόνιση ορθογώνιων παλμών P κώδικα και C/A κώδικα Σχήμα 9: οι βασικές συνιστώσες του δορυφορικού σήματος (L1, C/A, P(Y), D) και (L2, P(Y), D) Σχήμα 10: εικόνα του δορυφόρου GLONASS Σχήμα 11: εικόνα του δορυφόρου GLONAS M Σχήμα 12: ο αστερισμός του GALIELO Σχήμα 13: εικόνα του δορυφόρου GALILEO Σχήμα 14: εικόνα κεραίας AT-504 LEICA CHOKE RING με κάλυμα Σχήμα 15: εικόνα κεραίας δέκτη με CHOKE RING χωρίς κάλυμα Σχήμα 16: εικόνα σταθερού δέκτη & ROVER μετρήσεων Σχήμα 17: printscreen του terminal για την εντολή RNX2CRX Σχήμα 18: printscreen του προγράμματος LEICA GNSS SPIDER VER Σχήμα 19: διάγραμμα πληρότητας 77 σταθμών GNSS NOANET Σχήμα 20: διάγραμμα πληρότητας 13 σταθμών GPS για το 1 ο εξάμηνο του Σχήμα 21: printscreen εντολής teqc phc (name)*.yyn>(new name).yy.n στο terminal Σχήμα 23: διάγραμμα πληρότητας NOANET για τα έτη Σχήμα 24: διάγραμμα πληρότητας NOANET για τα έτη σε ποσοστά (%) Σχήμα 22: φανταστική γραμμή σημείου αναφοράς που προβάλεται πάνω στο ελλειψοειδές Σχήμα 25: Skyplot Leica GNSS KLOK L Σχήμα 26: Skyplot Leica GNSS KLOK L Σχήμα 27: SNR VS ELEVATION LEICA GNSS QC ΣΤΑΘΜΟ KLOK L1 & L Σχήμα 28: MULTIPATH RMS VS ELEVATION LEICA GNSS QC KLOK L1 & L Σχήμα 29: TRACKING INFO και SATELLITE AVAILABILITY LEICA GNSS QC ΣΤΑΘΜΟ KLOK Σχήμα 30: printscreen Raw Obs rtkplot για το Σταθμό ATAL 21/02/2011 joulian day 052 (πρόγραμμα rtklib) Σχήμα 31 printscreen skyplot rtkplot για το Σταθμό ATAL 21/02/2011 joulian day 052 (πρόγραμμα rtklib) Σχήμα 32: printscreen DOP values rtkplot για το Σταθμό ATAL 21/02/2011 joulian day 052 (πρόγραμμα rtklib) ΣχΗμα 33: διάγραμμα MP1 MOVING AVERAGE (ΣΕ ΜΕΤΡΑ) για GPS STATIONS ημέρα 21/02/2011 JOULIAN DAY ΣχΗμα 34: διάγραμμα MP2 MOVING AVERAGE (ΣΕ ΜΕΤΡΑ) για GPS STATIONS ημέρα 21/02/2011 JOULIAN DAY ΣχΗμα 35: SNR, AZIMUTH, ELEVATION μέσω rtkplot για το ATAL 21/02/2011 JOULIAN DAY 052 (πρόγραμμα rtklib) Σχήμα 36: τα αρχεία παρατηρήσεων σε RINEX FORMAT αποτελούνται από τα OBSERVATION και NAVIGATION FILES και ανήκουν σε ASCII FORMAT Σχήμα 37: φωτογραφία της κεραίας του σταθμού GPS PRKV (Αγ. Παρασκευή Λέσβος). Η φωτογραφία λήφθηκε στις 29/6/2007 κατά τη διάρκεια καμπάνιας ΓΕΙΝ/ΕΑΑ Σχήμα 38: φωτογραφία της κεραίας του σταθμού GPS KLOK (Κλοκωτός - Θεσσαλία). Η φωτογραφία λήφθηκε στις 30/12/2010 κατά τη διάρκεια καμπάνιας ΓΕΙΝ/ΕΑΑ Σελίδα 8 από 131

9 Σχήμα 39: φωτογραφία της κεραίας του σταθμού GPS PONT (Πόντη Λευκάδα). Η φωτογραφία λήφθηκε στις 9/02/2007 κατά τη διάρκεια καμπάνιας ΓΕΙΝ/ΕΑΑ Σχήμα 40: SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ KASI ΑΠΟ LEICA GNSS QC ΓΙΑ ΤΑ ΕΤΗ 2010, Σχήμα 41: SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ LEMN ΑΠΟ LEICA GNSS QC ΓΙΑ ΤΑ ΕΤΗ 2010, Σχήμα 42: SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ NVRK ΑΠΟ LEICA GNSS QC ΓΙΑ ΤΑ ΕΤΗ 2010, Σχήμα 43: SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ SPAN ΑΠΟ LEICA GNSS QC ΓΙΑ ΤΑ ΕΤΗ 2010, Σχήμα 44: SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ ATAL ΑΠΟ LEICA GNSS QC ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ Σχήμα 45: SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ PONT ΑΠΟ LEICA GNSS QC ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ Σχήμα 46: SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ PRKV ΑΠΟ LEICA GNSS QC ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ Σχήμα 47: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ KIPO RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σχήμα 48: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ KLOK RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σχήμα 49: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ LEMN RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σχήμα 50: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ NVRK RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σχήμα 51: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ PONT RTKPLOT21/02/2011 joulian day Σχήμα 52: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ PRKV RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σχήμα 53: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ RLSO RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σχήμα 54: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ SPAN RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σχήμα 55: PRINT SCREEN SKYPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ VLSM RTKPLOT 21/02/2011 joulian day Σελίδα 9 από 131

10 ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ ΓΕΙΝ ΕΑΑ Γεωδυναμικό Ινστιτούτο Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών ΕΓΣΑ87 Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς 1987 ΣΠΕΘ AIUB ARNS AS BOC BPSK CDMA DLL Συστήματα Παγκόσμιου Εντοπισμού Θέσης Astronomical Institute of the University of Berne Aeronautical Radio Navigation Services Anti-Spoofing Binary Offset Carrier Binary Phase Shift Keying Code Division Multiple Assess Delay Lock Loop EUREF 89 European terrestrial Reference System 89 ESA FDMA FEC FLL GCP GDOP GEO GNSS GLONASS GTRF European Space Agency Frequency Division Multiple Assess Forward Error Correction Frequency Lock Loop Ground Control Points Geometric Dilution of Precision Geostationary Earth Orbit Global Navigation Satellite Systems GLObal Navigation Satellite System Galileo Terrestrial Reference Frame Σελίδα 10 από 131

11 GST IF MEO MP Galileo System Time Intermediate Frequency Medium Earth Orbit Multipath NAVSTAR Navigation Satellite Timing and Ranging NIMA NOANET NOVA OCX PLL RMS ROVER PRN QPSK RTK SA SBAS TECQ UTC National Imagery and Mapping Agency National Observatory Athens Network Network Online Visualisation of Accuracy Next Generation Operational Control System Phase Lock Loop Root Mean Square Remotely Operated Video Enhanced Receiver Pseudo Random Noise Quadri Phase Shift Keying Real Time Kinematic Selective Availability Satellite-Based Augmentation System Translation, Editing, Quality Check Universal Time Coordinated WGS84 World Geodetic System 1984 Σελίδα 11 από 131

12 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα πτυχιακή εργασία εισάγει τον αναγνώστη στην κατανόηση βασικών εννοιών των συστημάτων εντοπισμού θέσης, πλοήγησης και μέτρησης χρόνου με τη χρήση δορυφόρων. Στη βιβλιογραφία αναφέρονται ως ΣΠΕΘ Συστήματα Παγκόσμιου Εντοπισμού Θέσης ή όπως ορίζει ο διεθνής όρος GNSS Global Navigation Satellite System. Στο Α Κεφάλαιο αναλύονται οι βασικές αρχές των συστημάτων GNSS. Μέρος της θεωρίας που δε σχετίζεται άμεσα με το αντικείμενο της πτυχιακής εργασίας αλλά είναι απαραίτητο για την κατανόηση υπόλοιπων εννοιών, είναι τοποθετημένο στο Παράρτημα. Στο Β Κεφάλαιο καταγράφονται τα βήματα εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας σε συνεργασία με το Αστεροσκοπείο Αθηνών. Τα βήματα αφορούν τη δημιουργία των log sheet των 13 GNSS σταθμών επεξεργασίας του δικτύου NOA, την επεξεργασία του σταθμού ATHN για τη μετατροπή των ωριαίων αρχείων του σε ημερήσια και την εκτέλεση του NOA COMPLETENESS των GNSS σταθμών για το έτος 2011 και των GPS σταθμών για έτος 2012 (συγκεκριμένα για τους έξι πρώτους μήνες). Τέλος, για την ποιοτική αξιολόγηση των σταθμών GPS_NOA και την εξακρίβωση αν οι σταθμοί πληρούν επιτυχώς τις προϋποθέσεις ποιότητας και καταλληλότητας των δικτύων GNSS, δημιουργήθηκαν ετήσια skyplot Ver οκτώ 1 GPS_NOA σταθμών μέσω του προγράμματος Leica GNSS QC Ver για τα έτη 2010 και 2011 και ημερήσια skyplot για δέκα 2 GPS_NOA σταθμούς, με το πρόγραμμα rktlib για την ημέρα 21/02/2011 (joulian day 052). Στο Γ Κεφάλαιο βρίσκεται η ανάλυση skyplot του σταθμού KLOK (με Leica GNSS QC) και του σταθμού ATAL (με rktlib). Ονομαστικά οι σταθμοί του δικτύου NOANET όταν ξεκίνησε η επεξεργασίας τους (Ιούλιος 2012) ήταν 13 όμως μέχρι σήμερα (Νοέμβριος 2012) έχουν αυξηθεί στους 18 χάρις στις αξιέπαινες προσπάθειες του τμήματος Γεωδυναμικού του ΕΑΑ. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η καταγραφή της ποιότητας και πληρότητας των σταθμών GNSS του ΕΑΑ. Με τα αντίστοιχα προγράμματα θα γίνει έλεγχος των καταγεγραμμένων δεδομένων GPS που έχουν παραχθεί κατά τα έτη 2010, 2011 και Τέλος, η εργασία θα αποτελέσει σημαντική παρακαταθήκη στη βιβλιογραφία καθώς παρόμοιος έλεγχος για το δίκτυο GNSS του NOANET δεν έχει εκτελεστεί στο παρελθόν. Είναι λοιπόν μια εξολοκλήρου καινούργια δουλειά που θα βοηθήσει τους επόμενους ερευνητές να κρίνουν τις μέχρι τώρα μετρήσεις των 1 ATAL, KASI, KLOK, LEMN, NVRK, PONT, PRKV, SPAN. 2 ATAL, KIPO, KLOK, LEMN, NVRK, PONT, PRKV, RLSO, SPAN, VLSM. Σελίδα 12 από 131

13 σταθμών GNSS του ΕΑΑ αλλά και να συνεχίσουν να ελέγχουν για τη σωστή και ορθή καταγραφή τους στο μέλλον. ABSTRACT This thesis aims at introducing the reader to the GPS basic knowledge of GNSS. In Part A the basic principles of the global navigation satellite system are discussed. Part of the theory, which is essential for the understanding of other concept but not directly linked to the concepts of this thesis, is located in the Appendix. Part B contains the steps were followed while working at the National Observatory of Athens. These steps are as follows: first the creation of log sheets for 13 GNSS stations, second, the processing of the station ATHN for the transformation of the hourly data into daily ones and finally the NOA COMPLETENESS GNSS stations both for the whole year 2011 and the first six months of In conclusion, the quality assessment for the NOA GPS stations is evaluated and the criteria provided for GNSS stations are fit. For this reason, skyplots were created for eight stations using Leica GNSS QC Ver program for the years 2010 and 2011, and also daily skyplts of ten stations using rtklib program Ver for the 21/02/2012 date or joulian day 052. At Part C the reader can study the analysis of the station KLOK (using Leica GNSS QC) and the ATAL station (using rtklib). The NOANET stations, when the analysis was begun (July 2012), were thirteen but now they have risen to eighteen due to the remarkable work of the researchers of the Geodynamics Institute NOA. The reason for this thesis is to record the quality and quantity of GNSS NOA stations. By using the proper programs the data produced during 2010, 2011 and 2012 will be verified. Finally, this paper will be a beneficial addendum to the literature, as such a quality data process has never taken place for the GNSS NOANET. Thus, this is a piece of contemporary work which will be at the disposal of the researchers to follow, who will work at the above mentioned stations, and be supported to record the future data properly. As for further investigation, the work done can provide guidance as where and when problems occurred while the stations were operating and recording data. This can lead to the efficient operation of GNSS stations worldwide. Σελίδα 13 από 131

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Α. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ GNSS Οι αρχαίοι λαοί χρησιμοποιούσαν τη θέση των αστερισμών για να υπολογίσουν τη θέση τους σε στεριά και θάλασσα αλλά και τη σκιά που δημιουργούσε ο ήλιος πάνω σε κατάλληλα αντικείμενα όπως σχήματα στύλου, το γνωστό ηλιακό ρολόι, για τον προσδιορισμό της ώρας. Με την πάροδο του χρόνου όμως αυτές οι τεχνικές υπολογισμού δεν κάλυπταν τις αυξημένες ανάγκες τόσο στη χερσαία περιοχή όσο και στη θαλάσσια. Νέες και εξελιγμένες τεχνικές ήταν απαραίτητο να εφευρεθούν ώστε να υπάρχει κάλυψη θέσης όλο το 24ώρο σε όποιες καιρικές συνθήκες για τις ανάγκες τόσο της τοπογραφίας όσο και της υδρολογίας. Το πρώτο βήμα έκανε το Υπουργείο Άμυνας της Αμερικής το 1970, αναπτύσσοντας την ιδέα για την κατασκευή ενός παγκόσμιου δορυφορικού συστήματος προσδιορισμού θέσης, χρόνου αλλά και ταχύτητας (GPS, Global Positioning Systems). Η υλοποίηση του έργου ήρθε 10 χρόνια αργότερα, το 1980, καλύπτοντας κυρίως στρατιωτικές αλλά και πολιτικές ανάγκες. Το GPS σχεδιάστηκε να προσφέρει τις υπηρεσίες του κάτω από οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες, σε οποιοδήποτε μέρος της γης, σε απεριόριστο αριθμό χρηστών και βασίζεται στις αρχές λειτουργίας των παθητικών δορυφορικών συστημάτων ναυσιπλοΐας NAVSTAR (Στεφανάκης, 2010, σελ. 79). Η δημιουργία του συστήματος δεν επέφερε μόνο θετικά αποτελέσματα στις εμπλεκόμενες επιστήμες αλλά και το αρνητικό γεγονός ότι η ΗΠΑ ήταν ο νόμιμος και πρώτος κάτοχος, γεγονός που σήμαινε ότι σε περίπτωση που επεκτατικά συμφέροντα παρέκλιναν ετίθετο εκτός λειτουργίας και οι χρήστες αδυνατούσαν να το χρησιμοποιήσουν. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο πόλεμος Γιουγκοσλαβίας Αμερικής τη δεκαετία του 90 όταν οι δέκτες GPS έδειχναν εσκεμμένα λάθος συντεταγμένες και αρκετά μεγάλο σφάλμα για όλους τους χρήστες εκτός αυτών της Αμερικής. Η αποκλειστικότητα της Αμερικής στα συστήματα προσδιορισμού θέσης και χρόνου δεν κράτησε επί μακρόν καθώς άλλες χώρες, όπως η Ρωσία και πολύ πρόσφατα Ευρωπαϊκή Ένωση, ανέπτυξαν δορυφορικά συστήματα πλοήγησης ή αλλιώς, με το διεθνή όρο, Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Η Ρωσία παρουσίασε, το αντίστοιχο σύστημα GPS, το GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System) και η Ευρωπαϊκή Ένωση σε συνεργασία με τον Ευρωπαϊκό Διαστημικό Οργανισμό (ESA, European Space Agency) το GALILEO. Τα παραπάνω συστήματα χαρακτηρίζονται από διακριτές διαφορές στο σχηματισμό, την κάλυψη και την ακρίβεια εντοπισμού, έχουν όμως αρκετές ομοιότητες όσον αφορά την αρχή λειτουργίας και τη μεθοδολογία εντοπισμού θέσης (Στεφανάκης, 2010, σελ. 78). Παρόλα αυτά, το GALILEO έχει σχεδιαστεί ώστε να είναι τεχνολογικά πιο προηγμένο και καλύτερων Σελίδα 14 από 131

15 επιδόσεων. Εκτός από τις ΗΠΑ, Ρωσία και Ευρωπαϊκή Ένωση, δύο άλλες χώρες έχουν αναπτύξει συστήματα εντοπισμού. Η Κίνα ανέπτυξε το COMPASS, η Ινδία και Ιαπωνία τα τοπικά συστήματα IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) και QZSS (Quasi Zenith Satellite System) αντίστοιχα (Φωτίου, Πικριδάς, 2012, σελ. 20). Οι παραπάνω ονομασίες των συστημάτων ανήκουν στην ίδια κατηγορία με αυτή του GPS. Όμως, η αντίληψη ότι όλα τα συστήματα προσδιορισμού θέσης και μέτρησης χρόνου ονομάζονται GPS είναι λανθασμένη. Αρχικά το σύστημα GPS υπήρξε ο οδηγός για τη δημιουργία των μεταγενέστερων και επομένως η ονομασία GPS επικρατεί. Επίσης, η ονομασία GPS (Global Positioning System) είναι η μεταγενέστερη της ονομασίας NAVSTAR GPS από τα αρχικά Navigation Satellite Timing And Ranging GPS. Μεταξύ των τριών πρώτων συστημάτων GNSS (GPS, GLONASS, Galileo) υπάρχουν πολλές ομοιότητες στη λειτουργία και στην εφαρμογή των μεθοδολογιών και τεχνικών. Τα υπόλοιπα που είναι ακόμη ατελή ως προς την ολοκλήρωσή τους (COMPASS, IRNSS, QZSS), αναμένεται να συνεργάζονται με τα υπόλοιπα και επομένως να παρατηρούνται χαρακτηριστικές ομοιότητες μεταξύ τους. Όταν το σύστημα GPS κέρδισε έδαφος στο στρατιωτικό χώρο, επεκτάθηκε και στον τοπογραφικό προκαλώντας επανάσταση στις μετρήσεις. Η ταχύτητα μέτρησης και η ακρίβεια των αποτελεσμάτων αυξήθηκε κατακόρυφα με αποτέλεσμα τη διευκόλυνση της διαδικασίας και την ελαχιστοποίησή της. Οι εφαρμογές χρήσης του συστήματος διακρίνονται σε υψηλής ακρίβειας, τοπογραφικές και γεωδαιτικές, ή εφαρμογές GIS, χαμηλής ακρίβειας. Ακόμη, τα GPS χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες εφαρμογές πλοήγησης σε γη, αέρα, θάλασσα, διανομής χρόνου και άλλες έρευνες. Υπογραμμίζεται ότι πρωταρχικός σκοπός είναι η πλοήγηση στις 3 διαστάσεις (Χ,Ψ,Ζ). Η σύγχρονη και απλή μορφή του GPS (βλ. χειρός) σήμερα δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να ενεργοποιεί το δέκτη GPS και σε λίγα δευτερόλεπτα να γνωρίζει τη θέση του με ακρίβεια μερικών μέτρων. Ο χρήστης γνωρίζει πως η διαδικασία εύρεσης της θέσης του είναι τόσο απλή όσο η επιλογή μερικών εντολών. Η πραγματικότητα είναι πολύ διαφορετική αλλά όχι και απαραίτητα πιο δύσκολη. Η φιλοσοφία πίσω από την εύρεση ενός σημείου είναι αρκετά κατανοητή. Αν η απόσταση ενός σημείου (δέκτης) με την απόστασή του από τρείς δορυφόρους GPS είναι γνωστή, όπως επίσης και οι συντεταγμένες του κάθε δορυφόρου, τότε η τοποθεσία του σημείου μπορεί να γίνει εύκολα γνωστή. Η διαδικασία θα αναλυθεί εκτενώς σε επόμενο κεφάλαιο (Α.2 Προσδιορισμός Θέσης). Το σύνηθες λάθος που επικρατεί για τα συστήματα GPS είναι πως μετράει απόσταση. Το λογισμικό του GPS μετράει χρόνο, τον Σελίδα 15 από 131

16 οποίο με κατάλληλες μαθηματικές συνθήκες τον μετατρέπει σε απόσταση, όπου απόσταση είναι και το εξαγόμενο αποτέλεσμα που βλέπει ο χρήστης. Α.1 ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΚΑΙ GPS Το σύστημα GPS προκάλεσε επανάσταση στο χώρο της τοπογραφίας καθώς νέες τεχνικές έλαβαν χώρο οι οποίες μόνο θετικά συνέφεραν στην επιστήμη. Με χαμηλού προϋπολογισμού μηχανήματα προσδιορίζουν με μεγάλη ταχύτητα και ακρίβεια, τις τρείς συντεταγμένες σημείων (Χ,Ψ,Ζ) στην επιφάνεια γης και στο διάστημα. Σε ορισμένες περιπτώσεις το GPS συγκρίνεται με το θεοδόλιχο. Τονίζεται όμως ότι είναι δύο διαφορετικά συστήματα, καθώς για να προσδιοριστεί το απαιτούμενο σημείο με τη χρήση του GPS θα πρέπει να τοποθετηθεί η κεραία του δέκτη ακριβώς πάνω στο σημείο, σε αντίθεση με το θεοδόλιχο που με τη μέθοδο της εμπροσθοτομίας προσδιορίζεται το σημείο από απόσταση με μεγάλη ακρίβεια (Χατζόπουλος, 2012, σελ. 408). Ο ορισμός της εμπροσθοτομίας δίνεται στη συνέχεια. Είναι γνωστό, από τα πρώτα χρόνια της επαφής μας με την τριγωνομετρία, ότι σε τρίγωνο ΑΒΓ αν οι θέσεις των σημείων Α και Β είναι γνωστές, τότε μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί η θέση του σημείου Γ. Ο προσδιορισμός γίνεται από τη μέτρηση των γωνιών ΒΑΓ και ΑΒΓ (βλ. Σχήμα 1). Μια προτεινόμενη μέθοδος είναι αυτή του νόμου των ημιτόνων της επίπεδης τριγωνομετρίας (υπολογίζοντας τις πλευρές ΑΓ και ΒΓ). Ο ορισμός της θέσης ενός σημείου με τη μέθοδο της εμπροσθοτομίας είναι η βάση της δημιουργίας δικτύου σημείων οριζοντίου συστήματος αναφοράς (βλ. Σχήμα 2). Πιο συγκεκριμένα, αν προβάλουμε όλα τα σημεία στην πεπερασμένη επιφάνεια της γης, δημιουργούμε ένα δίκτυο σημείων οριζοντίου συστήματος αναφοράς (γύρω από το αρχικό τρίγωνο δημιουργούνται και άλλα) γνωστό ως τριγωνισμός (Olliver, Clendinning, 1981, σελ.4). ΣΧΗΜΑ 1: ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΗΜΕΙΟΥ Γ Σελίδα 16 από 131

17 ΣΧΗΜΑ 2: ΔΙΚΤΥΟ ΣΗΜΕΙΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Α.2 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΣΗΣ Α.2.1 ΑΠΟΛΥΤΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΣΗΣ Ο προσδιορισμός της θέσης ενός σημείου διακρίνεται σε απόλυτο και σχετικό. Στον απόλυτο προσδιορισμό θέσης (absolute positioning, absolue point positioning, point positioning, single point positioning) ορίζονται οι προβολικές συντεταγμένες (χ, ψ) ως προς ένα ορισμένο γεωκεντρικό σύστημα αναφοράς. Οι Φωτίου & Πικριδάς (2006, σελ. 25) παρομοιάζουν τη μέθοδο αυτή με μια πλευρική οπισθοτομία στο χώρο. Ως οπισθοτομία σύμφωνα με τους Olliver & Clendinning (1981, σελ. 6), ορίζεται η εύρεση της οριζόντιας θέσης ενός σημείου, βάση των μετρήσεων των γωνιών που σχηματίζει το ζητούμενο σημείο με 3 τουλάχιστον άλλα γνωστά σημεία. Στο ΣΧΗΜΑ 3 απεικονίζονται 4 σημεία, 3 εκ των οποίων γνωστά (A,B,C). Αν προσδιοριστούν οι APB και BPC τότε η θέση του σημείου P μπορεί να καθοριστεί είτε γραφικά, είτε αναλυτικά. ΣΧΗΜΑ 3: P ΑΓΝΩΣΤΟ ΣΗΜΕΙΟ (ΖΗΤΟΥΜΕΝΟ) A,B,C ΓΝΩΣΤΑ ΣΗΜΕΙΑ Σελίδα 17 από 131

18 Στην πράξη, τα γνωστά σημεία είναι οι δορυφόροι, παρατεταγμένα σαν τριγωνομετρικά σημεία σε τροχιά, τα άγνωστα οι δέκτες GPS. Υπάρχει και μια ακόμη παράμετρος, οι παρατηρήσεις: οι αποστάσεις μεταξύ δορυφόρων και δεκτών. Για την κατανόηση του απόλυτου προσδιορισμό της απόστασης θα κάνουμε την παραδοχή ότι τα ρολόγια των δεκτών και των δορυφόρων είναι τέλεια συγχρονισμένα ως προς το χρόνο GPS (UTC, Coordinated Universal Time). Είναι όμως γνωστό πως τα ρολόγια των GPS δεν είναι απόλυτα συγχρονισμένα. Επομένως, ο πρώτος δορυφόρος, με γνωστές συντεταγμένες, δημιουργεί μια σφαίρα γύρω του με ακτίνα τη μετρηθείσα απόσταση από το δέκτη GPS. Ο δεύτερος αντιστοίχως δημιουργεί μια σφαίρα, της οποία η τομή με την πρώτη σφαίρα δημιουργεί μια καμπύλη (τόξο κύκλου). Στο ΣΧΗΜΑ 4 η καμπύλη απεικονίζεται με κόκκινο χρώμα. ΣΧΗΜΑ 4: ΤΟΜΗ ΣΦΑΙΡΩΝ ΠΡΩΤΟΥ ΚΑΙ ΔΕΥΤΕΡΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΟΥ (πηγή: 8.blog.xuite.net/8/7/e/4/ /blog_724763/txt/ /6.gif) Ο τρίτος δορυφόρος δημιουργεί επίσης μια σφαίρα και η τομή του με τις δύο προηγούμενες μας δίνει 2 πιθανά σημεία. Το ένα από τα δύο βρίσκεται στο διάστημα, οπότε το ζητούμενο σημείο είναι αυτό που βρίσκεται κοντά στη γη (βλ. ΣΧΗΜΑ 5). Σελίδα 18 από 131

19 ΣΧΗΜΑ 5: ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΑΠΟΛΥΤΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΜΟΥ ΘΕΣΗΣ (πηγή: Η κόκκινη γραμμή αντιπροσωπεύει την καμπύλη της τομής των 2 πρώτων δορυφόρων, και τα 2 κίτρινα X τα 2 πιθανά σημεία. Επομένως, όπως 3 είναι οι άγνωστες συντεταγμένες θέσεις (Χ,Ψ,Ζ), ισάριθμες είναι και οι απαιτούμενες παρατηρήσεις αποστάσεων από αντίστοιχους δορυφόρους. Όμως, όπως αναφέρθηκε αρχικά, κάνοντας την παραδοχή ότι τα ρολόγια των δεκτών και δορυφόρων είναι τέλεια συγχρονισμένα, υποπίπτουμε σε συστηματικό σφάλμα. Για την αποφυγή του, η μέτρηση παρατήρησης από έναν ακόμη δορυφόρο (σύνολο τέσσερις) είναι απαραίτητη. Έως πρόσφατα η καταγραφή από τρείς δορυφόρους ήταν αρκετή, όμως ο τέταρτος δορυφόρος είναι αυτός που «κλειδώνει» τη θέση του σημείου που αναζητούμε προσφέροντας διόρθωση χρόνου. Συνολικά λοιπόν, τέσσερις άγνωστες παράμετροι, τέσσερις ταυτόχρονες παρατηρήσεις αποστάσεων από τέσσερις δορυφόρους με καλή γεωμετρία είναι η βασική αρχή του σχεδιασμού του συστήματος GPS. Η γεωμετρία με την οποία τέμνονται οι αποστάσεις μεταξύ των δορυφόρων είναι αρκετά καθοριστικός παράγοντας, καθώς αν η γωνία τομής είναι μικρή προκαλείται ασάφεια (κακή γεωμετρία), ενώ αν είναι μεγάλη (καλή γεωμετρία) έχουμε σαφήνεια. Ως καλή γεωμετρία ή αλλιώς good GDOP (Geometric Dilution of Precision) ορίζεται η ομοιόμορφη κατανομή των δορυφόρων γύρω από τη γη. Η τιμή GDOP όταν είναι σε υψηλά επίπεδα αντιπροσωπεύει ένα μικρό όγκο μοναδιαίων διανυσμάτων που σχηματίζεται όταν οι γωνίες που χρησιμοποιούνται από το δέκτη στους δορυφόρους είναι ίδιες. Ο μαθηματικός τύπος του GDOP ορίζεται ως εξής: Σελίδα 19 από 131

20 GDOP = 3 Στο Γ.3 Κεφάλαιο θα γίνει ανάλυση των υπολοίπων DOP (PDOP, HDOP, VDOP, TDOP) ΣΧΗΜΑ 6: ΙΣΧΥΡΟ ΚΑΙ ΑΣΘΕΝΕΣ GDOP (πηγή: Τα αποτελέσματα των μετρήσεων GPS, είτε οι καρτεσιανές συντεταγμένες (Χ,Ψ,Ζ) είτε οι γεωδαιτικές (φ,λ,h), εξάγονται στο σύστημα συντεταγμένων του GPS, στο WGS84 (World Geodetic System 1984). Για λόγους συμβατότητας οι αρχικές συντεταγμένες έχουν τη δυνατότητα μετατροπής σε άλλα γεωδαιτικά συστήματα, όπως το ΕΓΣΑ87 (Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς 1987). Μετά την αλλαγή γεωδαιτικού συστήματος, οι συντεταγμένες μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε ως επίπεδες προβολικές είτε ως χαρτογραφικές (x,y) ή (E,N) αντίστοιχα αλλά και ως ορθομετρικά υψόμετρα (H) ως προς το γεωειδές. Σημειώνεται πως το γεωειδές ορίζεται ως μέση στάθμη της θάλασσας σε ιδανικές συνθήκες, δηλαδή αν λάβουμε ως δεδομένο ότι η θάλασσα είναι απαλλαγμένη από παλίρροιες και από τα καιρικά φαινόμενα που την επηρεάζουν. Η επιφάνεια του γεωειδούς είναι μία ισοδυναμική επιφάνεια, ανώμαλη και ιδιαίτερα ακανόνιστη. 3 πηγή: Σελίδα 20 από 131

21 ΣΧΗΜΑ 7: ΓΕΩΕΙΔΕΣ (πηγή: Στεφανάκης, 2000, σελ. 2). Α.2.2. ΣΧΕΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΜΟΣ ΘΕΣΗΣ Στο σχετικό προσδιορισμό θέσης (relative positioning, differential positioning) οι συντεταγμένες ενός σημείου προσδιορίζονται βάσει ένα άλλο σημείο με γνωστές συντεταγμένες ως προς το σύστημα WGS84. Βασική προϋπόθεση είναι να εκτελούνται ταυτόχρονα οι παρατηρήσεις από τους δύο δέκτες (δέκτης γνωστού και δέκτης άγνωστου σημείου) για τα δύο σημεία και προς τους αντίστοιχους δορυφόρους. Η τεχνική είναι να προσδιοριστεί η σχετική θέση, δηλαδή η διαφορά των συντεταγμένων μεταξύ των δύο σημείων (διάνυσμα βάσης) και όχι οι απόλυτες τιμές του άγνωστου σημείου. Σημειώνεται ότι η ακρίβεια αναγνώρισης της θέσης του επιθυμητού σημείου, στηρίζεται στην ακρίβεια των συντεταγμένων του γνωστού σημείου. Η μέθοδος του σχετικού προσδιορισμού θέσης ανταποκρίνεται και στην ανάγκη μέτρησης πάνω από δύο σημείων, με αντίστοιχο αριθμό δεκτών. Όμως πρέπει να υπάρχει πάντα ένα σημείο με γνωστές συντεταγμένες. Πέραν από το διαχωρισμό σε απόλυτο και σχετικό προσδιορισμό θέσης, γίνεται ακόμη διαχώριση σε (σχετικό) στατικό ή κινηματικό, ανάλογα από το αν ο δέκτης είναι σταθερός ή όχι (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Α.2.3 ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΜΟΣ ΘΕΣΗΣ Η σχετική ακρίβεια του στατικού προσδιορισμού σε σχέση με το μήκος μιας βάσης εξαρτάται από τη χρήση μονής ή διπλής συχνότητας δέκτη. Η επιλογή δέκτη γίνεται ανάλογα με το μέγεθος της βάσης, σε βάσεις μερικών δεκάδων km που διαρκούν μερικές ώρες, η Σελίδα 21 από 131

22 χρήση δέκτη διπλής συχνότητας είναι αναγκαία για την εξάλειψη του ιονοσφαιρικού σφάλματος. Στις στατικές εφαρμογές η επίδραση του σφάλματος ανανάκλασης (multipath error), σε αντίθεση με τις κινηματικές, είναι αρκετά μικρότερη καθώς κατά τη διάρκεια παρατήρησης η μεταβολής της γεωμετρίας των δορυφόρων ως προς το δέκτη προκαλεί τη μεταβολή στα σφάλματα πολυνανάκλασης με αποτέλεσμα αυτά να μειώνονται. Οι ακρίβειες στις μετρήσεις που επιτυγχάνονται εξαρτώνται από την καλή γεωμετρία των δορυφόρων και την υψηλή τιμή SNR Signal Noise Ratio (βλ. Γ.2 Κεφάλαιο). Ο σχετικός στατικός προσδιορισμός θέσης εφαρμόζεται σε τοπογραφικές και γεωδαιτικές εφαρμογές υψηλής ακρίβειας. Σε περίπτωση που αναφερόμαστε σε χαμηλότερης ακρίβειας εφαρμογές ή σε χαμηλότερης ακρίβειας παρατηρήσεις ψευδοαποστάσεων των μετρητικών κωδίκων, τότε χρησιμοποιούμε τη μέθοδο του διαφορικού προσδιορισμού θέσης (DGPS, Differential GPS) (βλ. Α.2.6 Κεφάλαιο) (El Rabbany, 2002, σελ , Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Α.2.4 ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΜΟΣ ΘΕΣΗΣ Η κινηματική διαδικασία αναφέρεται στη μελέτη του δέκτη από σημείο σε σημείο. Οι εφαρμογές του σχετικού κινηματικού προσδιορισμού είναι της τάξης των μερικών μέτρων, όπως ο προσδιορισμός τροχιάς οχημάτων, διαδρομών και σημείων λεπτομερειών σε τοπογραφικές και χαρτογραφικές αποτυπώσεις. Η εύρεση των απαιτούμενων σημείων αποτελείται από την επίλυση της ασάφειας της φάσης των δορυφόρων, από έναν ακίνητο δέκτη και ένα σταθερό. Ο ακίνητος δέκτης παραμένει συνεχώς στο ίδιο σημείο (ενίοτε γνωστό αλλά όχι απαραίτητα) με καλό ορίζοντα και χωρίς παρεμβολές ή ανακλάσεις. Ο κινητός δέκτης είναι στην αρχή ακίνητος για τη συλλογή ικανοποιητικού αριθμού μετρήσεων για την επίλυσης της φάσης (μέτρηση σε πραγματικό χρόνο ή εκ των υστέρων επεξεργασία). Απαραίτητη προϋπόθεση είναι φυσικά η λήψη σήματος από τέσσερις τουλάχιστον δορυφόρους (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ. 25, ). Σελίδα 22 από 131

23 A.2.5 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΧΡΟΝΟ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΚ ΤΩΝ ΥΣΤΕΡΩΝ Η μέθοδος μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο (RT) είναι ιδιαιτέρα γνωστή και προτιμάται από τους ερευνητές για την ευκολία χρήσης της και την ικανότητά της να προσδιορίζει με ακρίβεια τις απαιτούμενες συντεταγμένες. Στη μέθοδο περιλαμβάνονται δύο ή και παραπάνω δέκτες που έχουν «κλειδώσει» τους ίδιους δορυφόρους. Οι κινούμενοι δέκτες (rover receiver 4 ) λαμβάνουν τις πληροφορίες θέσεις από το σταθερό σταθμό (base receiver), μέσω ραδιοφωνικής συχνότητας, ο οποίος βρίσκεται τοποθετημένος πάνω στο γνωστό σημείο, συνδεδεμένος με ραδιοφωνικό πομπό συχνοτήτων. Το λογισμικό του κάθε δέκτη δέχεται τις πληροφορίες θέσης και τις μετρήσεις από το σταθερό σταθμό και από τους δέκτες, τις συνδυάζει και τις επεξεργάζεται, ώστε να παράγει τις συντεταγμένες του άγνωστου σημείου. Ο σταθερός σταθμός βρίσκεται σε ακτίνα μέτρησης περίπου χλμ. από το άγνωστο σημείο (El Rabbany, 2002, σελ ). Από την άλλη η επεξεργασία εκ των υστέρων (post processing) δίνει πιο ακριβή αποτελέσματα χάρις στην πολυτέλεια του χρόνου χωρίς τη βιασύνη της μελέτης πεδίου. Επομένως η ακρίβεια των δεδομένων GPS δεν υποβαθμίζεται αν αναλογιστούμε ότι δε μεταφέρονται με ραδιοφωνικό σήμα όπως συμβαίνει σε μετρήσεις RT/RT DGPS. Όμως σε περίπτωση που εισαγωγής λανθασμένων δεδομένων είναι σχεδόν αδύνατον αυτά να ανιχνευτούν και να επιλυθούν. Α.2.6 ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΜΟΣ ΘΕΣΗΣ - DGPS Αναφέρθηκε ότι η μέθοδος του διαφορικού εντοπισμού θέσης (DGPS) στο σύστημα GPS υπολογίζει το σχετικό προσδιορισμό θέσης με παρατηρήσεις από κοινούς δορυφόρους, από όλους τους δέκτες σε πραγματικό χρόνο (RT). Η μέθοδος DGPS είναι βασισμένη στο ότι τα σφάλματα του συστήματος GPS είναι συσχετισμένα για το δέκτη και το σταθμό (El Rabbany, 2002, σελ. 79) και επομένως η μείωσή τους ή η εξάλειψή τους είναι εφικτή με τη χρήση διαφορών μεταξύ των μετρήσεων (μετρήσεις ψευδοαπόστασης) (Φουμέλης, 2009, σελ. 40). Για τη μέτρηση της σχετικής απόστασης έχουμε την ίδια διαδικασία με το σχετικό προσδιορισμό θέσης, δηλαδή δύο ή παραπάνω δέκτες και ένας σταθερός σταθμός. Οι μετρήσεις των συντεταγμένων του σταθμού και των δορυφόρων, που μεταφέρονται με το 4 ROVER: Remotely Operated Video Enhanced Receiver Σελίδα 23 από 131

24 μήνυμα δεδομένων, είναι αρκετά για να υπολογιστούν οι αποστάσεις από τους ορατούς δορυφόρους. Επομένως, το σφάλμα της ψευδοαπόστασης προκύπτει από τη διαφορά της απόστασης των δορυφόρων και των μετρηθέντων κωδίκων ψευδοαπόστασης (El Rabbany, 2002, σελ. 79). Σύμφωνα με το Δρ. Φουμέλη (2009, σελ. 40) η μείωση/εξάλειψη των σφαλμάτων μετρήσεων είναι εφικτή με αρκετούς τρόπους, με κοινό παρανομαστή τη χρήση διαφορών μεταξύ των παρατηρήσεων. A.2.7 ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ GPS Τα σφάλματα των παρατηρήσεων GPS διαχωρίζονται σε συστηματικά και τυχαία. Ως συστηματικά ορίζονται εκείνα που εξαρτώνται α)από το δορυφόρο, έκφραση τροχιάς και το μοντέλο χρονομέτρων των δορυφόρων, β)από το δέκτη, χρονόμετρο δέκτη και αρχικές συντεταγμένες του σταθμού και γ)από την παρατήρηση, ιονοσφαιρική και τροποσφαιρική καθυστέρηση και ακέραια ασάφεια των παρατηρήσεων της φάσης φέροντος κύματος. Τα τυχαία αναλύονται σε 1)απώλειες κύκλων, 2)πολλαπλές ανακλάσεις, 3)μετακίνηση του κέντρου φάσης της κεραίας, 4)τυχαία σφάλματα παρατήρησης και 5)όλα τα υπόλοιπα συστηματικά σφάλματα (Φουμέλης, 2009, σελ. 46). Α.3 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ WGS84 ΤΟΥ GPS Το σύστημα WGS84 (World Geodetic System 1984) είναι το σύστημα συντεταγμένων του συστήματος GPS. Το παγκόσμιο γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς δημιουργήθηκε από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ, όπως και το GPS, και αποτελεί προϊόν της NIMA (National Imagery and Mapping Agency). Το πλαίσιο αναφοράς του επιτυγχάνεται μέσω των συντεταγμένων ενός συνόλου 13 σταθμών παρακολούθησης των δορυφόρων GPS που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των τροχιών με παγκόσμια κατανομή. Η λειτουργία του συστήματος στηρίζεται στην εύρεση γεωγραφικού μήκους, πλάτους και ύψους. Για να πραγματοποιηθεί αυτό, το σύστημα αποτελείται από ένα ελλειψοειδές γήινο μοντέλο με μεγάλο ημι - άξονα (α), επιπλάτυνση (f), GM (γήινη βαρυτική σταθερά), γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της γης (ω) (Kaplan, 1996, σελ. 25, Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ ). Σελίδα 24 από 131

25 Α.4 ΔΟΜΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ GPS Από τους δορυφόρους GPS εκπέμπονται σήματα και κωδικοποιημένες πληροφορίες, τροφοδοτούμενα από τη θεμελιώδη συχνότητα f 0 = MHz. Κάθε δορυφόρος εκπέμπει μοναδικό και αρκετά σύνθετο σήμα, φέρουσας συχνότητας f 0 και δέσμης L που διαχωρίζεται στα φέροντα κύματα L1 και L2. Στις φέρουσες συχνότητες προστίθενται κώδικες ψευδοτυχαίου θορύβου (Pseudo Random Noise codes, PRN), σαν δυαδικές διφασικές διαμορφώσεις (binary diphase modulation), στις συχνότητες f p = f 0 για τον P κώδικα με λ = 29,31 m) και f c = f 0 /10 για τον C/A κώδικας με λ = 293,1 m. Οι φέρουσες συχνότητες δεν έχουν επιλεγεί τυχαία αλλά με βάση μια σειρά κριτηρίων όπως επίσης και τη διαθεσιμότητα των ίδιων των συχνοτήτων. Ως κατάλληλα κριτήρια αναφέρονται η κατασκευή του συστήματος, ο τρόπος ή ο σκοπός χρήσης του και η συνεργασία του με άλλα συστήματα. Όσον αφορά στη διαθεσιμότητα των συχνοτήτων, σε μεγαλύτερες συχνότητες (που συνεπάγεται μικρότερα μήκη κύματος, λ) παρατηρείται αρκετά μεγάλη εξασθένιση του σήματος κατά τη διάδοσή του εντός της τροπόσφαιρας καθώς και αύξηση της ανάκλασής του από την ιονόσφαιρα. Επίσης, η ελάττωση πέραν ενός σημείου του μήκους κύματος προκαλεί δυσχέρεια στη συσχέτιση του PRN κώδικα. Μικρότερες συχνότητες θα είχαν ως αποτέλεσμα την αύξηση του σφάλματος λόγω του φαινομένου των πολλαπλών ανακλάσεων (Φουμέλης, 2009, σελ. 38). Τέλος, υπογραμμίζεται ότι η χρήση δύο τουλάχιστον συχνοτήτων (L1, L2) ή δύο μετρητικών κωδικών πάνω σε δύο διαφορετικές φέρουσες συχνότητες, επιτρέπει τον προσδιορισμό και την εξάλειψη της ιονοσφαιρικής επίδρασης. Η ιονοσφαιρική επίδραση αποτελεί πηγή συστηματικών σφαλμάτων που εξαρτώνται από τη συχνότητα και αναφέρονται στην απόσταση μεταξύ του σταθερού και κινούμενου δέκτη. Συχνά εντοπίζονται στη χρήση μονής συχνότητας (Single-Based RTK) (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Α.4.1 ΦΕΡΟΥΣΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΚΩΔΙΚΕΣ PRN Ο κάθε δορυφόρος διαθέτει ένα ατομικό ρολόι με δύο λειτουργίες, την κλασσική λειτουργία της μέτρησης του χρόνου και την παραγωγή μιας θεμελιώδους συχνότητας f 0 = ΜHz, από την οποία προκύπτουν δύο βασικές και συμφασικές φέρουσες συχνότητες ή κύματα φορείς (carrier frequencies ή carrier waves). Οι προκύπτουσες της συχνότητας f 0 ονομάζονται L1 και L2 όπου: L1 = 2 77 f 0 = 154 οπότε f 0 = ΜHz, με μήκος κύματος λ cm και Σελίδα 25 από 131

26 L2 = 2 60 f 0 = 120 οπότε f 0 = ΜHz, με μήκος κύματος λ cm. Σημειώνεται ότι για τη διάθεση άδεια λειτουργίας των συχνοτήτων στα συστήματα GNSS, υπεύθυνη είναι η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU). Από το σύστημα GPS απαιτούμε τον προσδιορισμό θέσης, σε πραγματικό χρόνο, με υψηλή ακρίβεια, μετρώντας αποστάσεις μεταξύ δεκτών και δορυφόρων. Οι μετρήσεις είναι «μιας κατεύθυνσης» με τα σήματα να εκπέμπονται μόνον κατά τη φορά «δορυφόρος δέκτης» και για αυτό χρησιμοποιούνται οι εκπεμπόμενοι μετρητικοί κώδικες σήματα, οι C/A και P, όπου: C/A (Coarse/Acquisition code ή Clear Access) ο κώδικας που είναι σε ελεύθερη χρήση και, P (Precise ή Protected) ο κώδικας που μεταδίδεται κρυπτογραφημένος με τη μορφή P(Y) και είναι διαθέσιμος μόνο σε εξουσιοδοτημένους χρήστες (κυρίως για στρατιωτική χρήση). Τελευταία όμως, έχουν γίνει οι απαραίτητες ενέργειες και με ειδικές τεχνικές κατέστη δυνατό να γίνονται μετρήσεις χωρίς τη γνώση του μυστικού κώδικα W που διαμορφώνει τον κώδικα P σε P(Y)). P code C/A code ΣΧΗΜΑ 8: ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΟΡΘΟΓΩΝΙΩΝ ΠΑΛΜΩΝ P ΚΩΔΙΚΑ ΚΑΙ C/A ΚΩΔΙΚΑ (πηγή: pg 6,7) Ειδικότερα, οι παραπάνω κώδικες είναι δυαδικές ακολουθίες των ψηφίων 0 και 1 (binary bits ή chips) παραγόμενες από ειδικούς αλγορίθμους (ως ορθογωνικοί παλμοί με πλάτος +1 ή -1) και μεταφέρουν στην ουσία το δορυφορικό χρόνο στο δέκτη, ώστε με κατάλληλη επεξεργασία να προκύψει ο χρόνος ταξιδιού (travel time) κάθε σήματος και συνεπώς οι Σελίδα 26 από 131

27 αντίστοιχες παρατηρήσεις των αποστάσεων προς τους δορυφόρους που απαιτούνται για τον προσδιορισμό της θέσης του δέκτη. Ο C/A και ο P είναι κώδικες ψευδοτυχαίου θορύβου (Pseudo Random Noise, PRN). Οι ακολουθίες των κωδικών (deterministic sequences) δηλαδή δυαδικών 0 και 1, παράγονται από συγκεκριμένους γνωστούς μαθηματικούς αλγορίθμους σε ειδικές διατάξεις καταχωρητές αναδραστικής μετάθεσης (Feedback Shift Registers FBSR), και δεν είναι γραμμένοι τυχαία, παρόλο που εκ πρώτης όψεως έτσι φαίνεται, αλλά έχουν τα χαρακτηριστικά του τυχαίου θορύβου και επαναλαμβάνονται ανά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα (περίοδος). Η συχνότητα παραγωγής ψηφίων κώδικα PRV ονομάζεται ψηφιακός ρυθμός (chipping rate) και μετράται σε bps (bits per second) ή cps (chips per second) 5 και όχι σε Hz. Κάθε ψηφίο κώδικα έχει πεπερασμένη διάρκεια (Τ) και μήκος (chipping length). Σημειώνεται ότι το μήκος προκύπτει αν η διάρκειά του πολλαπλασιαστεί με την ταχύτητα του φωτός. Οι κώδικες P και C/A είναι μοναδικοί για κάθε δορυφόρο και ορθογώνιοι μεταξύ τους, γεγονός που επιτρέπει στους τελευταίους να εκπέμπουν ταυτόχρονα τα σήματα (μετρητικούς κώδικες) στην ίδια φέρουσα συχνότητα χωρίς να αναφέρεται παρεμβολή μεταξύ τους. Αυτό επιτρέπει στο δέκτη, και κατά συνέπεια στους εκάστοτε εν ενεργεία χρήστες, να αναγνωρίζει τα σήματα, να τα ανακτά και να εκτελεί τις μετρήσεις. Η τεχνική αυτή ονομάζεται CDMA (Code Division Multiple Access) και προσφέρεται για GPS και GALIELO, ενώ για GLONASS υπάρχει η μέθοδος FDMA (Frequency Division Multiple Access), δηλαδή ίδιος κώδικας PRV αλλά εκπέμπεται από διαφορετικούς δορυφόρους σε διαφορετικές συχνότητες. Εκτός από αυτή τη δυνατότητα, ο δέκτης είναι ικανός να δημιουργήσει ένα αντίγραφο του κώδικα, με το οποίο συγκρίνει το λαμβανόμενο κώδικα από το δορυφόρο. Με αυτόν τον τρόπο αλλά και από το σύνολο των σημάτων που εισέρχονται στην κεραία του, ο δέκτης γνωρίζει τους δορυφόρους που έχει «κλειδώσει» και τους παρακολουθεί διαρκώς στους διαύλους του (κανάλια, channels). Το αντίγραφο που δημιουργεί ο δέκτης είναι μετατοπισμένο με βάση το χρόνο που χρειάστηκε για να ταξιδέψει το σήμα. Ο χρόνος του ταξιδιού δίνει την ψευδοαπόσταση, καταγράφεται στη μνήμη των δεκτών και αφορά στο χρόνο που χρειάζεται για να μετατοπιστεί κατάλληλα το αντίγραφο, ώστε να γίνει η ταύτιση του χρόνου. Η ταύτιση ή αλλιώς ταίριασμα, στην ορολογία των GPS ονομάζεται συσχέτιση (correlation) και είναι μια λειτουργία χρονικής μετατόπισης του αντιγράφου που δημιουργεί ο δέκτης με το αυθεντικό του δορυφόρου. Ο ρόλος της συσχέτισης είναι να μετράει κατά 5 Ο όρος chip αντί του όρου bit δίνει έμφαση στο γεγονός ότι τα ψηφία 0 και 1 δεν είναι data όπως στην περίπτωση του μηνύματος πλοήγησης. Σελίδα 27 από 131

28 πόσο μια κυματική μορφή ή ακολουθία είναι όμοια με μια χρονικά μετατοπισμένη μορφή της (στην προκειμένη περίπτωση με το αντίγραφο). Αν το λαμβανόμενο σήμα από το δορυφόρο πολλαπλασιαστεί με το αντίγραφο του κώδικα (αφού γίνει η συσχέτιση) ή αν το λαμβανόμενο σήμα πολλαπλασιαστεί με τον εαυτό του (τετραγωνισμός, squaring), τότε θα προκύψει το σήμα χωρίς τη διαμόρφωση του συγκεκριμένου κώδικα. Επιπρόσθετα, οι κώδικες εκτός από άρτιες ιδιότητες συσχέτισης, έχουν τη δυνατότητα να ξεπερνάνε δυσκολίες όπως οι παρεμβολές ραδιοκυμάτων από άλλες πηγές. Οι κώδικες PRN μαζί με τα μηνύματα δεδομένων, χρειάζονται τουλάχιστον ένα φορέα για να τα μεταφέρει από το δορυφόρο στο δέκτη, ο οποίος είναι πιθανό να έχει τη μορφή ημιτονοειδούς κύματος ή φέρουσας συχνότητας δέσμης L. Ο κώδικας C/A (διαθέσιμος για τον προσδιορισμό θέσης συμβατικής ακρίβειας) διαμορφώνεται από τη συχνότητα L1, ενώ ο P(Y) και το μήνυμα δεδομένων από τις συχνότητες L1 και L2. Για τους δύο κώδικες, ο κάθε δορυφόρος εκπέμπει και παράγει μια μοναδική ακολουθία, με την έννοια ότι αν έχουμε Χ δορυφόρους GPS τότε θα έχουμε και Χ διαφορετικούς κώδικες για τον C/A και τον P(Y). Το παρακάτω σχήμα παρουσιάζει τις βασικές συνιστώσες του δορυφορικού σήματος (φορείς- κώδικες - μηνύματα δεδομένων) που ελέγχονται από τη θεμελιώδη συχνότητα του ατομικού δορυφορικού ταλαντωτή. Βασική συχνότητα 10,23 MHz 10 Παραγωγή δεδομένων 50 Hz *154 L MHz C/a MHz P(Y) MHz Data 50 bps L2 * MHz P(Y) MHz Data 50 bps ΣΧΗΜΑ 9: ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΤΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ (L1, C/A, P(Y), D) ΚΑΙ (L2, P(Y), D) (πηγή: Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ. 70). Σελίδα 28 από 131

29 Στον παρακάτω πίνακα περιγράφονται τα χαρακτηριστικά των κωδικών C/A και P. C/A P Ακολουθία 1023 chips/bits * ψηφία chips Συχνότητα/ ψηφιακός MHz (=f 0 /10) MHz (=f 0 ) ρυθμός Διάρκεια ψηφίου 1 μs 0.1 μs Συνολική διάρκεια 1ms 38 εβδομάδες Μήκος ψηφίου 300 m 30 m Συνολικό μήκος 300 km 7 * km Παράγεται από Το γινόμενο 2 επιμέρους PRN κωδικών Το γινόμενο 2 επιμέρους PRN κωδικών ΠΙΝΑΚΑΣ 1: ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΩΔΙΚΩΝ C/A ΚΑΙ P Ο κώδικας P επαναλαμβάνεται κάθε 38 εβδομάδες ή 266,4 ημέρες. Το διάστημα αυτό είναι υπερβολικά μεγάλο και διευκολύνει τις μετρήσεις, όμως έγινε διαχωρισμός της συνολικής ακολουθίας, στον αριθμό των 38 διαφορετικών εβδομαδιαίων τμημάτων με 6.19 * ψηφία το καθένα. Αποτέλεσμα το μήκος του κώδικα P να περιοριστεί στη 1 εβδομάδα (είναι κατανοητό πως η αναμετάδοση σε διάστημα πάνω από 200 μέρες θα ήταν αδύνατον). Ο αριθμός του εβδομαδιαίου τμήματος χαρακτηρίζει τον αριθμό PRN κάθε δορυφόρου. Υπογραμμίζεται, ότι για την παραγωγή και μετάδοση 1 ψηφίου κώδικα C/A αντιστοιχούν 10 ψηφία του κώδικα P, στον ίδιο χρόνο και 1540 κύκλοι του φορέα L1. Όσον αφορά τους κώδικες και τις ψευδοαποστάσεις, οι τελευταίες εξαρτώνται από το μήκος του ψηφίου με ποσοστό 0.1 % έως 1% μήκους ψηφίου, που στον κώδικα C/A αντιστοιχεί στα 30 cm έως 3 m. Ο P προσφέρεται για μετρήσεις ψευδοαποστάσεων με ακρίβεια περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του C/A. Δηλαδή ακρίβεια ψευδοαποστάσεων της τάξης των μερικών εκατοστών έως 30 cm. Αναφέραμε στο ΣΧΗΜΑ 9, ότι ο κώδικας C/A επαναλαμβάνεται κάθε 1 ms δημιουργώντας πλεονέκτημα στο δέκτη να κάνει σε ελάχιστο χρονικό διάστημα τη συσχέτιση και να ετοιμαστεί για την εκτέλεση των μετρήσεων, σε σύγκριση με τον P που επαναλαμβάνεται κάθε εβδομάδα. Η συμβολή του κώδικα C/A είναι αρκετά απαραίτητη καθώς παρέχει γρήγορη πρόσβαση στον κώδικα P, επιτρέπει τον ικανοποιητικό συγχρονισμό ρολογιού του δέκτη ως προς το χρόνο GPS, αλλά και μεταξύ όλως των δεκτών που παρατηρούν Σελίδα 29 από 131

30 ταυτόχρονα ώστε οι μετρήσεις που καταγράφονται από τους δέκτες να προσφέρονται με ικανοποιητική ακρίβεια ταυτόχρονες. Η εξολοκλήρου αναπαραγωγή των κωδίκων P και C/A και του μηνύματος ναυσιπλοΐας (message file), πραγματοποιείται την αρχή κάθε εβδομάδας (μεσάνυχτα Σαββάτου προς Κυριακή 0 h πρωί), ανεξάρτητα από τη φάση μετάδοσης που βρίσκονται εκείνη τη στιγμή. Επιπλέον, χρησιμοποιείται αντίστοιχος αριθμός διαφορετικών κωδικών C/A για κάθε δορυφόρο μεταξύ ενός μεγάλου αριθμού εναλλακτικών επιλογών που προσφέρει ο αλγόριθμος. Για τη διόρθωση του δορυφορικού χρόνου ως προς την κλίμακα χρόνου του GPS, προσφέρονται οι εκπεμπόμενες χρονικές παραμέτρους του μηνύματος πλοήγησης (message file). Βέβαια πάντα υπάρχει και η δυνατότητα για μια εκ των υστέρων επεξεργασία, χρήσης χρονικών παραμέτρων υψηλής ακρίβειας όπως οι παράμετροι διόρθωσης της IGS (International GNSS Service) (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Α.4.2 ΜΗΝΥΜΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΗΝΥΜΑ (NAVIGATION FILE) Αναφέρθηκε προηγουμένως, ότι το μήνυμα πλοήγησης/ναυσιπλοΐας/δεδομένων (navigation file/data code/broadcast message) είναι αναγκαίο να μεταφερθεί στο δέκτη, καθώς παρέχει σημαντικές πληροφορίες όπως στοιχεία για την τροχιά των δορυφόρων (δορυφορική εφημερίδα, συντεταγμένες δορυφόρου) και παραμέτρους για τον επιτυχή συγχρονισμό των ρολογιών των δορυφόρων κατά χρόνο GPS. Επομένως το μήνυμα δεδομένων (navigation file), κατέχοντας τις παραπάνω πληροφορίες, προσφέρει τη δυνατότητα υπολογισμού θέσης σε πραγματικό χρόνο (Real Time, RT). Σημειώνεται ότι μεταδίδεται και στις δύο φέρουσες συχνότητες L1, L2. Η δυνατότητα προσδιορισμού σε RT ίσως να επιφέρει κάποια μικρά σφάλματα, καθώς σε κάθε εκ των υστέρων επεξεργασία προσφέρονται πιο ακριβείς μετρήσεις ή ακόμη και πληροφορίες από Διεθνείς Υπηρεσίες, για πιο σωστά αποτελέσματα. Όπως οι μετρητικοί κώδικες, έτσι και το μήνυμα πλοήγησης είναι δυαδική ακολουθία με γράμματα και αριθμούς, τα λεγόμενα δεδομένα, που παράγονται με συχνότητα 50 Hz ή ψηφιακό ρυθμό 50bps. Η διάρκεια κάθε ψηφίου δεδομένων είναι 20 ms και ένα ψηφίο δεδομένων περιέχει 20 C/A κώδικες, L1 κύκλους και L2 κύκλους. Η μορφή του μηνύματος περιλαμβάνει τα πλαίσια (frames) και υποπλαίσια (subframes) διάρκειας 30 sec, 1500 bits και 6 sec, 300 bits αντίστοιχα, όπου ένα πλαίσιο ισούται με 5 υποπλαίσια. Χρειάζονται 25 πλαίσια για να μεταδοθεί ένα πλήρες μήνυμα δεδομένων. Σελίδα 30 από 131

31 Κάθε υποπλαίσιο αρχίζει με τη λέξη τηλεμετρίας TLM (Telemetry word) όπου περιέχονται διαγνωστικά μηνύματα και πληροφορίες για εξειδικευμένους χρήστες, και ακολουθεί η λέξη HOW (Hand Over Word) με σημαντική αξία για το μήνυμα, καθώς περιέχει πληροφορία για το ποιο ακριβώς τμήμα από το εβδομαδιαίο σύνολο της μεγάλης ακολουθίας του P λαμβάνεται εκείνη τη στιγμή μαζί με τα δεδομένα και επιπλέον συμμετέχει στον προσδιορισμό του δορυφορικού χρόνου από το δέκτη (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Α.4.3 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ Η πιο διαδεδομένη μορφή του σήματος είναι αυτή του ημιτονοειδούς (ψ = Αcos (2πf t + φ 0 ). Όμως αυτή η μορφή δεν υποστηρίζει τη μεταφορά πληροφοριών, χωρίς την επεξεργασία των μεταβλητών της. Οι 3 βασικές μεταβλητές του ημιτονοειδούς σήματος είναι το πλάτος (Α), η συχνότητα (f) και η φάση (2πf t ). Είναι κατανοητό πως στο δορυφορικό σήμα, καταλυτικό παράγοντα έχει η φάση, οπότε και αυτή η μεταβλητή θα επεξεργαστεί αναλόγως. Στο δορυφορικό σήμα, για να επηρεάσουμε την τιμή της φάσης, πρέπει να επέμβουμε στις τιμές των φερουσών συχνοτήτων L1 και L2. Δύο είναι οι μέθοδοι για αυτήν την επεξεργασία: 1) της δυαδικής διφασικής διαμόρφωσης (Binary Phase Shift Keying, BPSK) και 2) της modulo 2 πρόσθεσης. Στην πρώτη μέθοδο, στον έναν από τους δύο φορείς της σταθερής συχνότητας (π.χ. L1) επιφέρεται κάποια αλλαγή στη φάση του με σκοπό τη δυνατότητα μεταφοράς πληροφοριών, από μια ακολουθία δυαδικών ψηφίων 1 και 0 έτσι ώστε κάθε αλλαγή στην ακολουθία των ψηφίων από 0 σε 1 ή από 1 σε 0, να επιφέρει αλλαγή στη φάση του κατά 180. Σημειώνεται ότι η αλλαγή από 0 σε 0 ή 1 σε 1 αφήνει τη φάση αμετάβλητη. Συνεπώς, η διαμόρφωση της φάσης φορέα έχει δύο μορφές: την κανονική κατάσταση (normal state) και την αντεστραμμένη ή κατοπτρική (mirror image state), δεκαδικό +1 και δεκαδικό (-1) αντίστοιχα (αλλαγή φάσης 180 ). Συμπεραίνουμε ότι κατά κανόνα η διαμόρφωση του φορέα σήματος γίνεται με τον πολλαπλασιασμό του με +1 ή -1. Σελίδα 31 από 131

32 Στη δεύτερη μέθοδο, το μήνυμα δεδομένων (D, Data code), μια σειρά δυαδικών ψηφίων (data bits), που αναπαριστά αλφαριθμητικά δεδομένα και υπερτίθεται και στους δύο φορείς, προστίθεται με τους κώδικες P και C/A με τη μέθοδο modulo 2, όπου ισχύει: = = = = 0 Δηλαδή, κάθε ψηφίου του μηνύματος δεδομένων που μεταδίδεται αν είναι 1 επιφέρει αλλαγή προκαλώντας την αναστροφή της κατάστασης ή της φάσης του κώδικα 6, των αντίστοιχων ψηφίων της ακολουθίας του κώδικα (από δυαδικό 0/κατάσταση +1 σε δυαδικό 1/κατάσταση -1), αν είναι 0 όχι. Η ακολουθία προκύπτει από την πρόσθεση και διαμορφώνει, ανάλογα, το φορέα L1 ή L2 με βάση την πρώτη μέθοδο διαμόρφωσης BPSK. Γνωρίζουμε ότι η συχνότητα L1 διαμορφώνεται από τους κώδικες C/A και P(Y) και πριν τη διαμόρφωσή της, χωρίζεται σε δύο συνιστώσες/φορείς. Η μία εκ των 2 προηγείται κατά 90 της φάσης, ενώ η δεύτερη διαμορφώνεται από το άθροισμα (D + P(Y)). Στην πρώτη περίπτωση, η μετάθεση της φάσης κατά ορθή γωνία προσδίδει την ιδιότητα της ορθογωνικότητας στη συνιστώσα/σήμα ώστε ο δέκτης, χωρίς δυσκολία, να μπορεί να τις ξεχωρίσει (συνιστώσες / φάσεις) για περαιτέρω επεξεργασία. Η μέθοδος αυτή ονομάζεται QPSK Quadri Phase Shift Keying. Από την άλλη, για τη συχνότητα L2 γνωρίζουμε ότι διαμορφώνεται από τον κώδικα P(Y) και επομένως από το άθροισμα (D + P(Y)). 6 Ως φάση κώδικα αναφέρουμε είτε το δυαδικό 0 (κατάσταση 1) είτε το δυαδικό 1 (κατάσταση -1) Σελίδα 32 από 131

33 Συνολικά όμως έχουμε τρία διαμορφωμένα σήματα (L1 διαχωρίζεται στα 2 και L2) L1, C/A, D L1, P(Y), D L2, P(Y), D (καθαρά πολιτικό σήμα) (στρατιωτικά σήματα, P) Τα παραπάνω σήματα αναπαριστώνται και με μαθηματικούς τύπους: k S L1 (t) = A c D k (t) C k (t) sin (2πf L1 t + φ L1 ) + A P1 D k (t) P k (t) cos (2πf L1 t + φ L1 ) (1) & k S L2 (t) = A P2 D k (t) P k (t) cos (2πf L2 t + φ L2 ) (2) Όπου A c, A P1, A P2 :πλάτος (Α) C (t) : ± η φάση/κατάσταση του C/A P k (t) : ± η φάση/κατάσταση του P(Y) φ L1, φ L2 : οι αρχικές φάσεις D k (t) C k (t) και D k (t) P k (t) : τα γινόμενα που αντιστοιχούν στην πρόσθεση modulo -2 Αφού τα σήματα των διαμορφωμένων φορέων συντεθούν ηλεκτρονικά, αποτελούν το τελικό εκπεμπόμενο σήμα των δορυφόρων. Το εκπεμπόμενο δορυφορικό σήμα παρουσιάζει χαρακτηριστικά διευρυμένου φάσματος στο πεδίο συχνοτήτων (spread spectrum). Η ασύρματη επικοινωνία χαρακτηρίζει τη λειτουργία του, όπου το αρχικό εύρος ζώνης των συχνοτήτων (bandwidth) που χρησιμοποιείται μεταβάλλεται σκόπιμα και είναι μεγαλύτερο ή διευρυμένο από το ελάχιστο που είναι απαραίτητο, ώστε να μεταδοθεί η πληροφορία μέσω των κωδικών και του μηνύματος δεδομένων. Η τεχνική αυτή προσφέρει ασφάλεια κατά τη μετάδοση και επικοινωνία από το σύστημα ελέγχου αλλά και ισχυρή ανθεκτικότητα σε τυχόν παρεμβολές από σήματα ίδιας συχνότητας (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Σελίδα 33 από 131

34 Α.5 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ GLONASS, GALILEO ΚΑΙ COMPASS/BEIDOU Α.5.1 GLONASS Όταν αναφερόμαστε σε συστήματα προσδιορισμού θέσης, το GPS είναι πάντα το πρώτο στη λίστα. Η Ρωσία με το δικό της σύστημα προσδιορισμού θέσης, το GLONASS, εισάγεται στον τομέα των συστημάτων προσδιορισμού θέσης το ΣΧΗΜΑ 10: ΕΙΚΟΝΑ ΤΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΟΥ GLONASS (πηγή: 1.jpg) Ο σχεδιασμός του συστήματος περιλαμβάνει έναν αστερισμό με 24 δορυφόρους (21 σε λειτουργία και 3 εφεδρικούς) σε τροχιά. Η γεωμετρία των δορυφόρων ορίζει 8 δορυφόρους ισοκατανεμημένους, ώστε ένα από τα 3 τροχιακά επίπεδα να διατηρούν μια σχεδόν κυκλική τροχιά με κλίση 64,8 ο ως προς το ισημερινό επίπεδο, με περίοδο 11 h 25 m, σε υψόμετρο 19,100 km πάνω από την επιφάνεια της γης. Όπως και στην περίπτωση του GPS, έτσι και το GLONASS εκπέμπει σήμα που αποτελείται από δύο μέρη: L1, L2 συχνότητες και το μήνυμα πλοήγησης (navigation message). Σε αντίθεση όμως με το αμερικάνικο σύστημα πλοήγησης, εδώ ο κάθε δορυφόρος εκπέμπει στη δική του συχνότητα βάσει του αριθμού PRN που έχει στο σύστημα. Ο ψηφιακός ρυθμός παραγωγής κώδικα PRN είναι 5.11 Mbps για τον P κώδικα και Mbps για τον C/A κώδικα, για το μήνυμα πλοήγησης είναι 50 bps. Το μήνυμα πλοήγησης προσφέρει την εφημερίδα του δορυφόρου και την κατανομή του καναλιού μετάδοσης. Ως εφημερίδα δορυφόρου ορίζεται το εξαγόμενο προϊόν πληροφοριών, προερχόμενο από την πρόβλεψη του τμήματος ελέγχου εδάφους, με βάση τις παρατηρήσεις των δορυφόρων από ένα δίκτυο σταθμών παρακολούθησης με γνωστές συντεταγμένες. Οι Σελίδα 34 από 131

35 εκπεμπόμενες εφημερίδες (broadcast ephemeris) περιέχουν λεπτομέρειες για τις τροχιές των δορυφόρων και παρέλξεις λόγω περιοδικών ή κοσμικών ανωμαλιών (αποκλίσεις τροχιάς από τη μέση ελλειπτική τροχιά Kepler). Επίσης, περικλείονται παράγοντες που απαιτούνται για τη διόρθωση των χρονομέτρων των δορυφόρων (Φουμέλης, 2009, σελ. 38). Οι συχνότητες από τις οποίες προκύπτουν οι L1, L2 είναι ,5 MHz και ,5 MHz αντίστοιχα. Οι αριθμοί αυτοί προκύπτουν από τις δύο βασικές συχνότητες L1, L2 προσθέτοντας τον αριθμό PRN του κάθε δορυφόρου, σύμφωνα με τη σχέση : j f L1 = 1601 MHz + j * MHz όπου j= 1, 2, 3, 4,, 24, ο αριθμός του δορυφόρου. Επομένως, οι συχνότητες του συστήματος GLONASS διατρέχουν ένα μέρος του φάσματος των ραδιοκυμάτων από έως MHz για την L1 και από έως MHz για την L2, όπου χρησιμοποιείται ευρέως από ραδιοαστρονόμους και από υπηρεσίες συστημάτων τηλεπικοινωνιών. Απόρροια είναι η Ρωσική υπηρεσία να αναγκαστεί να αλλάξει τις συχνότητες εκπομπής στη δέσμη από έως MHz. Με την εκπομπή του ο κάθε δορυφόρος σε ξεχωριστές συχνότητες, το περιορισμένο φάσμα συχνοτήτων δε δίνει τη δυνατότητα να εξυπηρετηθούν όλοι οι δορυφόροι. Ως λύση δόθηκε να τοποθετηθούν σε ζευγάρια οι δορυφόροι ίδιων συχνοτήτων, αντιδιαμετρικά ο ένας από τον άλλον. Το σύστημα GLONASS δεν προβλέπεται να προσφέρει την κατάσταση της επιλεκτικής διαθεσιμότητας (Selective Availability SA) ή της «αντιεξαπάτησης» (Anti- Spoofing AS). Το σύστημα GLONASS ξεκίνησε το 1996 με 24 δορυφόρους, αλλά λόγω δυσκολιών μειώθηκαν στους επτά το 2001, διπλασιάστηκαν το 2005, και η πιο πρόσφατη ενημέρωση αναφέρει πως ο αριθμός είναι στους 30 το Αναμένεται νέα γενιά δορυφόρων, με την ονομασία GLONASS-M με διάρκεια ζωής τα πέντε έτη, βελτιωμένα ατομικά ρολόγια και δυνατότητα μετάδοσης και στις δύο συχνότητες L1,L2 από την κώδικα C/A. Σελίδα 35 από 131

36 ΣΧΗΜΑ 11: ΕΙΚΟΝΑ ΤΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΟΥ GLONAS M (πηγή: Η συνεργασία των συστημάτων GLONASS και GPS προσφέρει κάλυψη σε αστικές περιοχές όπου τα συστήματα, ξεχωριστά το καθένα θα αδυνατούσαν να «κλειδώσουν» σήμα τουλάχιστον από 4 δορυφόρους. Υπάρχουν όμως κάποιες διαφορές στη λειτουργία τους οι οποίες δε βοηθούν στη συνεργασία τους. Δύο είναι οι βασικές διαφορές, το σύστημα αναφοράς τους και ο χρόνος μέτρησης. Το GLONASS μεταφέρει τις συντεταγμένες στο σύστημα αναφοράς PZ-90 (Earth Parameter System 1990), ενώ το GPS στο WGS 84. Η διαφορά καταγραφής των δύο συστημάτων αναφοράς ανάγεται στα 20 m περίπου, αρκετά μεγάλη απόκλιση για τις εφαρμογές για τις οποίες ορίζεται η χρήση των GLONASS και GPS. Όσον αφορά στο χρόνο καταγραφής, τα δύο συστήματα χρησιμοποιούν διαφορετικό σύστημα αναφοράς χρόνου. Ο χρόνος ανάμεσα στα δύο ρολόγια συστημάτων αλλάζει αργά, φτάνοντας στη διαφορά των αρκετών δεκάδων του δευτερολέπτου (El-Rabbany, 2002, σελ , Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ ). Σελίδα 36 από 131

37 Α PZ-90: ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ GLONNAS Το PZ-90 Earth Parameter System 1990, χρησιμοποιείται από τη Ρώσικη Υπηρεσία ως το γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς για την εξαγωγή των συντεταγμένων του GLONASS. Η προηγούμενη ονομασία του ήταν το «Σοβιετικό Γεωδαιτικό Σύστημα 1990» (Soviet Geodetic System 1990 SGS-90) και η προηγούμενη έκδοσή του το «Σοβιετικό Γεωδαιτικό Σύστημα 1985» (SGS-85). Όταν μετατρέπουμε συντεταγμένες από ένα γεωδαιτικό σύστημα στο άλλο, είναι βέβαιο πως θα παρατηρηθούν αλλαγές μετατόπισης είτε στην κλίμακα του μέτρου είτε στην κλίμακα μοιρών, στα δεύτερα λεπτά των μοιρών (DD.MM'SS".ss όπου DD οι μοίρες, MM τα πρώτα λεπτά, SS τα δεύτερα λεπτά και ss τα δέκατα των δευτέρων λεπτών). Πιο συγκεκριμένα, η αλλαγή από το παλιό σύστημα μέτρησης SGS-85 στο σύστημα του GPS WGS-84 (ή ανάποδα), περιείχε 4 m απόκλιση από τον άξονα Ζ και 0,6 περιστροφή γύρω από τον άξονα Ζ, ενώ ο μετασχηματισμός συντεταγμένων από το PZ-90 στο WGS-84 (ή αντίστροφα) δημιουργεί απόκλιση περιστροφής 0.33" έως 0.40" γύρω από τον Ζ άξονα, συνδυάζοντας συχνά 2,5m μετατόπιση από τον άξονα Ψ. Οι αρχές λειτουργίας του PZ-90 ως προς τους 3 άξονας (Χ, Ψ, Ζ) είναι, πως η προέλευσή του είναι το κέντρο μάζας της Γης, ο άξονας Ζ είναι προσανατολισμένος στη μέση του Βόρειου Πόλου για την εποχή καταγραφής , ο Χ άξονας είναι στο επίπεδο του ισημερινού για την ίδια εποχή καταγραφής με τον άξονα Ζ και το επίπεδο ΧΟΖ είναι παράλληλο προς το μέσο μεσημβρινό του Greenwich. Τέλος, ο Ψ άξονας έχει καθοριστικό ρόλο, καθώς προσφέρει δεξιόστροφη κίνηση στο ορθογώνιο σύστημα. 7 Α.5.2 GALILEO Το GALILEO είναι προϊόν της συνεργασίας δημοσίου και ιδιωτικού τομέα: της Ευρωπαϊκής Ένωσης με την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (European Space Agency ESA. Είναι σύστημα με πολιτικό χαρακτήρα, που προσφέρει κάλυψη πάνω από 99% της γήινης παγκόσμιας επιφάνειας. Για τη σχεδίασή του, 3 διαφορετικοί αστερισμοί τέθηκαν υπό συζήτηση, αυτές τις χαμηλής γήινης τροχιάς (Low Earth Orbits LEO), της μέσης γήινης τροχιάς (Medium Earth Orbits) και της επικλινούς γεωσύγχρονης τροχιάς 8 (Inclined 7 Πηγή: UNAVCO, facility.unavco.org/data/glossary.html#rinex 8 Γεωσύγχρονη τροχιά ονομάζεται η τροχιά ενός τεχνητού δορυφόρου γύρω από τη γη, κατά την οποία ο δορυφόρος κινείται με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα περιστροφής της Γης. Σελίδα 37 από 131

38 Geosynchronous Orbits IGSO). Τελικά 30 δορυφόροι (27 σε λειτουργία και 3 εφεδρικοί) τέθηκαν σε τροχιά, ανά τρία τροχιακά επίπεδα, Σε κάθε τροχιακό επίπεδο βρίσκονται 9 εν λειτουργία δορυφόροι καθώς και ένας εφεδρικός. Από τη μορφή της διάταξης των δορυφόρων, προέκυψε η ονομασία Walker 27/3/1 constellation. Η γωνία κλίσης είναι 56 ο ως προς το ισημερινό επίπεδο, η περίοδος περιστροφής στις 14 ώρες και ύψος τροχιάς δορυφόρων τα Km. ΣΧΗΜΑ 12: Ο ΑΣΤΕΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ GALIELO (πηγή: Το GALILEO παρακολουθείται από ένα δίκτυο είκοσι επίγειων σταθμών και δύο κέντρων ελέγχου. Οι χρονολογίες εκτόξευσης των δορυφόρων είναι 2005 με τον GIOVE-A, 2006 με τον GIOVE-B και προβλέπεται το 2010 η εκτόξευση περισσοτέρων του ενός (έως οκτώ) δορυφόρων ταυτόχρονα με τη χρήση προωθητικών οχημάτων τύπου Ariane 5. Ανάλογα με τις εφαρμογές για τις οποίες προορίζεται η εφαρμογή του GALILEO, οι χρήστες θα εξυπηρετούνται από τους τρεις φορείς L1 = MHz (ίδια συχνότητα με αυτήν του GPS για λόγους συμβατότητας), Ε 5 = 1207,140 MHz και Ε 6 = MHz. Ο συνδυασμός των συστημάτων GALILEO και GPS προσφέρει υψηλής ακρίβειας κάλυψη (έως 95%) σε αστικές περιοχές, όπου το σήμα είναι πιθανό να εμποδίζεται από ψηλά κτήρια. Από την άλλη, το ευρωπαϊκό σύστημα διαφοροποιείται από το αμερικάνικο ως προς τη διαθεσιμότητά του. Σελίδα 38 από 131

39 Για το λόγο αυτό αποφασίστηκε να σχεδιαστούν δύο υπηρεσίες, η βασική/ελέυθερη και η επί πληρωμή όπου θα προσφέρονται παραπάνω λειτουργίες. Τέλος, το σύστημα GALILEO έχει το δικό του σύστημα ελέγχου και αναφοράς, το GTRF Galileo Terrestrial Reference Frame. Η διαφορά του με το WGS 84 και τα άλλα ITRS είναι της τάξης των ελάχιστων εκατοστών, όμως αμελητέα για ομαδικές εφαρμογές πλοήγησης. Για το χρόνο του συστήματος, το GST Galileo System Time αναλαμβάνει με συνεχή κλίμακα χρόνου. Με τη μόνη διαφορά των δεκάδων νανοδευτερολέπτων, ο χρόνος GALILEO είναι παρόμοιος με το χρόνο GPS. Το λειτουργικό του συστήματος προσφέρει διπλοσυχνότητα που οδηγεί σε ακρίβειες, 95% επιπέδου εμπιστοσύνης, στα 4 m οριζοντιογραφική και 8 m κατακόρυφη και διαθεσιμότητα 99%. Σε αντίθεση, το σήμα μίας συχνότητας δίνει τη δυνατότητα για ακρίβειες, 95% επιπέδου εμπιστοσύνης, στα 15 m οριζοντιογραφική και 35 m κατακόρυφη, και διαθεσιμότητα 90% (El-Rabbany 2002, σελ. 158, Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ ). Όπως και τα άλλα συστήματα, λειτουργεί υπό οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες, 24 ώρες το 24ωρο, σε απεριόριστο αριθμό χρηστών. Οι εφαρμογές στις οποίες χρησιμοποιείται ποικίλουν από πλοήγηση μέχρι προσγείωση αεροσκαφών. 9 ΣΧΗΜΑ 13: ΕΙΚΟΝΑ ΤΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΟΥ GALILEO (πηγή: 9 Πηγή: Σελίδα 39 από 131

40 Α.5.3 COMPASS/BEIDOU Η Κίνα με σταθερά βήματα εξελίσσεται στο χώρο των δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης με το COMPASS/BEIDOU. Το σύστημα αποτελείται από τρία στάδια εξέλιξης, επί του παρόντος βρίσκεται στο δεύτερο. Το πρώτο ολοκληρώθηκε το 2003 και τώρα βρίσκεται στο δεύτερο, αυτό της παροχής υπηρεσιών θέσης για την περιοχή της Κίνας και ευρύτερων περιοχών. Το τρίτο στάδιο αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2020 και αφορά τη δυνατότητα παροχής υπηρεσιών για την παγκόσμια κλίμακα. Το σύστημα σχεδιάστηκε με σκοπό τη συμβατότητα με τα υπόλοιπα (GPS, GLONASS), ο αστερισμός του αποτελείται από 37 δορυφόρους, 5 σε γεωστατική τροχιά (Geostationary Earth Orbit GEO Satellites) και 32 (μαζί με τους εφεδρικούς) σε μη γεωστατική τροχιά (NON GEO Satellites) και είναι διαθέσιμο υπό όλες τις καιρικές συνθήκες. Το υψόμετρο των δορυφόρων είναι στα Km οι οποίοι κατέχουν το δικό τους σύστημα ελέγχου με έναν κεντρικό σταθμό, δύο σταθμούς τηλεπικοινωνιών και 30 σταθμούς παρακολούθησης, όπως επίσης και το δικό τους γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς, CGS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000). Το σύστημα αναφοράς ταυτίζεται με αντίστοιχο ITRF με ακρίβεια καλύτερη από 10 cm. Ο χρόνος του συστήματος ταυτίστηκε με το χρόνο UTC 00:00 στην 1 Ιανουαρίου Οι φορείς που διαθέτει το σύστημα είναι τρεις, B1: ~ MHz, B2: ~ MHz, B3: ~ MHz και διαμορφώνονται από διάφορους κώδικες σύμφωνα με τον κώδικα πρόσβασης και τις κατηγορίες εξυπηρέτησης. Η χερσαία και θαλάσσια πλοήγηση ήταν οι αρχικοί σκοποί του σχεδιασμού του συστήματος (El- Rabbany 2002, σελ 157, Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Σελίδα 40 από 131

41 Α.6 ΔΕΚΤΕΣ GPS Ο δέκτης GPS ανήκει στην κατηγορία οργάνων καταγραφής ηλεκτρομαγνητικών σημάτων, υψηλής τεχνολογίας και θα μπορούσε να παρομοιαστεί με δέκτη ραδιοφώνου με ικανότητα σύνδεσης σε δύο συχνότητες. Ο δέκτης χωρίζεται σε δύο βασικά μέρη: την κεραία και τον κυρίως δέκτη. Η κεραία μπορεί να είναι είτε εσωτερική (δέκτης κεραία συμπαγής συσκευή), είτε εξωτερική (σύνδεση μέσω καλωδίου) και συνήθως συμπεριλαμβάνει τον προενισχυτή σήματος. Από την άλλη, ο κυρίως δέκτης διαχωρίζεται σε περισσότερα επιμέρους τμήματα: (α) στο τμήμα ραδιοσυχνοτήτων, (β) στους διαύλους/κανάλια παρακολούθησης σήματος με τους βρόγχους παρακολούθησης, (γ) στο μικροεπεξεργαστή, (δ) στην τροφοδοσία/παροχή ισχύος, (ε) στη μονάδα αποθήκευσης δεδομένων και (στ) στη μονάδα επικοινωνίας με το χρήστη (Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ. 71). Α.6.1 Η ΚΕΡΑΙΑ ΤΟΥ ΔΕΚΤΗ Η κεραία του δέκτη λαμβάνει το δορυφορικό σήμα και με τον προενισχυτή το ενισχύει, καθώς αυτό φτάνει εξασθενημένο. Ύστερα διοχετεύεται εσωτερικά στο δέκτη για περαιτέρω επεξεργασία. Η κεραία δεχόμενη το σήμα το μετατρέπει από δορυφορικό ηλεκτρομαγνητικό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα. Αν η κεραία είναι εξωτερική συνδέεται με τον κυρίως δέκτη με ειδικό καλώδιο, μήκους 2, 10, 30 ή δεκάδων μέτρων στην περίπτωση μόνιμων σταθμών GPS. Οι κεραίες έχουν μικρό σχήμα και βάρος και συνήθως είναι πολυκατευθυντήριες για τη λήψη σημάτων από οποιαδήποτε κατεύθυνση. Οι τύποι των κεραιών διακρίνονται ανάλογα με την εφαρμογή που χρησιμοποιούνται. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ο τύπος των «μικροκαλωδίων» ( microchip ) για γεωδαιτικές και τοπογραφικές εφαρμογές. Τα πλεονεκτήματά του είναι η καλή λήψη από δορυφόρου σε χαμηλό ορίζοντα και η δυνατότητα λήψης σήματος και σε μία (L1) και σε δύο συχνότητες (L1, L2). Για τη σωστή λήψη σημάτων καθοριστικό ρόλο έχει ο ανοιχτός χώρος. Η κεραία δεν πρέπει να επισκιάζεται από γειτονικά κτήρια ή δέντρα καθώς έτσι δημιουργούνται ανακλάσεις του σήματος που οδηγούν σε σφάλματα πολυανάκλασης (multipath errors). Για την αποφυγή τους, συνίσταται η χρήση κεραιών με «σπειροειδές δακτύλιο» ( choke ring ) που αποτελούνται από προστατευτικό θόλο (dome, radome), κοστίζουν παραπάνω από μια κοινή κεραία και συνήθως γίνεται χρήση τους σε μόνιμους σταθμούς. Οπωσδήποτε οι κεραίες choke ring πρέπει να διαθέτουν το διεθνώς αναγνωρισμένο στοιχείο Dorne & Margolin και μοντέλο βαθμονόμησης από κατάλληλους φορείς. Επίσης απαραίτητη είναι η Σελίδα 41 από 131

42 εξασφάλιση αντικεραυνικής προστασίας. Μερικά ακόμη χαρακτηριστικά των κεραιών είναι η ευαισθησία που παρουσιάζουν στη λήψη σημάτων διαφορετικής διεύθυνσης (gain pattern), διαφορετικής γωνίας ύψους και η σταθερότητά τους ως προς το κέντρο φάσης (ηλεκτρικού κέντρου αναφοράς μετρήσεων L1, L2). Τέλος τονίζεται ότι οι κεραίες ίδιου κατασκευαστή έχουν την ίδια συμπεριφορά στη μεταβολή του κέντρου φάσης (Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ ). ΣΧΗΜΑ 14: ΕΙΚΟΝΑ ΚΕΡΑΙΑΣ AT-504 LEICA CHOKE RING ΜΕ ΚΑΛΥΜΑ (πηγή: Σελίδα 42 από 131

43 ΣΧΗΜΑ 15: ΕΙΚΟΝΑ ΚΕΡΑΙΑΣ ΔΕΚΤΗ ΜΕ CHOKE RING ΧΩΡΙΣ ΚΑΛΥΜΑ (Πηγή: A ΣΦΑΛΜΑ ΠΟΛΥΑΝΑΚΛΑΣΗΣ (MULTIPATH ERROR) Τα σφάλματα πολυανάκλασης συμβαίνουν όταν το σήμα GPS φτάνει στην κεραία του δέκτη από διαφορετικές διευθύνσεις και από αντικείμενα (κτήρια) που παρεμποδίζουν τη σωστή λήψη του σήματος. Το multipath error διαστρεβλώνει το γνήσιο σήμα μέσω της παρεμβολής με το ανακλώμενο σήμα από την κεραία του GPS. Μαζί με το σήμα επηρεάζονται ο φορέας της φάσης και η μέτρηση της ψευδοαπόστασης (El Rabbany, 2002, σελ. 32). Για την εξάλειψη του multipath συνίσταται η χρήση κεραίας με Choke ring Πηγή: Σελίδα 43 από 131

44 Α.6.2 Ο ΚΥΡΙΟΣ ΔΕΚΤΗΣ Ο κυρίως δέκτης συντίθεται από επιμέρους τμήματα, με πρώτο αυτό των ραδιοσυχνοτήτων (RF section). Το τμήμα ραδιοσυχνοτήτων αποτελείται από ταλαντωτές ή ρολόγια χαλαζιακού τύπου και κύρια ευθύνη του είναι η επεξεργασία του εισερχόμενου δορυφορικού σήματος και η μετατροπή της συχνότητάς του σε μικρότερο μέγεθος για την εύκολη διαχείρισή του από το δέκτη. Η μείωση της συχνότητας επιτυγχάνεται με τη συμβολή/πολλαπλασιασμός (mixing) του λαμβανόμενου σήματος με ένα ημιτονοειδές (παραγόμενο από τον ταλαντωτή του δέκτη). Αποτέλεσμα της συμβολής είναι ένα σήμα για κάθε δορυφόρο με δύο συνιστώσες, f 1 = το άθροισμα των συμβαλλόμενων συχνοτήτων και f 2 = διαφορά τους. Με τη χρήση ηλεκτρονικών φίλτρων αποβάλλεται η πρώτη συχνότητα και παραμένει η δεύτερη, της διαφοράς συχνοτήτων, που είναι και η επιθυμητή. Ονομάζεται συχνότητα κτύπων (beat frequency) ή ενδιάμεση συχνότητα (IF, Intermediate Frequency) και αποτελεί το παρατηρούμενο σήμα του δέκτη. Οι δίαυλοι είναι το δεύτερο τμήμα της κεραίας του δέκτη όπου το σήμα μεταβιβάζεται και με τη βοήθεια βρόγχων παρακολούθησης γίνεται η ανάκτηση των συνιστωσών (συχνοτήτων) του σήματος του κάθε δορυφόρου (αποδιαμόρφωση) και εξάγονται οι μετρήσεις με μεθόδους συσχέτισης, του εισερχόμενου σήματος με ένα σήμα αντίγραφο παραγόμενο από το δέκτη. Επομένως, οι βρόγχοι παρακολούθησης είναι υπεύθυνοι για τη διεξαγωγή μετρήσεων κωδικών και φάσεων και ανάλογα διακρίνονται στους βρόγχους προσδιορισμού καθυστέρησης (DLL, Delay Lock Loop) όπου γίνονται οι συσχετίσεις με τους κώδικες για την εξαγωγή μετρήσεων των ψευδοαποστάσεων και στους βρόγχους προσδιορισμούς φάσης (PLL, Phase Lock Loop) όπου γίνονται οι μετρήσεις φάσεων. Μεταξύ των δύο βρόγχων υπάρχει αμφίδρομη επικοινωνία. Υπάρχει και τρίτος τύπος βρόγχου, με αρκετούς δέκτες να τον συμπεριλαμβάνουν, ο βρόγχος της μέτρησης συχνότητας των φορέων (FLL, Frequency Lock Loop) που μετράει το ρυθμό μεταβολής της απόστασης δορυφόρου δέκτη με σκοπό τον υπολογισμό ταχυτήτων σε οχήματα που παρουσιάζουν έντονες επιταχύνσεις (π.χ. αεροπλάνα). Η διαδικασία των συσχετίσεων ξεκινάει από τη συσχέτιση του κώδικα C/A συνιστώσα (L1, C/A, P) στους βρόγχους DLL, εκεί το σήμα εγκλωβίζεται για την εξαγωγή μέτρησης της ψευδοαπόστασης. Ύστερα, ο κώδικας απομακρύνεται (πολλαπλασιάζεται με το αντίγραφό του) και το απομένον σήμα εισέρχεται στους βρόγχους PLL. Ένα τοπικό αντίγραφο συσχετίζεται με το εισερχόμενο σήμα, γίνεται ανάγνωση του μηνύματος πλοήγησης και μετά Σελίδα 44 από 131

45 το πέρας της το μήνυμα απομακρύνεται αμέσως και ο εναπομένων καθαρός (ημιτονοειδής) φορέας IF (κλειδωμένος) χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της διαφοράς φάσης μεταξύ αυτού και του αντίστοιχου τοπικού αντιγράφου. Το τρίτο τμήμα, ο μικροεπεξεργαστής του δέκτη, ελέγχει όλες τις λειτουργίες του και με ειδικό πρόγραμμα εκτελεί συνεχή αναζήτηση για νέες αναβαθμίσεις λογισμικού. Η καλή λειτουργία του δέκτη εξαρτάται από την ποιότητα και ταχύτητα του μικροεπεξεργαστή. Το τέταρτο τμήμα, η πηγή τροφοδοσίας ενέργειας προσφέρει την απαιτούμενη πηγή ενέργειας για τη διεξαγωγή μετρήσεων. Οι μπαταρίες, τα καλώδια τροφοδοσίας, το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα (AC) ή οι συσσωρευτές ηλιακής ενέργειας περιλαμβάνονται σε αυτήν την κατηγορία. Σημειώνεται ότι η μέτρηση με μπαταρίες διαρκεί μερικές ώρες και είναι εφικτή η αλλαγή ή προσθήκη νέων μπαταριών χωρίς τη διακοπή της μέτρησης. Το πέμπτο τμήμα αφορά τον τρόπο αποθήκευσης των δεδομένων/πληροφοριών/παρατηρήσεων που εισέρχονται στο δέκτη. Η μονάδα από αποθήκευσης δεδομένων είναι στην ουσία μνήμη όπως εσωτερική/εξωτερική ή σκληρός δίσκος. Η χωρητικότητά τους είναι αρκετή για πολλές ώρες έως μερικούς μήνες, ανάλογα πάντα τον τύπο της και την εφαρμογή GPS. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε Η/Υ με τη χρήση USB. Το τελευταίο τμήμα είναι η μονάδα επικοινωνίας με το χρήστη μέσω του χειριστηρίου ή καταγραφικού (user interface, keyboard and display unit, controller). Τα ενσωματωμένα πλήκτρα και οι φωτοδίοδοι είναι τα βασικά εξαρτήματα για την επικοινωνία δέκτη χρήστη και την πληροφόρηση του τελευταίου για τις λειτουργίες του δέκτη, όπως οι δορυφόροι που βλέπει, η κατάσταση της μπαταρίας κτλ. Αν ο δέκτης συνεργάζεται με εξωτερική μονάδα η σύνδεση παρέχεται με καλώδιο ή ασύρματα (Bluetooth ) και λειτουργεί με υπολογιστή χειρός, οθόνης LCD και αλφαριθμητικό πληκτρολόγιο (controller). Η περίπτωση αυτή θεωρείται user friendly καθώς ο έλεγχος και η προετοιμασία του δέκτη για τη διεξαγωγή των μετρήσεων επιτυγχάνεται με την εισαγωγή των κατάλληλων παραμέτρων - απαραίτητων πληροφοριών από το χρήστη. Σελίδα 45 από 131

46 ΣΧΗΜΑ 16: ΕΙΚΟΝΑ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΔΕΚΤΗ & ROVER ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ (πηγή: Εκτός από τους γεωδαιτικούς τοπογραφικούς δέκτες υπάρχουν και οι δέκτες χειρός κώδικα (C/A). Η διαφορά τους έγκειται στο ποσοστό ακρίβειας που μπορεί να επιτύχει ο καθένας. Οι πρώτοι μετράνε και καταγράφουν παρατηρήσεις φάσης (L1, L2) και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υψηλής ακρίβειας, ενώ οι δεύτεροι χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές χαμηλής ακρίβειας, της τάξεων μερικών μέτρων. Η πλειοψηφία χρήσης του συστήματος GPS γίνεται για εφαρμογές χαμηλής ακρίβειας (Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ ). Σελίδα 46 από 131

47 Α.8. ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ (HEPOS) Με την υποστήριξη της ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε. έχει δημιουργηθεί το Ελληνικό Σύστημα Εντοπισμού (Hellenic Positioning System) που επιτρέπει τον προσδιορισμό θέσης στον ελλαδικό χώρο με υψηλό ποσοστό ακρίβειας χρησιμοποιώντας το υπάρχον σύστημα GPS. Το HEPOS αποτελείται από 98 μόνιμους δορυφορικούς σταθμούς αναφοράς κατανεμημένους σε ολόκληρη τη χώρα και ένα Κέντρο Ελέγχου. Οι μετρήσεις των σταθμών αποθηκεύονται στο Κέντρο Ελέγχου που βρίσκεται στις εγκαταστάσεις της ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε., όπου και επεξεργάζονται σε πραγματικό χρόνο ή υφίστανται επεξεργασία εκ των υστέρων (post processing). Το HEPOS αξιοποιεί δικτυακές τεχνικές (π.χ. VRS 11 ) οι οποίες στηρίζονται στη φιλοσοφία της μοντελοποίησης των σφαλμάτων για να αυξήσουν την ακρίβεια και την αποδοτικότητα του εντοπισμού. Προϋπόθεση αποτελεί η γνώση των συντεταγμένων των σταθμών αναφοράς με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια. Το τονίζεται ότι οι μεταβολές στις συντεταγμένες των σταθμών που προκαλούνται από τα έντονα τεκτονικά φαινόμενα του Ελλαδικού χώρου πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Η ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε. στο πλαίσιο διαχείρισης του HEPOS, παρακολουθεί σε μόνιμη βάση τις συντεταγμένες των σταθμών του συστήματος από τα τέλη του 2007, δηλαδή από την αρχή λειτουργίας του συστήματος (Γιαννίου, Μ., Παρακολούθηση τεκτονικών παραμορφώσεων μέσω του Ελληνικού Εντοπισμού HEPOS). 12 Όσον αφορά στη λειτουργία του HEPOS χρησιμοποιεί δίκτυο RTK (Network-Based RTK) με το οποίο επιτρέπεται η εξάλειψη ιονοσφαιρικών επιδράσεων, μια σημαντική πηγή συστηματικών σφαλμάτων που εξαρτώνται από την απόσταση και συχνά εντοπίζονται στη χρήση μονής συχνότητας (Single-Based RTK). Τα πλεονεκτήματα των δικτύων μόνιμων σταθμών GPS/GNSS είναι η παροχή υπηρεσιών προσδιορισμού θέσης με υψηλή ακρίβεια (τάξης των 1-2 cm σε οριζόντια θέση και 4 cm σε κατακόρυφη). Ουσιαστικά ο χρήστης δε χρειάζεται να τοποθετεί το δέκτη σε γνωστό σημείο (base receiver) και ταυτοχρονια ελαχιστοπιούνται σφάλματα που εξαρτώνται από την απόσταση μεταξύ του σταθερού και του κινούμνου δέκτη. Η παροχή των απαραίτητων δεδομένων στο χρήστη δέκτη (rover) γίνεται μέσω διαδικτύου και το κέντρο ελέγχου αναλαμβάνει τη διαχείριση του δικτύου (Φωτίου - Πικριδάς, 2010, σελ. 345). 11 Virtual Reference Station Εικονικοί σταθμοί αναφοράς. Πλασματικός σταθμός GPS που λειτουργεί όπως ένας πραγματικός και αφορά εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο (Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ. 221) 12 Πηγή: 1 η Ημερίδα Τεκτονικής Γεωδαισίας Ο.Α.Σ.Π. Σελίδα 47 από 131

48 Η ικανότητα του κάθε δικτύου RTK να απεικονίσει τα ιονοσφαιρικά λάθη εξαρτάται από: α) την απόσταση μεταξύ των σταθμών και β) την κατάσταση της ιονόσφαιρας. Για τη διαγραμματική απεικόνιση της έντασης της ιονοσφαιρικής δραστηριότητας, ο δείκτης Index I95 (Ionospheric Noise 195 Index) χρησιμοποιείται. Οι τιμές του Index I95 υπολογίζονται από τις διορθώσεις της ιονόσφαιρας για όλους τους δορυφόρους, σε όλους τους σταθμούς του δικτύου, για την εκάστοτε ώρα καταγραφής. Ο μαθηματικός τύπος που περιγράφει τις ΔΙ τιμές είναι: ΔΙ= Τα αποτελέσματα ερευνών που έχουν διεξαχθεί για την ιονοσφαιρική επίδραση, εντοπίζουν πως κοντά στο ηλιακό μέγιστο η ιονοσφαιρική δραστηριότητα προκαλεί σημαντική υποβάθμιση στην επίδοση του RTK, έως και ολική αδυναμία μέτρησης, ακόμα και σε χώρες με μεσαίο γεωγραφικό πλάτος όπως η Ελλάδα. Επίσης μερικές φορές παρατηρείται πως σε σημεία που η πρόσβαση ήταν εφικτή, μερικά λεπτά αργότερα έχει χαθεί η σύνδεση (Impact of high ionospheric activity on GPS surveying: Experiences from the Hellenic RTK-network during ). ΧΑΡΤΗΣ 1: ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΟΠΟΥ Η ΙΟΝΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΙΝΑΙ ΠΙΟ ΕΝΤΟΝΗ ΣΤΟ ΓΕΩΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΠΛΑΤΟΣ (Πηγή: Impact of high ionospheric activity on GPS surveying: Experiences from the Hellenic RTK-network during , σελ. 7) Σελίδα 48 από 131

49 Α.7 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ GPS Σύμφωνα με το Zogg (2002, σελ. 74) 13 οι εφαρμογές των GPS είναι πολυάριθμες και αφορούν διαφορετικούς μεταξύ τους κλάδους. Μερικοί από αυτούς είναι η επιστήμη και η έρευνα, το εμπόριο και η βιομηχανία, η γεωργία και η δασοκομία, οι επικοινωνίες, ο τουρισμός, ο στρατός και η μέτρηση του χρόνου. Από την άλλη, οι τομείς που κάνουν χρήση των συστημάτων GPS είναι η χερσαία επιφάνεια της γης, η ναυτιλία και οι εναέριες λειτουργίες. Είναι βέβαιο πως τα GPS είναι ένα σημαντικό εργαλείο για πολλές εφαρμογές που εκ πρώτης όψεως δε συνδέονται μεταξύ τους όμως εν κατακλείδι η γενική έννοια του προσδιορισμού θέσης είναι κοινή. Α.7.1 ΕΤΑΙΡΙΕΣ ΚΟΙΝΗΣ ΩΦΕΛΕΙΑΣ Οι αρμόδιες εταιρίες νερού και ρεύματος γνωρίζοντας την τοποθεσία του κάθε σωλήνα ή καλωδίου δύνανται να σχεδιάσουν, να τοποθετήσουν και να διατηρήσουν τα μηχανήματά τους καθώς και να χαρτογραφήσουν τη ροή των ηλεκτρικών καλωδίων (εναέρια καλώδια ΔΕΗ) ή των σωλήνων νερού (υπόγειοι σωλήνες ΕΥΔΑΠ), του αερίου ή της βενζίνης Η τοποθεσία των απαιτούμενων σημείων γίνεται γνωστή από τη συνεργασία του συστήματος GPS και του πακέτου GIS (Geographic Information System). Τα όργανα του GPS κάνουν την καταγραφή σημείων που στη συνέχεια εισάγονται στο πρόγραμμα διαχείρισης γεωγραφικών δεδομένων που βρίσκεται εγκαταστημένο στον Η/Υ, για τη δημιουργία χάρτη καταγραφής των σημείων. Σημειώνεται ότι ο συνδυασμός GPS GIS είναι ο οικονομικότερος σε σύγκριση με άλλους και εκτός από την καταγραφή των σημείων, γίνεται επίσης και άλλων γνωρισμάτων, όπως η ανάγκη επιδιορθώσεων (σωλήνων/καλωδίων) (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.2 ΔΑΣΟΚΟΜΙΑ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ Το σύστημα GPS σε συνδυασμό με πακέτο GIS και ένα καλό σύστημα επικοινωνίας μεταξύ των χρηστών είναι ο ακρογωνιαίος λίθος για την εύρεση απαιτούμενων πληροφοριών, άμεση απόφαση σημαντικών ενεργειών (σε περίπτωση πυρκαγιάς). Στο παρελθόν οι αεροφωτογραφίες προσέφεραν αυτή τη δυνατότητα, η χρήση τους όμως μειώθηκε λόγω μειωμένης ακρίβειας της προσφερόμενης πληροφορίας. Τα διαφορικά GPS (DGPS), αντικατέστησαν επάξια τις αεροφωτογραφίες καθώς προσφέρουν ακριβή πληροφορία σε πραγματικό χρόνο. Οι πιο διαδεδομένες εφαρμογές GPS στη δασοκομία είναι α) η πρόληψη 13 Πηγή: GPS Basics Σελίδα 49 από 131

50 και ο έλεγχος πυρκαγιάς, β) η συγκομιδή, γ) η παρουσία εντόμων, δ) η οριοθέτηση συνόρων και ε) ο αεροψεκασμός. Αξίζει να σημειωθεί ότι η χρήση του συστήματος GPS έχει γίνει η περισσότερο χρησιμοποιούμενη μέθοδος για τον προσδιορισμό δασικών συνόρων (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.3 ΓΕΩΡΓΙΑ Η ικανότητα του DGPS να προσφέρει ακρίβεια εκατοστού, έχει φέρει επανάσταση στο χώρο της αγροτικής βιομηχανίας. Η προσφορά του στις εφαρμογές εντοπίζεται στη συλλογή δειγμάτων εδάφους, στον έλεγχο χημικών εφαρμογών και στην παρακολούθηση απόδοσης της συγκομιδής. Για τη συλλογή δειγμάτων εδάφους το GPS από ένα προκαθορισμένο δίκτυο, καθορίζει τα σημεία λήψης. Τελικό αποτέλεσμα είναι η χαρτογράφηση των σημείων, ώστε στο μέλλον να χρησιμοποιείται ως οδηγός από τους αγρότες για την άμεση αντιμετώπιση προβλημάτων εδάφους. Όσον αφορά τα εναέρια καθοδηγούμενα συστήματα, ο ψεκαστήρας καθοδηγείται μέσω ενός κινούμενου χάρτη. Με βάση την εκάστοτε θέση του ψεκαστήρα, το εναέριο σύστημα χρησιμοποιεί τα χημικά στα απαιτούμενα σημεία, με την ελάχιστη δυνατή απόκλιση και με τον κατάλληλο βαθμό ψεκάσματος. Επομένως, με αυτή τη διαδικασία εξασφαλίζεται η παραγωγική χρήση των χημικών. Τέλος, για την καταγραφή της παραγωγής, η θεριστική μηχανή είναι εξοπλισμένη με DGPS το οποίο καταγράφει, καθώς η μηχανή κινείται μέσα στο χωράφι, και κάνει καταγραφή της σοδειάς. Η πληροφορία αυτή καταγράφεται και το αποτέλεσμα είναι ο ρυθμός παραγωγής (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.4 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΟΛΙΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ Το περιβάλλον εργασίας των πολιτικών μηχανικών ανταποκρίνεται, κυρίως σε εξωτερικούς χώρους, αντίξοες συνθήκες και αρκετές δυσκολίες επί τω έργω. Η χρήση των GPS έρχεται να καλύψει κάποιες αδυναμίες προσφέροντας μετρήσεις εκατοστού και ενίοτε χιλιοστού σε πραγματικό χρόνο, διευκολύνοντας το έργο των πολιτικών μηχανικών σε οικονομικά και χρονικά επίπεδα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα χρήσης GPS από πολιτικούς μηχανικούς είναι σε κατασκευές δρόμων, εκσκαφές και στη διαχείριση των μηχανημάτων που διαχειρίζονται (μπουλντόζες, εκσκαφτήρες). Το σύστημα GPS είναι τοποθετημένο πάνω στα μηχανήματα εκσκαφής και βρίσκεται σε συνδυασμό με ασύρματη επικοινωνία με τους χρήστες και τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Στο σύστημα εισάγεται το ΨΜΕ (Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους) και με την οπτική απεικόνιση μέσω του υπολογιστή και την πληροφορία Σελίδα 50 από 131

51 μέτρησης του GPS, ο χρήστης ενημερώνεται για το βαθμό εκσκαφής που έχει πραγματοποιηθεί με ακρίβεια εκατοστών ή μέτρων. Τέλος, το σύστημα πλοήγησης GPS χρησιμοποιείται στον εντοπισμό και στη χρήση τμημάτων του εξοπλισμού που είναι τοποθετημένα σε διαφορετικές τοποθεσίες. Στέλνοντας την πληροφορία στον κεντρικό δέκτη, ο πολιτικός μηχανικός είναι ικανός να διαθέσει αποτελεσματικότερα τον εξοπλισμό του και συνάμα οι οδηγοί οχημάτων (μπουλντόζες) μπορούν να καθοδηγούνται επιτυχώς στον προορισμό εκσκαφής (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.5 ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ Ανέκαθεν τα συστήματα GPS ήταν τα ιδανικότερα για την παρακολούθηση της σταθερότητας των δομών, εφαρμογή που απαιτεί υψηλή ακρίβεια. Η παραμόρφωση φραγμάτων, γεφυρών ή πύργων τηλεόρασης, η υποχώρηση εδάφους, κοιτασμάτων πετρελαίου ή μεταλλευτικών περιοχών είναι χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων εφαρμογών. Η παρακολούθηση των παραμορφώσεων γίνεται μέσω GPS μετρήσεων για την ίδια περιοχή, σε διαφορετικά διαστήματα. Μετρήσεις όπου απαιτούνται ακρίβειες χιλιοστού ή υπόχιλιοστού, όπως η παρακολούθηση φραγμάτων, μπορούν να επιτευχθούν με χρήση GPS όμως δεν αποτελούν οικονομική λύση. Ως εκ τούτου, τα GPS χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με γεωτεχνικούς αισθητήρες και ειδικούς τύπους θεοδόλιχου. Οι γέφυρες από την άλλη, υπόκεινται σε δονήσεις που προκαλούνται από δυναμικά φορτία κυκλοφορίας και για να καταγραφούν σωστά οι παραμορφώσεις, διπλοί δέκτες GPS χρησιμοποιούνται, σε πολλαπλά σημεία με μέγιστο πλάτος κυκλικής παραμόρφωσης (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.6 ΕΞΟΡΥΞΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Η ΟΡΥΚΤΩΝ Μέχρι πρόσφατα, οι εργασίες διάτρησης πραγματοποιούνταν με συμβατικούς τρόπους. Τα αποτελέσματα όμως επέφεραν αρνητικές συνέπειες καθώς πάσσαλοι ήταν πιθανό να παρέμεναν θαμμένοι στο έδαφος, λάθος τοποθετημένοι ή το τρυπάνι δεν είχε καθορισμένη τεχνική να υπολογίσει το ακριβές βάθος της διάτρησης. Επίσης, δεν υπήρχε τρόπος να μετρηθεί η διάτρηση στα γεωλογικά στρώματα ή να μετρηθεί η αποτελεσματικότητα του τρυπήματος. Τις ελλείψεις αυτές έρχεται να καλύψει το GPS με μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο. Σε εργασίες όπως η γεώτρηση, εντοπισμός οχήματος (φορτηγού, νταλίκας) και η τοπογραφία, το GPS έχει προσφέρει τα μέγιστα, μειώνοντας το χρόνο εργασίας και παράλληλα, αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα των εργασιών και των μετρήσεων. Το Σελίδα 51 από 131

52 σύστημα GPS σε πραγματικό χρόνο προσφέρει ακρίβεια εκατοστού και απαιτεί μόνο μια βάση GPS για να υποστηρίξει αρκετό αριθμό δεκτών. Η διεργασία της εξόρυξης έχει πολλές φάσης, με σημαντικότερη αυτή της εξόρυξης μεταλλευμάτων. Η διάτρηση πραγματοποιείται σε συγκεκριμένα σημεία, με οπές που έχουν δημιουργηθεί. Το μειονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι ότι το μηχάνημα διάτρησης πρέπει να είναι τοποθετημένο ακριβώς πάνω από τις οπές αλλιώς η επανάληψη της διαδικασίας ίσως είναι αναγκαία. Με το σύστημα GPS, η καθοδήγηση της διάτρησης μπορεί να επιτευχθεί, χρησιμοποιώντας σύστημα παρακολούθησης και καθοδήγησης της διάτρησης, ενσωματωμένο σε υπολογιστή με ειδικό πρόγραμμα. Συνήθως χρησιμοποιούνται δύο δέκτες GPS, τοποθετημένοι στην κορυφή του διατρητικού μηχανήματος για ακριβή προσδιορισμό χρόνου και προσανατολισμού του μηχανήματος. Τα επιλεγμένα σημεία διάτρησης από το GPS αποστέλλονται στον υπολογιστή με μορφή pattern, μέσω ραδιοφωνικού σήματος, και στη συνέχεια μέσω του ειδικού συστήματος, το μηχάνημα διάτρησης καθοδηγείται αποτελεσματικά στη διάνοιξη των οπών για την εξόρυξη του υλικού. Χάρις τη χρήση του υπολογιστή, αποκτούνται και πληροφορίες όπως η τοποθεσία, το βάθος της κάθε τρύπας, η σκληρότητα του ορυκτού και η πρόοδος της διάτρησης. Τέλος σε αυτόν τον τομέα, τα GPS χρησιμοποιούνται για να κατευθύνουν τα φορτηγά, ή άλλα οχήματα ή μηχανήματα, στον προορισμό τους (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.7 ΧΕΡΣΑΙΑ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Για την εξερεύνηση πετρελαίου και αερίου στα έγκατα της γης απαιτείται η χαρτογράφηση της υπόγειας γεωλογίας μέσω σεισμικών μεθόδων έρευνας. Χαμηλής συχνότητας ακουστική ενέργεια διαχέεται στα υπόγεια πετρώδη στρώματα, με την επιστρεφόμενη ενέργεια να δίνει τη δυνατότητα χαρτογράφησης του εσωτερικού τοιχώματος. Η ανακλώμενη ενέργεια ανιχνεύεται από την ειδική σεισμική συσκευή, «γεώφωνο». Το γεώφωνο είναι μια συσκευή που μετατρέπει την κίνηση του εδάφους σε τάση ηλεκτρικού ρεύματος, η οποία καταγράφεται σε ειδικό σταθμό. Οι θέσεις των γεώφωνων είναι κατανεμημένες σε γνωστές αποστάσεις από την πηγή ενέργειας. Τα GPS προσφέρουν τις υπηρεσίες τους στο βαθμό που προσδιορίζουν επακριβώς τη θέση της πηγής ενέργειας και των γεώφωνων. Η συμβολή τους έχει βοηθήσει σημαντικά στη μείωση του κόστους λειτουργίας των χερσαίων σεισμικών ερευνών (El Rabbany, 2002, σελ ). Σελίδα 52 από 131

53 Α.7.8 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Η μέθοδος αυτή δείχνει να έχει ομοιότητες με την προηγούμενη, της χερσαίας σεισμικής έρευνας. Στην περίπτωση της θαλάσσιας έρευνας σε βαθιά νερά, τα αρμόδια πλοία ρυμουλκούν σεισμικά καλώδια (γνωστά με το διεθνή όρο streamers ) τα ονομαζόμενα «υδρόφωνα» (αντίστοιχη συσκευή με τα γεώφωνα) τα οποία έχουν τη δυνατότητα να εντοπίζουν την ανακλώμενη ενέργεια. Σε ρηχά νερά από την άλλη, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν και οι δύο μέθοδοι. Δηλαδή υδρόφωνα και γεώφωνα συνδυάζονται σε έναν δέκτη για την αποφυγή πιθανής αντήχησης στο νερό. Η χρήση των GPS γίνεται για τον ακριβή προσδιορισμό της τοποθεσίας της πηγής ενέργειας και φυσικά της θέσης των υδρόφωνων. Επίσης, αν κριθεί αναγκαίο, η περιοχή μελέτης είναι δυνατόν να επαναπροσεγγιστεί εφόσον οι συντεταγμένες είναι γνωστές. Η διαδικασία της θαλάσσιας σεισμικής έρευνας είναι ιδιαίτερα ακριβή και για να εξασφαλιστεί η αποδοτικότητά της δε χρησιμοποιείται μόνο ένα σύστημα προσδιορισμού θέσης, αλλά δύο με το GPS να είναι το πρωταρχικό (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.9 ΕΝΑΕΡΙΑ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ Είναι γνωστό πως στη χαρτογράφηση περιοχών, η χρήση του GPS είναι το βασικότερο όργανο για τη διεκπεραίωση της επιτόπιας έρευνας. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις που η χρήση του μπορεί να αποβεί ασύμφορη οικονομικά, όπως η καταγραφή μεγάλων, παραλιακών ή απρόσιτων περιοχών. Ο κλασσικός τρόπος καταγραφής μεγάλων και δύσβατων περιοχών ανταποκρίνεται στη μέθοδο της εναέριας φωτογραμμετρίας. Με τη αυτή διαδικασία, η ενσωματωμένη στο αεροσκάφος κάμερα, κάνει καταγραφή μιας χρονοσειράς εικόνων από την περιοχή μελέτης. Οι εικόνες πρέπει πρώτα να γεωαναφερθούν και στη συνέχεια να γίνει η παραγωγή χάρτη. Για τη γεωαναφορά εικόνων γίνεται χρήση σημείων ελέγχου, με γνωστές συντεταγμένες και αντίστοιχες συντεταγμένες εικόνων. Τα σημεία εδαφικού ελέγχου (GCP, Ground Control Points) ή φωτοσταθερά αποτελούν συγκεκριμένα εικονοστοιχεία σε μια εικόνα για τα οποία γνωρίζουμε τις συντεταγμένες από μια άλλη πηγή αναφοράς. Σε κάθε σημείο ελέγχου αντιστοιχεί ένα ζεύγος τιμών συνταγμένων Χ,Υ. H ακρίβεια στην επιλογή των GCP s είναι καθοριστική παράμετρος για την ποιότητα της γεωμετρικής διόρθωσης. Η επιλογή των σημείων θα πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να έχουν μια κανονική διασπορά σε όλη την εικόνα, να είναι ορατά και να βρίσκονται στο έδαφος. Σημεία έλεγχου μπορούν να Σελίδα 53 από 131

54 είναι διασταυρώσεις δρόμων, συμβολές ρευμάτων, αεροδιάδρομοι, μικρά κτίσματα, σημεία κατά μήκος της ακτογραμμής, κτλ. (Παρχαρίδης et al, 2003, σελ. 186) 14 Η χρήση του συστήματος GPS έχει μειώσει τον απαιτούμενο αριθμό σημείων ελέγχου, αλλά δεν έχει καταφέρει να εξαλείψει εντελώς τη χρήση τους ή την ανάγκη για αεροτριγωνισμό (διαδικασία που γίνεται μέσω φωτογραμμετρικού σταθμού). Το πλεονέκτημα του ενσωματωμένου GPS στο αεροσκάφος είναι ότι προσφέρει την άμεση γεωαναφορά των καταγεγραμένων εικόνων με τη χρήση ελαχίστων σημείων ελέγχου, για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.10 ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΠΥΘΜΕΝΑ Η χαρτογράφηση του θαλάσσιου πυθμένα προσφέρει πληροφορίες όπως το βάθος νερού και η διαμόρφωση του πυθμένα της θάλασσας. Εκτός από ακαδημαϊκό ενδιαφέρον, το βάθος νερού μπορεί να μεγιστοποιήσει τις δυνατότητες των πλοίων που μεταφέρουν προϊόντα. Η διαδικασία μέτρησης του βάθους περικλείει ένα μονής δέσμης βαθύμετρο, εγκατεστημένο στο πλοίο, το οποίο δημιουργεί ένα κύμα (σφυγμός) μεταδιδόμενο στο νερό και ανακλώμενο πίσω στο όργανο. Υπολογίζοντας το χρόνο ταξιδιού του κύματος και της ταχύτητας του ήχου στο νερό γνωρίζουμε την απόσταση του πυθμένα από την επιφάνεια της θάλασσας. Η χρήση του GPS σε συνδυασμό με την πολλαπλή δέσμη βαθύμετρου εγγυάται ότι το πλοίο θα ακολουθεί την προκαθορισμένη διαδρομή για την απελευθέρωση της δέσμης βαθύμετρου. Επίσης σημαντική λειτουργία των GPS είναι ο καθορισμός των συντεταγμένων του πλοίου ανά πάσα στιγμή (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.11 ΜΕΣΑ ΜΑΖΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Η καταγραφή της ακριβής τοποθεσίας των σταθερών και μη οχημάτων των Μέσων Μαζικής Μεταφοράς αποτελεί μεγάλο προνόμιο για τη σωστή λειτουργία τους και εξυπηρέτηση των πολιτών. Το σύστημα GPS μπορεί να ενσωματωθεί στα οχήματα δίνοντας πληροφορίες τοποθεσίας, ώστε ο στόλος των οχημάτων να είναι υπό έλεγχο ανά πάσα στιγμή αλλά και να δίνονται οι πληροφορίες άφιξης των εκάστοτε οχημάτων (λεωφορεία, τραμ κτλ.) στο επιβατικό κοινό. Τέτοιου είδους πληροφορίες μπορούν να αποβούν χρήσιμες σε μέρες με ακραίες καιρικές συνθήκες (El Rabbany, 2002, σελ ). 14 Πηγή: Τηλεπισκόπηση Εφαρμογές στις Γεωεπιστήμες Σελίδα 54 από 131

55 Α.7.12 ΠΛΟΗΓΗΣΗ ΟΧΗΜΑΤΩΝ Όλοι μας είμαστε εξοικειωμένοι με τη χρήση του GPS στο αυτοκίνητο. Μάλιστα τις περισσότερες φορές όταν κάποιος αναφέρεται στο GPS, είναι το πρώτο πράγμα που μας έρχεται στο μυαλό. Η χρήση τους στον προσδιορισμό τροχιάς των αυτοκινήτων, έρχεται να αντικαταστήσει το συμβατικό τρόπο χρήσης εκτυπωμένων χαρτών, ο οποίος μερικές φορές εκτός από μη αποδοτικός μπορεί να αποβεί και επικίνδυνος. Ο οδηγός εισάγει τη διεύθυνση στην οποία θέλει να μεταβιβαστεί στη συσκευή του GPS αυτοκινήτου και περιμένει από το σύστημα για ακριβείς οδηγίες, όπως σε ποιο δρόμο θα στρίψει αριστερά ή δεξιά, που δεν μπορεί να πραγματοποιήσει στροφή λόγω απαγορευτικού σήματος και σε περίπτωση λάθους του οδηγού το σύστημα έχει τη δυνατότητα να επαναπροσδιορίσει τη διαδρομή. Ο οδηγός στην οθόνη του GPS βλέπει έναν ψηφιακό χάρτη με πληροφορίες όπως η ονομασία των δρόμων, ονομασία καταστημάτων, βενζινάδικων, αεροδρομίων και σε μερικές περιπτώσεις, πληροφορίες όπως ο καιρός ή η κίνηση που επικρατεί στους δρόμους. Αν δούμε τι γίνεται μέσα στη συσκευή GPS, μια ψηφιακή βάση πληροφοριών τρέχει, καθοδηγώντας το όχημα με τις ηχητικές πληροφορίες. Σε περιπτώσεις που το GPS αδυνατεί να συνδεθεί με τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους, μια άλλη τεχνική χρησιμοποιείται λειτουργώντας επικουρικά, η Dead Reckoning (σε ελεύθερη μετάφραση «αναμέτρηση») όπου μέσω δεδομένων που λαμβάνονται από αισθητήρες της ταχύτητας του αυτοκινήτου και της κατεύθυνσης του τιμονιού, παράγουν υψηλής ακρίβειας δεδομένων θέσης. 15 (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.13 ΛΙΑΝΙΚΟ ΕΜΠΟΡΙΟ Στη σύγχρονη και απαιτητική αγορά, το λιανικό εμπόριο οφείλει να χαρακτηρίζεται από αποδοτικότητα και όσο το δυνατόν μικρότερο λόγο εσόδων-εξόδων. Ο συνδυασμός του GPS με ένα λογισμικό GIS δίνει το περιθώριο στο χώρο του λιανικού εμπορίου να επιτύχει τους παραπάνω στόχους. Επικουρικό ρόλο έχουν οι τεχνολογίες της ασύρματης επικοινωνίας για τη μετάδοση δεδομένων. Οι βασικές αρχές είναι η διεξοδική ανάλυση διαδρομής για την παράδοση προϊόντων και το σύστημα GPS που θα καταγράφει τη διαδρομή αυτή. Για την καταγραφή διαδρομής απαιτούνται ένας ενημερωμένος ψηφιακός χάρτης της περιοχής που θα γίνει η παράδοση, σε συντεταγμένες WGS84 συμβατές με αυτές του GPS, η τοποθεσία των καταστημάτων και οι συνθήκες κίνησης για τους δρόμους από τους οποίους 15 Πηγή : Σελίδα 55 από 131

56 θα μεταβεί το όχημα παράδοσης. Η φωνητική αναγνώριση είναι θεμιτή. Επίσης, τα δεδομένα που θα χρησιμοποιηθούν στο λογισμικό πρόγραμμα GIS θα είναι διανυσματικής μορφής. Χρησιμοποιώντας αποτελεσματικά τα παραπάνω δεδομένα, το λογισμικό του κέντρου αποστολής της εταιρίας λιανικού εμπορίου θα είναι σε θέση να βρει την καταλληλότερη και συντομότερη διαδρομή από άποψη κίνησης και τοποθεσίας καταστημάτων. Έτσι ο στόχος για μείωση των εξόδων επιτυγχάνεται στο έπακρο. Όσον αφορά το σύστημα GPS για την καταγραφή διαδρομής μεταφορικού στόλου οχημάτων, χρησιμοποιείται από το κέντρο αποστολής το οποίο αποκτά πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο και όπως και στον προσδιορισμό τροχιάς οχημάτων (Α.5.12), η μέθοδος DR χρησιμοποιείται όπου το GPS αδυνατεί να προσφέρει τις υπηρεσίες του. Η τοποθεσία του οχήματος, τα προϊόντα που έχουν παραδοθεί, η διαδρομή που ακολούθησε ο οδηγός μπορούν να προβληθούν στις οθόνες του κέντρου αποστολής είτε να γίνουν γνωστές μέσω του συστήματος ομιλίας. Προβλέψεις όπως ο χρόνος αποστολής ή η τοποθεσία των προϊόντων επιτυγχάνονται με αυτόν τον τρόπο. Επίσης, η αξιοπιστία των οδηγών εξαρτάται από το (προκαθορισμένο) δρόμο που ακολουθούν και τον (προβλεπόμενο) χρόνο αποστολής (El Rabbany, 2002, σελ ). Α.7.14 ΚΤΗΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΕΙΣ Το κτηματολόγιο είναι η μελέτη και η καταγραφή των χωρικών και περιγραφικών στοιχείων. Ως χωρικά στοιχεία των γεωτεμαχίων είναι η θέση, διαστάσεις πλευρών, εμβαδόν, ενώ ως περιγραφικά στοιχεία οι ιδιοκτήτες, τίτλοι κτλ. Οι χαρτογραφικές αποτυπώσεις, όπως και η επιτόπια χαρτογράφηση, διεκπεραιώνονταν με συμβατικές μεθόδους. Πολλά μειονεκτήματα συγκεντρώνονται όμως από αυτές τις μεθόδους όπως η συνεχή και συχνή επιτόπια μελέτη σε περίπτωση κάποιου λάθους καταγραφής, η ανάγκη για ακριβή διαχωρισμό των γεωτεμαχίων και η είσοδος σε ιδιωτικές περιουσίες για την απόκτηση των δεδομένων καταγραφής. Με τη χρήση GPS οι συμβατικοί μέθοδοι έχουν εξαλείψει, σημαντικά μειονεκτήματα έχουν ξεπεραστεί και τα έξοδα επιτόπιας μελέτης έχουν μειωθεί σημαντικά. Επιπρόσθετα, τα δεδομένα του GPS μπορούν να εισαχθούν σε ένα λογισμικό GIS ώστε να γίνει περαιτέρω επεξεργασία (El Rabbany, 2002, σελ ). Σελίδα 56 από 131

57 Α.5.15 ΧΑΡΑΞΗ ΣΗΜΕΙΩΝ ΠΛΟΗΓΗΣΗΣ Το σύστημα GPS κρίνεται απαραίτητο σε χρήστη που επιθυμεί να πλοηγηθεί σε συγκεκριμένο σημείο του οποίου γνωρίζει τις συντεταγμένες. Ο χρήστης εισάγει τις συντεταγμένες του επιθυμητού σημείου στη συσκευή χειρός GPS και ο εσωτερικός υπολογιστής της συσκευής υπολογίζει αυτόματα τις συντεταγμένες του χρήστη. Εν συνεχεία, η απόσταση και το αζιμούθιο του τελικού σημείου γίνονται γνωστά και όπως και πληροφορίες για τον αναμενόμενο χρόνο άφιξης και την μετατόπιση του χρήστη από το αρχικό σημείο ή το τελικό. Στην οθόνη της συσκευής χειρός, η απεικόνιση της θέσης του τελικού σημείου και της θέσης του χρήστη παρουσιάζονται με την χρήση ενός κέντρου στόχου, με το τελικό σημείο στο κέντρο του στόχου και τη θέση του χρήστη ως μια κινούμενη κουκίδα. Συμπληρωματικές πληροφορίες πλοήγησης εμφανίζονται στην οθόνη. 16 (El Rabbany, 2002, σελ ). 16 Πηγή: Introduction to GPS The Global Positioning System, σελ Σελίδα 57 από 131

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Β. ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Β.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΘΕΜΑ ΤΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Το Β Κεφάλαιο της διπλωματικής μου εργασίας αποτελείται από κάποια στάδια επεξεργασίας των δεδομένων GPS/GNSS των σταθμών NOANET. Στο ΕΑΑ εργάστηκα για το διάστημα Ιούλιο 2012 έως Φεβρουάριο Τα πέντε (v) στάδια αναφέρονται ως εξής: i. Δημιουργία logdata sheet για δεκατρείς σταθμούς GPS NOANET με τη βοήθεια του λογισμικού Spider (την ιστοσελίδα του ΓΕΙΝ/ΕΑΑ και δεδομένων σε μορφή excel από τον κεντρικό υπολογιστή του ΓΕΙΝ/ΕΑΑ). ii. Επεξεργασία των δεδομένων του σταθμού ATHN της εταιρίας JGC Ενοποίηση των ωριαίων αρχείων 1 s σε ημερήσια 30 s. iii. NOANET GPS Data Completeness για το έτος 2011 και τους 6 πρώτους μήνες του iv. Ετήσια Ποιοτική αξιολόγηση με το πρόγραμμα Leica GNSS QC, μέρους των σταθμών του δικτύου NOA για οκτώ σταθμούς GPS ( ). v. Ημερήσια Ποιοτική αξιολόγηση με το ελέυθερο πρόγραμμα rtklib, μερικών σταθμών του δικτύου NOA για δέκα σταθμούς GPS για joulian day 052 ή 21/02/2011. Β.2 ΔΙΚΤΥΟ GPS/GNSS ΤΟΥ ΓΕΙΝ/ΕΑΑ Στο ΓΕΙΝ από το 2002 διεξάγεται Έρευνα και λειτουργούν τοπικά δίκτυα και ψηφιακό Εθνικό Δίκτυο στον ευρύτερο τομέα του Διαστήματος και του Γήινου Περιβάλλοντος, της Γεωδυναμικής, Σεισμολογίας και της Γεωφυσικής με αντικείμενο την ανάλυση, την επεξεργασία και την ερμηνεία των μετρήσεων από δορυφορικούς, αερομεταφερόμενους και επίγειους δέκτες GPS GNSS. Οι τεχνολογίες διαστημικής γεωδαισίας όπως το GPS/GNSS, αποτελούν ένα πολύτιμο εργαλείο στην παρακολούθηση της παραμόρφωσης του φλοιού, ειδικά στις περιπτώσεις που απαιτείται μεγάλη ακρίβεια και οι γεωδαιτικές μετρήσεις εφαρμόζονται ολοένα και περισσότερο σε έρευνες και μελέτες Γεωδυναμικής και Σεισμολογίας. Επίσης, τα δορυφορικά δεδομένα έχουν αποκτήσει καίρια σημασία διεθνώς για την πρόληψη, παρακολούθηση και αντιμετώπιση φυσικών καταστροφών όπως είναι οι τα «τσουνάμι» και οι ηφαιστειακές εκρήξεις, πεδία τα οποία αποτελούν αντικείμενα δράσης του Σελίδα 58 από 131

59 Γεωδυναμικού Ινστιτούτου. Η διεθνής εμπειρία μετά τους μεγάλους σεισμούς της Σουμάτρας του 2004 (Μ=9.3) και της Ιαπωνίας το 2011 (Μ=9.0) έδειξε ότι ο συνδυασμός δορυφορικών τεχνολογιών, συστημάτων εντοπισμού GPS GNSS και σεισμολογίας είναι εξαιρετικά χρήσιμος στην παρακολούθηση νησιωτικών τόξων (Ινδονησία, Ιαπωνία, κλπ) για την έρενα μεγάλων σεισμών με δυναμικό για τσουνάμι. Το Γεωδυναμικό Ινστιτούτο του ΕΑΑ ξεκίνησε την ίδρυση μόνιμου δικτύου GPS τον Φεβρουάριο του 2006 με την εγκατάσταση του πρώτου σταθμού στη νήσο Κεφαλληνία. Τον Μάρτιο του 2006 ιδρύθηκε ο σταθμός αναφοράς ΝΟΑ1 στην Πεντέλη, ο οποίος εντάχθηκε στο Ευρωπαϊκό Δίκτυο EUREF. Μέχρι και τις 27 Νοεμβρίου του 2012 το ΓΕΙΝ λειτουργούσε δεκαοκτώ (18) μόνιμους σταθμούς αναφοράς στην Ελλάδα με καταγραφή στο 1-s και με τηλεμετρία πραγματικού χρόνου προς τον κεντρικό εξυπηρετητή του δικτύου στην Αθήνα. Επτά δέκτες (NVRK, LEMN, KRPS, NEAB, PYLO, KIPO & STEF) καταγράφουν σήματα GPS & GLONASS. Οκτώ (8) σταθμοί (LEMN, PRKV, KRPS, PYLO, RLSO, VLSM, KLOK & NOA1) είναι συστεγαζόμενοι με άλλα σεισμολογικά όργανα (σεισμόμετρα και επιταχυνσιογράφους). Όλοι οι σταθμοί καταγράφουν δεδομένα και σε μεγαλύτερη συχνότητα 0.2-s (5 Hz) με ανανέωση ανά 48-ωρο για την περίπτωση που συμβεί μεγάλος σεισμός κοντά στον σταθμό. Οι γεωδαιτικές κεραίες είναι τοποθετημένες σε κτήρια εκτός των σταθμών Θεσσαλίας και Λέσβου, που έχουν τοποθετηθεί πάνω σε βάθρα στο υγιές πέτρωμα. Επίσης, έχει γίνει ίδρυση φορητών δικτύων GPS και λειτουργούν 56 μη-μόνιμοι σταθμοί στις εξής περιοχές: Μεσσηνία 6, Βόρειος Θεσσαλία 13, Καπαρέλλι 11, Κάρλα 19 και Φάρσαλα 7. Καθημερινά γίνεται δειγματοληπτική ανάλυση ποιότητας δεδομένων με χρήση των λογισμικών TEQC, SPIDER QC και επεξεργασία 30-s δεδομένων GPS με χρήση του λογισμικού GAMIT. Η έρευνα που διεξάγεται αφορά είτε σε μετρήσεις των ρυθμών ολίσθησης ενεργών ρηγμάτων του Ελλαδικού χώρου, είτε σε μετρήσεις ταχυτήτων του στερεού φλοιού και των λιθοσφαιρικών πλακών στην περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου, στη μέτρηση της τεκτονικής παραμόρφωσης στην Ελλάδα, και πάνω σε στατικές και δυναμικές μετατοπίσεις του εδάφους με υψηλή δειγματοληψία (1-s). Το δίκτυο GPS και ειδικά οι παράκτιοι σταθμοί χρησιμοποιούνται επιχειρησιακά για την αντιμετώπιση του κινδύνου από τσουνάμι στο Ελληνικό τόξο. Σημειώνεται ότι τα δεδομένα του ΝΟΑΝΕΤ είναι διαθέσιμα στην ελληνική και διεθνή επιστημονική κοινότητα από τον δικτυακό τόπο (Πηγή: ΝΟΑΝΕΤ). Σελίδα 59 από 131

60 No CODE LATITUDE LONGITUDE ELLIP S_H DATE MONUME NT Lithology Antenna type Receiver Type 1 VLSM /02/2006 ROOF Limestone AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO 2 NOA /03/2006 ROOF Marble AT504 LEIS LEICA GRX1200PRO 3 RLSO /07/2006 ROOF Sandstone AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO 4 PONT /02/2007 ROOF Limestone AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO 5 KASI /04/2007 ROOF Limestone AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO 6 SPAN /05/2007 ROOF Schist AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO 7 LEMN /06/2007 ROOF Andesite AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO EXPOSED 8 PRKV /06/2007 ROCK Andesite AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO 9 NVRK /07/2007 ROOF Sandstone AX 1202 GG LEICA GRX1200PRO EXPOSED 10 KLOK /07/2008 ROCK Marble AT504 LEIS LEICA GRX1200PRO 11 ATAL /03/2009 ROOF Alluvium NOV533 ASHTECH UZ KIPO /08/2010 ROOF Limestone AX 1203+GNSS GMX902 GG 13 PYLO /08/2011 ROOF Limestone AS10 LEICA GR10 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΤΑΘΜΩΝ GNSS NOANET (Πηγή: ΝΟΑΝΕΤ, 24/8/2011) Σελίδα 60 από 131

61 ΧΑΡΤΗΣ 2: ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΣΤΟΝ ΕΛΛΑΔΙΚΟ ΧΩΡΟ ΤΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ GNSS NOANET (πηγή: ΓΕΙΝ/ΕΑΑ) Σελίδα 61 από 131

62 Β.3 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ LOGDATA SHEET Η δημιουργία των logdata sheet περιλαμβάνει του σταθμούς GPS: ATAL, KASI, KIPO, KLOK, LEMN, NEAB, NVRK, PONT, PRKV, PYLO, RLSO, SPAN, VLSM. Τα αρχεία είναι σε μορφή.txt και είναι αναγνώσιμα με οποιοδήποτε συμβατό πρόγραμμα. Τα log files των σταθμών περιέχουν βασικές πληροφορίες για τους σταθμούς όπως το όνομά τους, την τοποθεσία τους, τον τύπο κεραίας τους κτλ. και ενημερώνονται (update) κάθε φορά που συμβαίνει κάποια αλλαγή. Συγκεκριμένα, το logdata sheet του σταθμού PONT που παρατίθεται στο ΠΑΡΑΤΗΜΑ V είναι updated. Η σκοπιμότητα των logdata sheet εντοπίζεται στη συγκέντρωση των απαραίτητων πληροφοριών σε ένα αρχείο, επομένως στην γρήγορή εύρεσή τους και στην ευκολότερη διανομή τους. Οι ενδιαφερόμενοι χρήστες των πληροφοριών που αναγράφονται στα logdata sheet και αφορούν τους σταθμούς NOANET, υπό άλλες συνθήκες θα έπρεπε να επικοινωνήσουν με τον αρμόδιο φορέα (ΓΕΙΝ/ΕΑΑ). Ενώ τώρα ο αναγνώστης μπορεί να αναζητήσει τις απαιτούμενες πληροφορίες στην ιστοσελίδα του ΓΕΙΝ/ΕΑΑ: Για τη δημιουργία ή ολοκλήρωση των logdata sheet των αρχείων των σταθμών GPS, παραπέμφθηκα στις εξής πηγές: (α) στον κεντρικό υπολογιστή του ΓΕΙΝ ΕΑΑ i) στο web interface των σταθμών, ii) στο ημερολόγιο των σταθμών και (β) στις ιστοσελίδες i) και ii) accelnet.gein.noa.gr. Σελίδα 62 από 131

63 Β.4 ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΑΤΗΝ Το δεύτερο βήμα, περιλαμβάνει τη μετατροπή των πρωτογενών δεδομένων του σταθμού ATHN από ωριαία αρχεία σε ημερήσια. Έλαβα τα αρχικά δεδομένα τον Ιούλιο του 2012, μορφής unix compressed RINEX file (4 ωριαία αρχεία μορφής.d,.g,.n,.h με sampling rate 1-s), για τις ιουλιανές ημέρες (joulian day) του έτους 2011 ή αλλιώς 22/09/2011 έως 31/12/2011. Για τα τέσσερα αρχεία ισχύει:.d : παρατηρήσεις.g : GLONASS.n : navigation file (μήνυμα πλοήγησης).h : ώρα παρατήρησης Ενδεικτικά, ονομασία του αρχείου για την ιουλιανή ημέρα 270, ώρα καταγραφής a και έτος 2011, είναι η εξής: athn270a11d όνομα σταθμού ιουλιανή ημέρα έτος τύπος αρχείου ώρα Τα αρχεία RINEX συμπιέζονται (.rar) για αποθηκευτικούς λόγους. Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τα πρωτογενή, παραγόμενα δεδομένα και τα προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το βήμα: ΔΕΔΟΜΕΝΑ Αρχικά Δεδομένα Τελικά Δεδομένα Προγράμματα Εφαρμογή ΟΝΟΜΑΣΙΑ/ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ωριαία Unix compressed RINEX file ημερήσια.d &.n RINEX file Hatanaka CRN2RNX & RNX2CRX Leica Spider QC Command prompt (cmd.exe) ΠΙΝΑΚΑΣ 3: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΑΘΜΟΥ ATHN Σελίδα 63 από 131

64 Σύμφωνα με την επίσημη ιστοσελίδα της UNAVCO 17, o Yuki Hatanaka είναι ο προγραμματιστής των εντολών CRX2RNX και RNX2CRX, οι οποίες επιτρέπουν στο χρήστη να αποσυμπιέζει και να συμπιέζει, αντίστοιχα, τα RINEX αρχεία σε μικρότερα ASCII format. Οι εντολές εκτελούνται σε εφαρμογή cmd.exe (Terminal) με απλές γραμμές εντολών DOS. Το πρόγραμμα Leica SpiderQC της εταιρίας Leica Geosystems μπορεί να αναλύσει ποικίλα πρωτογενή ή επεξεργασμένα (raw and derived data) GNSS δεδομένα, μορφής RINEX, SINEX, IONEX, NMEA κτλ. Η πλήρης περιγραφή του θα γίνει στη συνέχεια στην ποιοτική αξιολόγηση των σταθμών ΝΟΑ. Η επεξεργασία των δεδομένων ξεκινάει με την αποσυμπίεση των αρχείων RINEX (εντολή extract here ) και την εφαρμογή της εντολής CRX2RNX για τη δημιουργία των αρχείων παρατήρησης/observation file (.o). Στη συνέχεια, εισάγω τα RINEX αρχεία παρατήρησης (.o) που μόλις δημιουργήθηκαν στο περιβάλλον του προγράμματος Leica SpiderQC. Με τις αντίστοιχες εντολές του προγράμματος, επιλέγω όλα τα.o αρχεία και τα μετατρέπουμε από ωριαία (hourly, 1-s) αρχεία παρατήρησης.o σε ημερήσια αρχεία.o (daily, 30 s). Εκτελώ την ίδια διαδικασία για τα ωριαία αρχεία πλοήγησης.n, μετατρέποντάς τα σε ημερήσια αρχεία πλοήγησης.n. Σημειώνεται ότι τα ωριαία αρχεία.n inputs του προγράμματος, ανήκουν στα πρωτογενή δεδομένα που μου παραδόθηκαν από το ΕΑΑ. Έπειτα, εργάζομαι στην εφαρμογή command prompt (cmd.exe) για τη συμπίεση των ημερήσιων αρχείων.o με την εντολή RNX2CRX. Η εντολή που εισάγω στο terminal είναι: RNX2CRX όνομα σταθμού.yyo Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η εντολή διαμορφώνεται ως εξής: RNX2CRX athn.11o Η παρακάτω εικόνα είναι στιγμιότυπο (print screen) του terminal κατά τη διαδικασία συμπίεσης των αρχείων.o σε.d με την εντολή RNX2CRX. Για περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με την εντολή (ή την εντολή CRX2RNX), ο αναγνώστης μπορεί να ανατρέξει στην κάτωθι ιστοσελίδα: 17 facility.unavco.org/software/preprocessing/preprocessing.html#hatanaka Σελίδα 64 από 131

65 ΣΧΗΜΑ 17: PRINTSCREEN ΤΟΥ TERMINAL ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΤΟΛΗ RNX2CRX Επομένως, τα παραγόμενα προϊόντα του προγράμματος Leica SpiderQC, τα.o και.n αρχεία, τα εισάγουμε στο πρόγραμμα Leica GNSS QC για τη δημιουργία των ετησίων skyplots. Σελίδα 65 από 131

66 Β.5 NOANET COMPLETENESS (GPS) ΓΙΑ ΤΟΥΣ 6 ΠΡΩΤΟΥΣ ΜΗΝΕΣ ΤΟΥ 2012 Σε καθημερινή και 24ωρη βάση το ΕΑΑ δέχεται δεδομένα από σταθμούς GNSS (GPS, GLONASS) από τον ελλαδικό χώρο αλλά και από τις γειτονικές χώρες. Οι σταθμοί ελέγχονται καθημερινά για την πλήρη καταγραφή δεδομένων τους και διαχειρίζονται από το πρόγραμμα Leica GNSS Spider Ver που βρίσκεται εγκατεστημένο στον κεντρικό υπολογιστή του ΓΕΙΝ/ΕΑΑ. Το πρόγραμμα πραγματοποιεί έλεγχο διαχείρισης και συνάμα ελέγχει τους σταθμούς αναφοράς ως ξεχωριστούς σταθμούς ή ως σύνολο-δίκτυο. Οι σταθμοί ελέγχονται χωρίς διακοπή και τα πρωτογενή δεδομένα (ωριαία αρχεία) αποθηκεύονται αυτόματα. Το ΓΕΙΝ/ΕΑΑ έχει χρήσει 4 σταθμούς ΝΟΑ ως σταθμούς αναφοράς και πραγματοποιεί σε πραγματικό χρόνο την αξιολόγηση της ποιότητας των δεδομένων τους. Οι σταθμοί αυτοί είναι: NOA1, KIPO, RLSO, KLOK και τα αποτελέσματα μπορούν να αποκτηθούν ανατρέχοντας στην ιστοσελίδα του NOANET Quality Control: ΣΧΗΜΑ 18: PRINTSCREEN ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ LEICA GNSS SPIDER VER (πηγή: Μ. Παπανικολάου) Σελίδα 66 από 131

67 Στο χρήστη παρέχεται η δυνατότητα ενημέρωσης για την κατάσταση λειτουργίας των σταθμών σε πραγματικό χρόνο. Δηλαδή αν οι σταθμοί πραγματοποιούν λήψη δεδομένων ή αν η διαδικασία έχει διακοπεί λόγω τεχνικού προβλήματος π.χ. διακοπή ρεύματος/παροχής internet, μέσα από το interface του προγράμματος. Οι πληροφορίες σχετικά με το αν η λειτουργία του σταθμού ήταν εύρυθμη ή όχι, καταγράφονται σε λογιστικό φύλλο excel. Στο φύλλο excel οι σταθμοί GNSS τοποθετούνται σε γραμμές και οι ιουλιανές ημέρες (1-365) σε στήλες. Στα κελιά που αντιστοιχούν σε ημέρες καταγραφής, με πράσινο αντιπροσωπεύεται η ύπαρξη δεδομένων και με κόκκινο η έλλειψη. Κατά αυτό τον τρόπο εισάγουμε πληροφορίες data/no data (πράσινο/κόκκινο αντίστοιχα) για τις καταγραφές δεδομένων. Στη συνέχεια, σε άλλο φύλλο, γίνεται απαρίθμηση του αριθμού των κελιών που υπάρχουν από το κάθε χρώμα και με τη χρήση κατάλληλης εντολής από το φύλλο, παράγεται το διάγραμμα πληρότητας λειτουργίας των σταθμών. Για την εκπόνηση του τρίτου βήματος, επεξεργάστηκα τους σταθμούς που ανήκαν στο ΕΑΑ μέχρι και το Νοέμβριο 2012 και παρήγαγα το διάγραμμα δεδομένων καταγραφής για το έτος 2011 (βλ. ΣΧΗΜΑ 19) και 2012 για τους πρώτους έξι μήνες (βλ. ΣΧΗΜΑ 20). Στη συνέχεια παρατίθενται τα δύο διαγράμματα. Για τον έλεγχο NOANET Completeness και τη δημιουργία των δύο διαγραμμάτων, χρησιμοποίησα ως οδηγό τα διαγράμματα των ετών 2009 και 2010, που υπάρχουν καταχωρημένα στο κεντρικό υπολογιστή του ΓΕΙΝ, στο φάκελο ημερολόγιο σταθμών. Το διάγραμμα πληρότητας για το 2011 περιλαμβάνει όλους τους σταθμούς GNSS (εβδομήντα επτά στον αριθμό) που στέλνουν δεδομένα στο ΓΕΙΝ/ΕΑΑ., ενώ το αντίστοιχο διάγραμμα του 2012 περιλαμβάνει τους σταθμούς GPS. Η πληρότητα των σταθμών ποικίλει και η διακοπή της λειτουργίας καταγραφής εξαρτάται από παράγοντες που δεν οφείλονται στη σωστή διαχείριση των σταθμών, αλλά σε παράγοντες όπως η διακοπή δέκτη εξαιτίας άσχημων καιρικών συνθηκών ή η διακοπή τοπικής σύνδεσης (ρεύματος/παροχής internet). Παρόλα αυτά, οι σταθμοί που παρουσιάζουν την ικανοποιητικότερη πληρότητα καταγραφών δεδομένων στο ΣΧΗΜΑ 19, είναι οι σταθμοί NOANET. Το διάγραμμα πληρότητας για τους έξι πρώτους μήνες του 2012 αφορά τους 13 GPS σταθμούς (ΣΧΗΜΑ 20), από το οποίο φαίνεται ότι μόνο οι σταθμοί ATAL, KASI, KIPO, SPAN έχουν μικρό ποσοστό έλλειψης δεδομένων, της τάξης των δύο ημερών. Σελίδα 67 από 131

68 STATIONS Έλεγχος πληρότητας και ποιότητας δεδομένων του Εθνικού GNSS Δικτύου ΝΟΑΝΕΤ του ΕΑΑ GNSS STATIONS DATA COMPLETENESS (YEAR 2011) Z A K Y Y U N D X I R O V O L O V L S M T U C 2 T R I P T H I V T H E S S V I L S T R A SPET S P A N S O F I S O F A S K O P S E R R S A N T S A N D S A M O R O Z E R O D O R L S O R E T H P Y R G P Y L O P T O L P R K V P O N T P E R I P A Z A P A T R P A T 0 P A L A N V R K N O A _ 1 N I S _ N E A P N A X O M O L A M I L O M A V R L I A N L E M N L A R M L A R I L A M A K U S T K T I M KRUM K O R I K L O K K I P O K A V A K A T E K A S T K A S I K A R P K A R D K A L M K A L A I T E A I O A N I E R A H E R A H A L K E D E S D U T H D R A N A U T 1 A T H N A T A L A R T A A N D R A N A V A L E X A G N A DAYS ΣΧΗΜΑ 19: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΛΗΡΟΤΗΤΑΣ 77 ΣΤΑΘΜΩΝ GNSS NOANET 2011 Σελίδα 68 από 131

69 GPS STATIONS DATA COMPLETENESS (FIRST SIX MONTHS 2012) ΣΧΗΜΑ 20: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΛΗΡΟΤΗΤΑΣ 13 ΣΤΑΘΜΩΝ GPS ΓΙΑ ΤΟ 1 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΤΟΥ 2012 Σελίδα 69 από 131

70 Β.6 ΕΤΗΣΙΑ ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΑΘΜΩΝ GPS ΜΕ LEICA GNSS QC ( ) Για το βήμα της ετήσιας ποιοτικής αξιολόγησης, με το πρόγραμμα Leica GNSS QC, έγινε επεξεργασία δεδομένων από οκτώ σταθμούς GP, για δύο έτη, 2010 και Για το έτος 2010, οι σταθμοί ανέρχονται στον αριθμό πέντε (KIPO, KLOK, LEMN, NVRK, SPAN), ενώ για το έτος 2011 στους τρεις (ATAL, PONT, PRKV). Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν συγκεντρώνονται στον Πίνακα 4: ΤΥΠΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΗΓΗ Αρχικά Δεδομένα Τελικά Δεδομένα Software Εφαρμογή Παραγόμενα προϊόντα RINEX συμπιεσμένα αρχεία (.d,.n) RINEX ασυμπίεστα αρχεία (.o,.n) TEQC, Hatanaka CRX2RNX & LEICA GNSS QC cmd.exe PNG εικόνες ΝΟΑΝΕΤ UNAVCO LEICA ΠΙΝΑΚΑΣ 4: ΤΥΠΟΙ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΟΙΟΤΙΚΗΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΑΘΜΩΝ NOA B.6.1 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ TEQC UNAVCO Το πρόγραμμα TEQC UNAVCO βρίσκεται σε ελεύθερη μορφή στην ιστοσελίδα. Στη διαδικτυακή περιγραφή 18, το πρόγραμμα περιγράφεται ως μία εργαλειοθήκη για την επίλυση προβλημάτων στην προ - επεξεργασία δεδομένων GPS, GLONNAS, Galileo (SBAS Data). Οι βασικές λειτουργίες του είναι τρείς: 1. Translation 2. Editing 3. Quality Check (TEQC) Σε ελεύθερη απόδοση, Translation είναι η μετάφραση ή η ανάγνωση των binary αρχείων, Editing η εξαγωγή μεταδεδομένων (metadata) ή η επεξεργασία / διόρθωση RINEX header 18 facility.unavco.org/software/teqc/teqc.html#toolkit Σελίδα 70 από 131

71 μεταδεδομένων και Quality Check ο έλεγχος GPS και GLONNAS δεδομένων (UNAVCO software). 19 Β.6.2 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ LEICA GNSS QC Το πρόγραμμα Leica GNSS QC αναφέρεται στον ποιοτικό έλεγχο και στην ανάλυση GPS και GLONASS δεδομένων. Είναι η πρώτη επιλογή για την καταγραγή της ποιότητας του λογισμικού και συμπληρώνει το λογισμικό του δικτύου σταθμών αναφοράς (π.χ. Leica GPS Spider). Οι λειτουργίες του προγράμματος αφορούν στον αυτόματο έλεγχο και στην αναφορά ποιότητας των αρχείων RINEX που εισάγονται σε αυτό και επιτυγχάνονται με την εξελιγμένη τεχνολογία των εντολών του προγράμματος που επιτρέπουν, τη λεπτομερή αξιολόγηση: α) της περιοχής που είναι εγκατεστημένο το δίκτυο αναφοράς β) του σφάλματος πολυανάκλασης (multipath) και ελέγχουν την απόδοση του δέκτη. Ο έλεγχος ποιότητας που εκτελεί το πρόγραμμα εξασφαλίζει ότι ο σταθμός αναφοράς λειτουργεί στο μέγιστο των δυνατοτήτων του. Οι χρήσεις του προγράμματος συνοψίζονται στις εξής: Λεπτομερής ανάλυση της θέσης του σταθμού αναφοράς Έλεγχος ποιότητας GPS/GLONASS σταθμού αναφοράς Έλεγχος απόδοσης δέκτη Ανάλυση μονής, διπλής ή τριπλής συχνότητας δεδομένων Ανάλυση μετατόπισης σε πραγματικό χρόνο ή εκ των υστέρων επεξεργασία Προβολή IONEX (IONosphere map EXchange format) χαρτών Διαχείριση RINEX αρχείων (ένωση, διαχωρισμός) Το πρόγραμμα Leica GNSS QC βρίσκεται σε ελεύθερη μορφή στο διαδίκτυο στην επίσημη ιστοσελίδα της Leica Geosystems Software_29436.htm?pagemode=print. 19 πηγή: Σελίδα 71 από 131

72 Η ετήσια ποιοτική αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε για δύο έτη, για οκτώ συνολικά σταθμούς. Ενδεικτικά όμως παρατίθεται η ανάλυση ενός μόνο σταθμού (KLOK) και για τα δύο έτη. Υπογραμμίζεται ότι ο σταθμός ATAL άρχισε την καταγραφή δεδομένων / εγκαταστάθηκε την ιουλιανή ημέρα 051 (joulian day) 2011, επομένως και τα αρχεία RINEX 2011 αρχίζουν να παράγονται και να καταγράφονται τότε. Αρχικό βήμα είναι η εκτέλεση αποσυμπίεσης των αρχείων RINEX (.d,.n). Στη συνέχεια με την εντολή CRX2RNX (εντολή αποσυμπίεσης) δημιουργώ τα RINEX αρχεία.o. εισάγω στο terminal τα αποσυμπιεσμένα.n και τα δημιουργημένα.o και εκτελώ την εντολή teqc. Σημειώνεται ότι πριν την αρχή της διαδικασίας, αλλάζω path στο terminal (cmd.exe) 20 επιλέγοντας κάθε φορά το φάκελο στον οποίο βρίσκεται το terminal. Εκτελώ το αρχείο terminal ή αλλιώς cmd.exe (command prompt) και γράφω την εντολή: teqc phc (όνομα αρχείου)*.yyn>(όνομα νέου αρχείου).yyn Στο παρόν παράδειγμα εργαζόμαστε σε αρχεία του 2011 οπότε η εντολή διαμορφώνεται ως εξής: teqc phc (όνομα αρχείου)*.11n>(όνομα νέου αρχείου).11n ΣΧΉΜΑ 21: PRINTSCREEN ΕΝΤΟΛΗΣ TEQC PHC (NAME)*.YYN>(NEW NAME).YY.N ΣΤΟ TERMINAL Πατώντας enter η εντολή εκτελείται και δημιουργεί το ασυμπίεστο αρχείο RINEX. n με την ονομασία όνομα σταθμού νέο όνομα αρχείου.yyn για παράδειγμα για το σταθμό ATAL 20 Εγγενή εφαρμογή των Windows που συνήθως τρέχει σε Win 32 console. Σελίδα 72 από 131

73 έχουμε: atalfinal.11n. Το αρχείο αυτό αποτελεί το ένα από τα δύο εισαγόμενα αρχεία στο πρόγραμμα LEICA GNSS QC για τη δημιουργία των skyplot. Για την παραγωγή του δεύτερου εισαγόμενου αρχείου, με το πρόγραμμα CRX2RNX αποσυμπίεσα τα αρχεία.d (compact RINEX file) για να αποκτήσω τα αρχεία.o (observation). Στη συνέχεια δημιούργησα και μετέφερα τα αρχεία.o σε νέο φάκελο με την ονομασία όνομα σταθμού.o (π.χ. atal.o). Στο ίδιο αρχείο μεταφέρω πάλι τα εκτελέσιμα αρχεία TEQC και terminal, και αφού αλλάξω το path τρέχω την ίδια εντολή με προηγουμένως: teqc phc(όνομα αρχείου)*. yyo>(όνομα νέου αρχείου). yyo teqc phc(όνομα αρχείου)*. 11o>(όνομα νέου αρχείου).11o Επομένως, τώρα έχουμε τα δύο τελικά αρχεία.n,.o και το επόμενο βήμα είναι η εισαγωγή τους στο πρόγραμμα LEICA GNSS QC για την ποιοτική αξιολόγηση. Στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VII παρατίθεται μέρος των προϊόντων του προγράμματος που παρήχθησαν (tracking info). B.7 ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΑΘΜΩΝ GPS ΜΕ RTKLIB (JD ) Για την ημερήσια ποιοτική αξιολόγηση των σταθμών GPS του δικτύου NOA, ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε. Έγινε επεξεργασία των αρχικών δεδομένων: unix compressed RINEX files, με την εντολή CRX2RNX έγινε αποσυμίεση των αρχείων και τα αρχεία που δημιουργήθηκαν (.o) μαζί με τα προϋπάρχοντα.n, εισήχθηκαν στο πρόγραμμα rtklib (στην εφαρμογή rtkplot) για τη δημιουργία παραγόμενων προϊόντων ποιοτικής αξιολόγησης. Τα προϊόντα θα αναλυθούν στη συνέχεια και αναφέρονται στα εξής: raw observations skyplot DOP values SNR, Evelation, Azimuth διάγραμμα Σελίδα 73 από 131

74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Γ. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Γ.1 ΠΟΣΟΣΤΟ ΠΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ ΣΤΑΘΜΩΝ GPS NOANET Τα αποτελέσματα της πληρότητας των σταθμών GPS εκφράζονται με δύο διαγράμματα: ΣΧΗΜΑ 23 και ΣΧΗΜΑ 24. Τα διαγράμματα παρουσιάζουν τον όγκο καταγραφής δεδομένων, για δεκατρείς σταθμού GPS του ΕΑΑ, για το διάστημα έξι ετών ( ), εκφρασμένα σε ημέρες λειτουργίας (ιουλιανές ημέρες/joulian days). Το πρώτο διάγραμμα παρουσιάζει τα δεδομένα καταγραφής με στήλες, ενώ το δεύτερο με ποσοστά. Παρατηρούμε στο ΣΧΗΜΑ 24 ότι οι σταθμοί NOA1 και PYLO συγκεντρώνουν στο διάστημα των έξι ετών, το μέγιστο ποσοστό καταγραφής, 100% και οι σταθμοί KLOK και RLSO ακολουθούν με 99%. Ο σταθμός VLSM ανταποκρίνεται στο ποσοστό καταγραφής 98%, ακολουθούν οι PRKV και SPAN με μια μονάδα λιγότερη, 97%. Ο σταθμός LEMN έχει 96% δεδομένα καταγραφής, ενώ ο KIPO 95% και η KASI 94%. Ο σταθμός ATAL αγγίζει το 92%, η PONT 90% και τελευταίος είναι ο NVRK με το μικρότερο ποσοστό 74%. Κατά μέσο όρο οι σταθμοί ΝΟΑ_GPS αγγίζουν πληρότητα άνω του 95%, με μικρή έλλειψη δεδομένων εξαιτίας δύο πιθανών περιπτώσεων: διακοπής είτε της λειτουργίας δέκτη λόγω κακών καιρικών συνθηκών, είτε της τοπική σύνδεσης (internet). Σελίδα 74 από 131

75 % Data Percentage DAYS Έλεγχος πληρότητας και ποιότητας δεδομένων του Εθνικού GNSS Δικτύου ΝΟΑΝΕΤ του ΕΑΑ NOANET DATA COMPLETENESS (YEAR ) ATAL KASI KIPO KLOK LEMN NOA1 NVRK PONT PRKV PYLO RLS SPAN VLSM STATIONS ΣΧΗΜΑ 22: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΛΗΡΟΤΗΤΑΣ NOANET ΓΙΑ ΤΑ ΕΤΗ (πηγή: ΓΕΙΝ/ΕΑΑ) Overall Percentage Of Data Completeness ( ) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 92% 94% 95% 99% 96% 100% 74% 90% 97% 100% 99% 97% 98% 20% 10% 0% ATAL KASI KIPO KLOK LEMN NOA1 NVRK PONT PRKV PYLO RLS SPAN VLSM Stations ΣΧΗΜΑ 23: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΛΗΡΟΤΗΤΑΣ NOANET ΓΙΑ ΤΑ ΕΤΗ ΣΕ ΠΟΣΟΣΤΑ (%) Σελίδα 75 από 131

76 Γ.2 ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΤΗΣΙΑΣ ΠΟΙΟΤΙΚΗΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ KLOK 2010 & 2011 LEICA GNSS QC Τα παραγόμενα προϊόντα του προγράμματος Leica GNSS QC για την ετήσια ανάλυση του σταθμού συνέχεια: KLOK για τα έτη 2010, 2011, είναι όπως ακολουθούν και αναλύονται στη a) MP για L1 L2 b) MP RMS για L1 L2 c) SNR VS Elevation για L1 L2 d) Multipath RMS VS Elevation για L1 L2 e) Tracking Info για L1 L2 f) Satellite Availability Το MP1 και MP1 RMS (Multipath carrier L1, φορέας του σφάλματος πολυανάκλασης) αντιπροσωπεύει στο φορέα L1 και το MP2 και MP2 RMS (Multipath carrier L2) το φορέα L2 αντίστοιχα. Η μαθηματική εξίσωση για MP1 είναι η εξής: MP1 P 1 (1 + L1 + ( L2 = M 1 + B 1 (1 + )m 1 + ( )m 1 + ( )m 2 Όπου B 1 -(1 + n 1 λ ( n 2 λ 2 και a = Και για MP2: MP2 P2 - ( L1 + ( L2 = M 2 + B 2 - ( m 1 + ( m 2 Όπου B 2 - ( n 1 λ 1 + ( n 2 λ 2 21 Ισχύει ότι το MP RMS είναι το Multipath Root Mean Square, δηλαδή μια μαθηματική εξίσωση που αντιπροσωπεύει ανάλογα με την τιμή της, αν το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε ήταν το κατάλληλο. Μικρή τιμή της μεταβλητής αντιπροσωπεύει ότι το μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε είναι καλό και το αντίστροφο. 21 Πηγή: Σελίδα 76 από 131

77 RMS = Όπου: S οι δορυφόροι που πήραμε παρατηρήσεις, M το μοντέλο που χρησιμοποιούμε και n οι μετρήσεις. Για SNR ισχύει ότι: SNR = Επομένως όταν το κλάσμα έχει μεγάλη τιμή σημαίνει ότι το σήμα είναι καθαρό, χωρίς ύπαρξη θορύβου. Η καλή τιμή SNR είναι σημαντική για την ποιότητα του εντοπισμού. 22 Στο tracking info καταγράφονται: οι δορυφόροι που παρατηρήθηκαν και έγινε λήψη σήματος, οι δορυφόροι που ενώ καταγράφηκαν, δεν έγινε λήψη και τα cycle slips για L1 L2. Ως cycle slips ορίζεται η ποσότητα του σήματος που ενώ αναμένεται να φτάσει στο δέκτη, χάνεται κατά τη μεταφορά του. Αποτελεί ένα δείκτη αξιολόγησης του καταγραμμένου σήματος. Όσον αφορά τα skyplot MP1&2 ή MP1&2 RMS, δίνουν μια συνοπτική εικόνα του σταθμού παρακολούθησης για μια συγκεκριμένη ημερομηνία και αποτελούν ουσιαστικά το παράθυρο του χρήστη στις δορυφορικές τροχιές με τους κύκλους που δημιουργούν. Στο σημείο όπου σχηματίζεται ορθή γωνία ανάμεσα σε 0 με 90 μοίρες βρίσκεται το ζενίθ (zenith) του χρήστη 23. Στο πεδίο μοιρών από 0 έως 360 περιέχονται τα αζιμούθια κάθε δορυφόρου σε διαφορετικές γωνιές ανύψωσης κάθε φορά. Η έντονα γκρι περιοχή, προς το τέλος του κύκλου είναι η γωνία αποκοπής (elevation mask, cut off angle) 24. Η γωνία αποκοπής λειτουργεί αποτρεπτικά στην παρεμπόδιση του σήματος από ψηλά κτήρια στην περιοχή μελέτης. Αυτό που απεικονίζεται ως υπόβραθρο στα skyplot είναι η νοητή γραμμή βάσης ενός σημείου 22 πηγή: Κάτω από αυτήν την τιμή δεν παρακολουθούνται δορυφόροι και συνεπώς δεν καταγράφονται μετρήσεις (Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ. 188) Σελίδα 77 από 131

78 αναφοράς που ορίζεται ως η προβολή του μεσαίου τμήματος του σημείο αναφοράς επάνω στο ελλειψοειδές 25. ΣΧΗΜΑ 24: ΦΑΝΤΑΣΤΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ΣΗΜΕΙΟΥ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΠΟΥ ΠΡΟΒΑΛΕΤΑΙ ΠΑΝΩ ΣΤΟ ΕΛΛΕΙΨΟΕΙΔΕΣ Τα skyplot που προέρχονται από το πρόγραμμα Leica GNSS QC εξάγωνται από τις εντολές data analysis και quality control software. Στη συνέχεια παρατίθενται τα προϊόντα της ετήσιας ποιοτικής αξιολόγησης (ΣΧΗΜΑ 25 έως 29) και στη συνέχεια η ανάλυσή τους. 25 Πηγή: Σελίδα 78 από 131

79 ΣΧΗΜΑ 25: SKYPLOT LEICA GNSS KLOK L MP1 Skyplot MP1 RMS Skyplot Σελίδα 79 από 131

80 ΣΧΗΜΑ 26: SKYPLOT LEICA GNSS KLOK L MP2 Skyplot MP2 RMS Skyplot Σελίδα 80 από 131

81 ΣΧΗΜΑ 27: SNR VS ELEVATION LEICA GNSS QC ΣΤΑΘΜΟ KLOK L1 & L Σελίδα 81 από 131

82 ΣΧΗΜΑ 28: MULTIPATH RMS VS ELEVATION LEICA GNSS QC KLOK L1 & L Σελίδα 82 από 131

83 ΣΧΉΜΑ 29: TRACKING INFO ΚΑΙ SATELLITE AVAILABILITY LEICA GNSS QC ΣΤΑΘΜΟ KLOK Tracking info Satellite Availability Σελίδα 83 από 131

84 ΣΧΗΜΑ 25: MP1 & MP1 RMS Skyplot Στην αριστερή στήλη αναφερόμαστε στο έτος 2010 και στη δεξιά, στο Στην πάνω σειρά είναι τα skyplot για το MP1 και στην κάτω, τα αντίστοιχα MP1 RMS. Και στις τέσσερις εικόνες δορυφορικών τροχιών, παρουσιάζεται έλλειψη δεδομένων στα δυτικά και συγκεκριμένα στο τέταρτο τεταρτημόριο, εξαιτίας της ύπαρξης φυσικού εμποδίου (βουνό). Οι δορυφορικές τροχιές (MP skyplot) για το έτος 2010, για το φορέα L1 είναι πλήρης, χωρίς κενά. Αυτό έρχεται σε αντίφαση με τις δορυφορικές τροχιές του 2011, που παρουσιάζουν λιγότερες δορυφορικές τροχιές (ελλείψεις/κενά στις καταγραφές). Οι κόκκινες αναγραφόμενες τιμές συνοδευόμενες από το γράμμα G είναι ο αριθμός του δορυφόρου για την κάθε δορυφορική τροχιά. Σημειώνεται, ότι το υπόμνημα των MP skyplot αναγράφει τρείς γραμμές που αντιστοιχούν σε μέτρα και αντιπροσωπεύουν το baseline length. Από την άλλη, οι δορυφορικές τροχιές που αναλύονται με το MP RMS προσφέρουν πληροφορίες με βάση τη χρωματική κλίμακα που αναγράφεται στο υπόμνημα ( ). Με δεδομένο ότι η τιμή RMS πρέπει να είναι μικρή, το γράφημα με το «καλύτερο» μοντέλο RMS θα είναι αυτό, του οποίου οι τιμές κυμαίνονται σε μικρά επίπεδα ή αλλιώς οι δορυφορικές τροχιές θα αντιπροσωπεύονται από τις αποχρώσεις του μπλε, με το πιο σκούρο μπλε να είναι η πιο μικρή τιμή. Συγκρίνοντας τα δύο γραφήματα της δεύτερης σειράς, το skyplot του έτους 2010 φαίνεται να είναι αυτό με το «καλύτερο» μοντέλο, καθώς διακρίνεται από το χρώμα μπλε, περισσότερο από το διπλανό γράφημα. Οπότε ο φορέας L1 είναι καλύτερος το έτος ΣΧΗΜΑ 26: MP2 &MP2 RMS Skyplot Ισχύουν τα ίδια με το σχήμα 25, τέσσερις εικόνες δορυφορικών τροχιών, αριστερά για το έτος 2010, δεξιά για το 2011, πάνω σειρά MP2, ενώ η κάτω MP2 RMS. Και εδώ το MP του φορέα L2 για το έτος 2010 έχει πυκνές δορυφορικές τροχιές, ενώ το 2011 πιο αραιές. Αποτέλεσμα είναι το multipath στο skyplot του φορέα L2 για το έτος 2011 να είναι μεγαλύτερο σε σύγκριση με αυτό του Στις δορυφορικές εικόνες της κάτω σειράς, το MP2 RMS Skyplot του 2011 παρουσιάζει λιγότερες δορυφορικές τροχιές, όμως καλύτερη χρωματική Σελίδα 84 από 131

85 διαβάθμιση, δηλαδή πιο μικρές τιμές (πιο κοντά στο χρώμα μπλε). Συνεπώς, ο φορέας L2 είναι καλύτερος το έτος ΣΧΗΜΑ 27: SNR VS ELEVATION ΓΙΑ L1 & L2 Τα δύο διαγράμματα SNR VS Elevation για τα έτη 2010 και 2011 περιλαμβάνουν και τους δύο φορείς με διαφορετικό χρώμαο καθένας. Μπλε για το φορέα L1 και κίτρινο για το φορέα L2. Παρόλο που για το φορέα L1 έχουμε περισσότερα δεδομένα το έτος 2011, ο φορέας L1 στο έτος 2010 εντοπίζεται σε SNR = 7.0 και υψόμετρο περίπου 17 και SNR = 8.0 και υψόμετρο 30. Στο έτος 2011 ο φορέας παρουσιάζει περισσότερα δεδομένα, σε SNR = 7.0 με υψόμετρο 15 + και γύρω στο 70 και SNR = 8.0 με υψόμετρο 15 έως 30 και SNR = 9.0 με υψόμετρο κοντά στις 45. Η διανομή των δεδομένων για το φορέα L2 παρουσιάζει ομοιότητες για τα δύο έτη. Σταθερά δεδομένα SNR ( ) για γωνία από 15 έως περίπου 32, στη συνέχεια αντίστοιχη αύξηση τιμής SNR και υψομέτρου, με αποκορύφωμα στην τιμή SNR = 8.0 και 9.0 με το υψόμετρο στο μέγιστο, 90. Το διάγραμμα του έτους 2011 είναι καλύτερο καθώς προσφέρει περισσότερα δεδομένα για το φορέα L1. ΣΧΗΜΑ 28: MULTIPATH RMS VS ELEVATION ΓΙΑ L1 & L2 Τα δύο διαγράμματα Multipath RMS VS Elevation για τα έτη 2010 και 2011 προσδιορίζουν την ποιότητα του μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα, το σφάλμα πολυανάκλασης σε σχέση με τη γωνία που έχει κάθε φορά ο δορυφόρος. Το Multipath RMS και στα δύο έτη έχει μεγάλη τιμή στην αρχή (υψόμετρο δορυφόρου 15 ) ενώ στη συνέχεια εξαλείφεται (Multipath RMS 1.2). Το μοντέλο RMS αναφέραμε ότι πρέπει να είναι σε μικρά επίπεδα και παρατηρούμε ότι αυτό επιτυγχάνεται στα διαγράμματα των δύο ετών (0,20<= RMS<=0,25). ΣΧΗΜΑ 29: TRACKING INFO ΚΑΙ SATELLITE AVAILABILITY Στα δύο Tracking info skyplot απεικονίζονται τρία διαφορετικά χρώματα που αντιπροσωπεύουν την ύπαρξη ή μη δεδομένων δορυφορικής τροχιάς. Με γαλάζιο είναι οι untracked satellites, με γκρι οι tracked satellites και με μπλε τα cycle slips. Οι δύο εικόνες παρουσιάζουν κοινή έλλειψη δεδομένων δυτικά (βουνό) και επομένως παρουσιάζονται με χρώμα γαλάζιο στο συγκεκριμένο σημείο. Το έτος 2010 Σελίδα 85 από 131

86 παρουσιάζει πυκνότερες γκρι (tracked satellites) και μπλε (cycle slips) τροχιές. Από την άλλη, το έτος 2011, παρουσιάζει λιγότερες γκρι και μπλε τροχιές, όμως περισσότερες γαλάζιες. Γεγονός που σημαίνει ότι για το έτος 2011 οι δορυφορικές τροχιές είναι λιγότερες και συνάμα τα δεδομένα για το σταθμό. Αυτό επιβεβαιώνεται και από τα προηγούμενα skyplots. Τα διαγράμματα Satellite Availability για τα δύο έτη είναι ίδια με την εξαίρεση ότι στο έτος 2010 παρατηρείται έλλειψη δορυφόρων κατά το διάστημα του Απριλίου. Στα έτη 2010, 2011 ο σταθμός KLOK λαμβάνει δεδομένα από τουλάχιστον έξι δορυφόρους και σε μερικές περιπτώσεις από οκτώ. Πιο σπάνια, δέχεται δεδομένα από εννέα. Σελίδα 86 από 131

87 Γ.3 ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ RTKLIB ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ ATAL 21/02/2011/JOULIAN DAY 052 Για την ημερήσια ποιοτική αξιολόγηση των δέκα σταθμών GPS (ATAL, KIPO, KLOK, LEMN, NVRK, PONT, PRKV, RLSO, SPAN, VLSM) της ιουλιανής ημέρας 052 (ή 21/02/2011), χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα rtklib ver Η αξιολόγηση έγινε και για τους δέκα σταθμούς, ενδεικτικά όμως θα αναλυθεί ο σταθμός ATAL. Τα skyplot των υπόλοιπων σταθμών βρίσκονται στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VIII. Το πρόγραμμα rtklib είναι ελεύθερο και αφορά τον εντοπισμό θέσης με GNSS συστήματα. Οι αναγνώστες που επιθυμούν να κάνουν χρήση του μπορούν να παραπεμφθούν εδώ: Το πρόγραμμα rtklib παρέχει αρκετά application για την επεξεργασία των αρχείων GNSS. Το application που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία των skyplot είναι το rtkplot. Η εντολή που τρέχει ο ποιοτικός έλεγχος (qc quality control) του rtkplot είναι η: teqc +qc +sym +l -rep plot (1) Τα παραγόμενα προϊόντα του application rtkplot για το σταθμό ATAL 21/02/2011 (joulian day 052), είναι όπως παρατίθενται στη συνέχεια: i. raw obs, ο αριθμός των δορυφόρων που παρατηρήθηκαν στο διάστημα μιας ημέρας (ΣΧΗΜΑ 30) ii. skyplot, δηλαδή οι δορυφορικές τροχιές (ΣΧΗΜΑ 31) iii. DOP values στο διάστημα μιας ημέρας (ΣΧΗΜΑ 32) iv. SNR, azimuth, elevation values στο διάστημα μιας ημέρας (ΣΧΗΜΑ 35) Επομένως, με βάση τα παρακάτω σχήματα, συμπεραίνουμε ότι, οι δορυφόροι που παρατηρήθηκαν για την ημέρα που επεξεργαστήκαμε, δε μειώνονται κάτω από τους επτά, με εξαίρεση στις 9:00 όπου δεν υπάρχουν δεδομένα από κανένα δορυφόρο. Ο μέγιστος αριθμός ταυτόχρονων καταγεγραμμένων δορυφόρων είναι εννέα στις 3:00, 8:00 και 15:00 ώρες. Οι δορυφόροι που κατέγραψαν ήταν 32. Ο τριακοστός δεύτερος δορυφόρος παρατηρείται στο 3 ο τεταρτημόριο. Σημειώνεται ότι αυτή η πληροφορία αναφέρεται στο skyplot αλλά και στο qc report χρησιμοποιώντας την εντολή (1). Σελίδα 87 από 131

88 ΣΧΗΜΑ 30: PRINTSCREEN RAW OBS RTKPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ ATAL 21/02/2011 JOULIAN DAY 052 (ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ RTKLIB) ΣΧΉΜΑ 31 PRINTSCREEN SKYPLOT RTKPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ ATAL 21/02/2011 JOULIAN DAY 052 (ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ RTKLIB) Σελίδα 88 από 131

89 Οι τιμές DOP που καταγράφηκαν για το σταθμό ATAL διακρίνονται σε: GDOP (Geometric Dilution of Presition) όπου αφορά την «καλή γεωμετρία» των δορυφόρων και στο διάγραμμα παρουσιάζεται με κίτρινο χρώμα (για θεωρία βλ. ΣΧΗΜΑ 6). HDOP (Horizontal Dilution of Presition) διορθώνει την οριζόντια θέση, μπλε χρώμα. VDOP (Vertical Dilution of Presition) διορθώνει την κάθετη θέση, κόκκινο χρώμα και PDOP (Position Dilution of Presition) αφορά την ακρίβεια θέσης του GPS με βάσει τον αριθμό των δορυφόρων και το GDOP, ροζ χρώμα. Με πράσινο χρώμα αντιπροσωπεύεται ο αριθμός των δορυφόρων. ΣΧΗΜΑ 32: PRINTSCREEN DOP VALUES RTKPLOT ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΑΘΜΟ ATAL 21/02/2011 JOULIAN DAY 052 (ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ RTKLIB) Παρατηρούμε ότι στο διάστημα 07:00 με 08:00 H ο αριθμός των δορυφόρων μειώνεται (6) και ταυτόχρονα αυξάνονται οι τιμές των GDOP, PDOP και VDOP. Υψηλή τιμή GDOP ισούται «κακή γεωμετρία» των δορυφόρων. Κάτι το οποίο επιβεβαιώνει ότι ο αριθμός των δορυφόρων εξαρτάται άμεσα από τη γεωμετρία των δορυφόρων. Η ίδια αύξηση τιμών DOP Σελίδα 89 από 131

90 παρατηρείται και για τις υπόλοιπες ώρες της ημέρας, όπου οι διαθέσιμοι δορυφόροι μειώνονται. Στη συνέχεια, οι δύο πίνακες που παρατίθενται, αναγράφουν τις πληροφορίες του σχήματος 32, που αφορούν τις μέγιστες και ελάχιστες τιμές DOP καθώς και το μέγιστο αριθμό δορυφόρων που σημειώθηκε καθ όλη τη διάρκεια της ημέρας (βλ. Πίνακα 5). Επίσης το moving average MP1 & MP2, που βρίσκονται στο qc του rtkplot, αφορούν τον τύπο του δέκτη και της κεραίας και τις εποχές καταγραφής/ παρατηρήσεις (1 εποχή=1 παρατήρηση/1 καταγραφή) (βλ. Πίνακα 6). Οι πίνακες αφορούν και τους δέκα σταθμούς επεξεργασίας. ΣΤΑΘΜΟΣ GDOP MAX ΠΙΝΑΚΑΣ 5: ΤΙΜΕΣ DOP ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ RTKLIB ΣΤΑΘΜΩΝ GPS ΓΙΑ ΤΗΝ ΗΜΕΡΑ 21/02/2011 ΜΕ ELEVATION MASK=10 (Πηγή: rtkplot obs data qc) Οι τιμές DOP που αναγράφονται στον πίνακα, είναι ίδιες για όλους τους σταθμούς, με μικρές διαφοροποιήσεις για τους εξής σταθμούς: ο σταθμός PRKV και KIPO έχουν αρκετά μικρότερες τιμές GDOP MAX (3,6 και 3 αντίστοιχα), ο σταθμός PONT έχει αρκετά υψηλότερη τιμή HDOP MAX σε σύγκριση με όλους τους άλλους (4), ο σταθμός KIPO έχει αρκετά μικρότερη τιμή PDOP MAX (2) και ο σταθμός ATAL έχει την μικρότερη, με διαφορά, τιμή VDOP MIN (1). Από την άλλη, οι τιμές VDOP MAX δεν παρουσιάζουν ομοιομορφία στις τιμές ανά τους σταθμούς. Η μέγιστη τιμή των ταυτόχρονων δορυφόρων που παρατηρήθηκαν είναι παρόμοια ανά τους σταθμούς, με τιμή από 10 έως 11 δορυφόρους στο διάστημα 24ωρών. GDOP MIN HDOP MAX HDOP MIN PDOP MAX PDOP MIN VDOP MAX VDOP MIN # MAX ΔΟΡΥΦΟΡΩΝ ATAL , KIPO 3 1,9 1, ,8 3,8 1,6 11 KLOK 6 1, ,8 1,8 4,5 1,6 10 LEMN 4 1,6 1, ,8 3 1,8 11 NVRK 5 1,9 1,9 1 3,8 1,8 2,2 1,5 11 PONT 6 1, ,8 1,8 4,5 1,6 10 PRKV 3,6 1, ,7 1,8 3 1,3 11 RLSO 5 1,8 1, ,9 2,3 1,6 11 SPAN 5 1,8 1, ,8 3 1,6 10 VLSM 5 1,8 1, ,8 3,8 1,6 10 Σελίδα 90 από 131

91 ΣΤΑΘΜΟΙ MP1 moving MP2 moving ΔΕΚΤΗΣ ΚΕΡΑΙΑ EPOCHS W/OBS average average ATAL m m ASHTECH UZ - 12 NOV KIPO m m LEICA GMX902GG LEIAX123+GNSS 2880 KLOK m m LEICA LEIAT GRX1200PRO LEMN m m LEICA LEICAX1202GG 2880 GRX1200PRO NVRK m m LEICA LEIAX1202GG 2880 GRX1200GGPRO PONT m m LEICA LEICAX1202GG 2880 GRX1200PRO PRKV m m LEICA LEIAX1202GG 2880 GRX1200PRO RLSO m m LEICA GRX1200 LEIAX SPAN m m LEICA LEIAX1202GG 2880 GRX1200PRO VLSM m m LEICA GRX1200PRO LEIAX ΠΙΝΑΚΑΣ 6:ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ RTKLIB ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΛΕΓΧΟ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΣΤΑΘΜΩΝ GPS ΓΙΑ ΤΗΝ ΗΜΕΡΑ 21/02/2011 ΜΕ ELEVATION MASK=10 (ΠΗΓΗ: RTKPLOT OBS DATA QC) Ο ΠΙΝΑΚΑΣ 6 παρουσιάζεται στην επόμενη σελίδα και γραφικά, με τη βοήθεια δύο διαγραμμάτων, ένα για το MP1 moving average (βλ. ΣΧΗΜΑ 33) και ένα για το MP2 moving average (βλ. ΣΧΗΜΑ 34). Οι σταθμοί που παρουσιάζουν αυξημένο MP1 moving average είναι οι RLSO και SPAN (0,32m), ενώ για MP2 moving average ο σταθμός SPAN (0,4m). Σελίδα 91 από 131

92 MP1 AVERAGE VALUES joulian day NOA_GPS STATIONS VLSM SPAN RLSO PRKV PONT NVRK LEMN KLOK KIPO ATAL 0 0,1 0,2 0,3 0,4 ΣΧΗΜΑ 33: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ MP1 MOVING AVERAGE (ΣΕ ΜΕΤΡΑ) ΓΙΑ GPS STATIONS ΗΜΕΡΑ 21/02/2011 JOULIAN DAY 052 NOA_GPS STATIONS MP2 AVERAGE VALUES joulian day VLSM SPAN RLSO PRKV PONT NVRK LEMN KLOK KIPO ATAL 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ΣΧΗΜΑ 34: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ MP2 MOVING AVERAGE (ΣΕ ΜΕΤΡΑ) ΓΙΑ GPS STATIONS ΗΜΕΡΑ 21/02/2011 JOULIAN DAY 052 Σελίδα 92 από 131

93 Τέλος, το διάγραμμα του παρακάτω σχήματος αφορά στο SNR, Azimuth και Elevation συναρτήσει των 24 ωρών της ημέρας 21/02/2011. Για τη μεταβλητή SNR το rtkplot δεν παρουσιάζει διάγραμμα αλλά αναφέρει ότι η τιμή του είναι μικρότερη του 25. Αυτό ίσως συμβαίνει διότι το πρόγραμμα δεν ορίζει γράφημα για τιμές μικρότερες του 25. Οι μεταβλητές αζιμούθιου και του υψόμετρου αυξομειώνονται όπως παρουσιάζονται στη συνέχεια. ΣΧΗΜΑ 35: SNR, AZIMUTH, ELEVATION ΜΕΣΩ RTKPLOT ΓΙΑ ΤΟ ATAL 21/02/2011 JOULIAN DAY 052 (ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ RTKLIB) Αξίζει να σημειωθεί ότι ανάμεσα στα αποτελέσματα των δύο ποιοτικών αξιολογήσεων, δεν τέθηκε θέμα σύγκρισης, καθώς το πρώτο (Leica GNSS QC) αφορά ετήσια ποιοτική αξιολόγηση, ενώ το δεύτερο(rtklib) ημερήσια. Σελίδα 93 από 131

94 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ελληνική Oliver, G. J. Clendinning, J., Τοπογραφία, Εκδότης Γκιούρδας, Μ., Αθήνα Παυλόπουλος Α., Παρχαρίδης Ι., Γατσής Ι., Ψωμιάδης Ε., Τηλεπισκόπηση Εφαρμογές στις Γεωεπιστήμες, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Διδακτικές Σημειώσεις, Αθήνα Στεφανάκης Εμμανουήλ, Το σχήμα της γης Συστήματα Αναφοράς, Διδακτικές σημειώσεις, Στεφανάκης Εμμανουήλ, Γεωγραφικά Δεδομένα: Εισαγωγή στις Τεχνολογίες Συλλογής, κεφ. 2.9, σελ , Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών, Αθήνα Φουμέλης, Μ., Μελέτη Επιφανειακής Παραμόρφωσης Ευρύτερης Περιοχής Αθηνών Βάσει Διαφορικών Μετρήσεων GPS και Συμβολομετρίας Ραντάρ, Τμήμα Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Διδακτορική Διατριβή, Αθήνα Φωτίου, Α. Πικριδάς, Χ., GPS και Γεωδαιτικές Εφαρμογές, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη Φωτίου, Α. Πικριδάς, Χ., GPS και Γεωδαιτικές Εφαρμογές, Εκδόσεις Ζήτη, Δεύτερη έκδοση, Θεσσαλονίκη Χατζόπουλος, N., Ιωάννης, Γεωχωροπληροφορική Τοπογραφία, Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη Σελίδα 94 από 131

95 Ξενόγλωσση Drakatos, G., Petro, L., Ganas, A., Melis, N., Košťák, B., Kontny, B., Cacon, S., & Stercz, M., Monitoring of strain accumulation along active faults in the eastern Gulf of Corinth: instruments and network setup. Acta Geodynamica and Geomaterialia, IRSM CAS, 2, No 1 (137), pp El Rabbany, Ahmed, Introduction to GPS The Global Positioning System, Artech House Publishers, Fernandes, R.M.S., L.C. Bastos, C. Bruyninx, N. D Agostino, J. Dousa, A. Ganas, M. Lidberg, J.-M. Nocquet, and the WG4 Members Team, The Contribution of the Geodetic Community (WG4) to EPOS. Geophysical Research Abstracts, Vol. 14, EGU , 2012, EGU General Assembly Ganas Athanassios, Kostas Chousianitis, George Drakatos, Marios Papanikolaou, Panagiotis Argyrakis, Maria Kolligri, Panagiota Petrou, Evagelia Batsi, and Christina Tsimi, NOANET: High-rate GPS Network for Seismology and Geodynamics in Greece. Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU , 2011, EGU General Assembly Ganas, A., Serpelloni, E., Drakatos, G., Kolligri, M., Adamis, I., Tsimi, Ch. and Batsi, E., The Mw 6.4 SW Achaia (Western Greece) Earthquake of 8 June 2008: Seismological, Field, GPS Observations, and Stress Modeling, Journal of Earthquake Engineering, 13:8, Ganas, A., G. Drakatos, S. Rontogianni, C. Tsimi, P. Petrou, M. Papanikolaou, P. Argyrakis, K. Boukouras, N. Melis and G. Stavrakakis, NOANET: the new permanent GPS network for Geodynamics in Greece. Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU2008-A Ganas A, Bosy J, Petro L, Drakatos G, Kontny B, Stercz M, Melis NS, Cacon S, and Kiratzi A, Monitoring active structures in eastern Corinth Gulf (Greece): The Kaparelli fault. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 4 (1), Ganas, A., K. Chousianitis, M. Papanikolaou, P. Argyrakis, G. Drakatos, K. Makropoulos, Continuous GPS Velocity Profiles and Baseline Rate Changes in Central and Western Greece: Comparison with Geological Data, In: Book of Abstracts, 33rd General Assembly of ESC, August 2012 Moscow, p Σελίδα 95 από 131

96 Ganas, A., Marinou, A., Anastasiou, D., Paradissis, D., Papazissi, K., Tzavaras, P., Drakatos, G GPS-derived estimates of crustal deformation in the central and north Ionian Sea, Greece: 3-yr results from NOANET continuous network data Kaplan, D., Elliott, Understanding GPS Principles and Applications, Artech House Publishers, Marinou, A., Ganas, A., Papanikolaou, X, Bosy, J., Papazissi, K., Anastasiou, D, Paradissis, D., Drakatos, G., Kontny, B., Cacon, S., and Papanikolaou, M., Deformation Studies in the Kaparelli Area, Central Greece. Abstracts of the 15th General Assembly of Wegener, September 14-17, 2010, Istanbul, Turkey, p. 41 Marinou A., A. Ganas, J. Bosy, D. Paradissis, G. Drakatos, B. Kontny, S. Cacon, and K. Papazissi, Preliminary results from GPS measurements along the Kaparelli Fault, central Greece. In: WEGENER th General Assembly of Wegener Programme and Book of Abstracts, September 15-18, 2008, Darmstadt, Germany, page 31. Papanikolaou, M., Stations Data Completeness and Quality Control, GR-CZ Republic bilateral project: Using Space Geodesy to investigate the Mechanics of Earthquake Ruptures, NOA visit December 2012, power point presentation. ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ Αστερισμός του GALILEO, ESA, Εύρεση στις 21/01/2013, στην ιστοσελίδα spaceinimages.esa.int/images/2002/05/galileo_constellation, μηχανή αναζήτησης Γεωμετρική ερμηνεία απόλυτου προσδιορισμού θέσης, Εύρεση στις 20/11/2012, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Δέκτης μετρήσεων, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, Εύρεση στις 26/11/2012, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Δορυφορικό τμήμα Galileo, Galileo ESA Full deployment and operations, Εύρεση στις 18/11/2012, στην ιστοσελίδα Σελίδα 96 από 131

97 μηχανή αναζήτησης Δορυφόρος GALILEO, ESA, Εύρεση στις 21/01/2013, στην ιστοσελίδα spaceinimages.esa.int/images/2011/10/galileo_in-orbit_validation_satellite μηχανή αναζήτησης Δορυφόρος GLONASS, Gunter s Space Page, Εύρεση στις 12/01/2013, στην ιστοσελίδα space.skyrocket.de/img_sat/uragan 1.jpg, μηχανή αναζήτησης Δορυφόρος GLONASS-M, Daily Tech, Εύρεση στις 12/01/2013, στην ιστοσελίδα images.dailytech.com/nimage/13090_ka_glonass-m_b.gif, μηχανή αναζήτησης Δορυφόρος GPS, GPS GOV, Εύρεση στις 12/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Καλή γεωμετρία δορυφόρων, A SHORT GUIDE TO GPS, στην ιστοσελίδα Εύρεση 27/11/2012, μηχανή αναζήτησης Κεραία Δέκτη με κάλυμμα, NOANET GNSS Network, Εύρεση στις 26/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Κεραία Δέκτη χωρίς κάλυμμα, NOANET GNSS Network, Εύρεση στις 26/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Μόνιμος σταθμός NOA GPS δικτύου, Γεωδυναμικό Ινστιτούτο κεντρική σελίδα, Εύρεση στις 15/11/2012, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Τομή δορυφόρων, απόλυτος προσδιορισμός θέσης, Εύρεση στις 20/11/2012, στην ιστοσελίδα 8.blog.xuite.net/8/7/e/4/ /blog_724763/txt/ /6.gif, μηχανή αναζήτησης Σελίδα 97 από 131

98 Τμήμα ελέγχου δορυφόρων GPS, NaviUsers, Εύρεση στις 23/11/2012, στην ιστοσελίδα img231.imageshack.us/img231/9804/satgps.png, μηχανή αναζήτησης C/A and P code, Principles of the Global Positioning System, Lecture 07 MIT, Εύρεση στις 24/02/2013, στην ιστοσελίδα planetary-sciences/ principles-of-the-global-positioning-system-spring- 2012/lecture-notes/MIT12_540S12_lec7.pdf, μηχανή αναζήτησης CRX2RNX, RNX2CRX, RNX2CRX/CRX2RNX RINEX file compression programs for RINEX version 2/3 files (Ver.4.0.2), Εύρεση στις 9/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Dead recoking, Εύρεση στις 11/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης ΕGNOS, WHAT IS EGNOS?, Εύρεση στις 20/012/2013, στην ιστοσελίδα _EGNOS/What_is_EGNOS, μηχανή αναζήτησης Galileo, What is Galileo ESA homepage, Εύρεση στις 18/11/2012, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης GDOP, Dilution of precision (GPS), Εύρεση στις 28/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης HEPOS, Ελληνικό Σύστημα Εντοπισμού, Εύρεση στις 20/012/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης HEPOS, 1 η Ημερίδα Τεκτονικής Γεωδαισίας, Ο.Α.Σ.Π., Γιαννίου Μιχάλης ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε., Εύρεση στις 17/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Impact of high ionospheric activity on GPS surveying: Experiences from the Hellenic RTK-network during , EUREF Symposium 2012, Εύρεση στις 16/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Σελίδα 98 από 131

99 Leica GNSS QC Software, Leica Geosystems homepage, Εύρεση στις 18/02/2013, στην ιστοσελίδα Software_29436.htm?pagemode=print, μηχανή αναζήτησης MP1, MP2, Evaluating Pseudorange Multipath Effects at Stations in the National CORS Network, Εύρεση στις 28/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης NOANET Quality Control, NOANET GNSS NETWORK, Εύρεση στις 9/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης NovAtel receiver, NovAtel, Εύρεση στις 7/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης PZ-90, UNAVCO, Εύρεση στις 17/01/2013, στην ιστοσελίδα facility.unavco.org/data/glossary.html#rinex, μηχανή αναζήτησης RINEX, The Receiver Independent Exchange Format Version 3.01, Εύρεση στις 17/01/2013, στην ιστοσελίδα igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/rinex301.pdf, μηχανή αναζήτησης Skyplot (1), GNSS (GPS and GLONASS) Positioning used in Land Surveying and Engineering, Εύρεση στις 14/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Skyplot (2), Influence of source constellations on UT1 derived from IVS INT1 sessions, Εύρεση στις 14/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης SNR, Leica GNSS Reference Antennas White Paper, Εύρεση στις 27/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης TEQC, UNAVCO, Εύρεση στις 4/02/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Σελίδα 99 από 131

100 Yuki Hatanaka, UNAVCO Software - Data Pre-Processing, Εύρεση στις 30/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Zogg, J. M., GPS Basics, Εύρεση στις 26/01/2013, στην ιστοσελίδα μηχανή αναζήτησης Σελίδα 100 από 131

101 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι ΤΑ ΜΕΡΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ GPS Το σύστημα GPS είναι ο απόγονος του συστήματος TRANSIT σχεδιασμένο από το Αμερικάνικο Ναυτικό τη δεκαετία του Ο μη ικανοποιητικός αριθμός δορυφόρων για την άρτια λειτουργία του συστήματος, γρήγορα οδήγησε στη δημιουργία του ενός νέου συστήματος, του GPS, τη δεκαετία του Αξίζει να τονιστεί όμως, ότι με το αρχικό σύστημα έγιναν οι πρώτες σοβαρές γεωδαιτικές εργασίες όπως η ίδρυση δικτύων με δορυφορικές μεθόδους ( ). Το σύστημα GPS από σκέψη έγινε πραγματικότητα, το 1978 όταν πραγματοποιήθηκε η πρώτη εκτόξευση δορυφόρου. Συνάμα ξεκίνησαν και οι κατασκευές των δεκτών GPS. Σήμερα το σύστημα GPS αποτελείται από τρία βασικά τμήματα: το δορυφορικό τμήμα, το τμήμα ελέγχου και το τμήμα χρηστών. ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟ ΤΜΗΜΑ Το δορυφορικό τμήμα αποτελείται από δορυφόρους διατεταγμένους στο διάστημα σε τροχιά γύρω από τη γη και ο αριθμός τους ανάγεται στους 29. Ο αρχικός σχεδιασμός προέβλεπε 21 δορυφόρους με προσθήκη όμως που έγινε το 1993, οι δορυφόροι αυξήθηκαν στους 24. Ο αριθμός των 24 δορυφόρων είναι ο ιδανικός σύμφωνα με τους κατασκευαστές για την πλήρη λειτουργία του συστήματος GPS. Οι δορυφόροι είναι τοποθετημένοι ομοιόμορφα σε 6 τροχιακά επίπεδα, ανά 60 ο στο ισημερινό επίπεδο και γωνία κλίσης 55 ο ως προς το ισημερινό επίπεδο. Η γεωμετρία των δορυφόρων είναι έτσι σχεδιασμένη ώστε ο δέκτης GPS από οποιοδήποτε σημείο της γης να λαμβάνεται σήμα από 4 τουλάχιστον δορυφόρους. Με καλό ορίζοντα (όχι παρεμβολή εμποδίων μεταξύ δέκτη και δορυφόρου) οι δορυφόροι που ένας δέκτης «βλέπει» αυξάνονται στους 6 έως 8 και ο μέγιστος αριθμός δορυφόρων που μπορεί να δει ένας δέκτης αν υφίσταται καλή γεωμετρία και κανένα εμπόδιο στον ορίζοντα είναι δώδεκα. Οι σειρές δορυφόρων που χρησιμοποιούνται είναι BLOCK II, IIA IIR, IIR M. Οι ονομασίες τους προέρχονται αρχικά από τον τύπο σειράς τους, όμως ταξινομούνται και ονομάζονται κατά διαφορετικούς τρόπους. Πιο συγκεκριμένα, ο δορυφόρος με ημερομηνία εκτόξευσης έχει τον κωδικό IIR 2, ως Σελίδα 101 από 131

102 προς τη σειρά εκτόξευσης (Launch Order) φέρει την ονομασία BLOCK IIR, ως προς το διαστημικό όχημα φέρει τον κωδικό SVN 43 (Space Vehicle Number 43) και ως προς το μοναδικό εβδομαδιαίο τμήμα του κώδικα P που εκπέμπει φέρει τον κωδικό SNV ή PRN είναι αυτές που συνήθως χρησιμοποιούνται. Η σειρά II έχει αριθμούς SVN από 13-21, η IIA και η IIR από 41 και πάνω. Η διάρκεια ζωής των δορυφόρων είναι μερικά χρόνια (περίπου 10) και όταν κρίνεται απαραίτητη η αντικατάσταση ενός δορυφόρου, ένας της επόμενης σειράς ή νέος παίρνει τη θέση του. Το 1978 η εκτόξευση του πρώτου δορυφόρου GPS ήταν της σειράς BLOCK I και ανά 10 χρόνια περίπου γίνεται η εκτόξευση ενός ακόμη δορυφόρου αντικατάστασης ή άλλης σειράς. Ενδεικτικά αναφέρεται, 1989: οι δορυφόροι της σειράς II τέθηκαν σε τροχιά, 2005: εκτοξεύεται ο πρώτος δορυφόρος της σειράς IIR M, 2006: εκτόξευση δορυφόρου της σειράς BLOCK IIF. Η περίοδος κάθε δορυφόρου είναι μισή αστρική ημέρα ή 12 ώρες σε αστρικό χρόνο ή Τ= 11 h 58 m 2.05 s. Το βάρος τους ανέρχεται στον 1 τόνο και εκπέμπουν ένα ιδιαίτερα πολύπλοκο δορυφορικό σήμα που διακρίνεται σε δύο υψηλές συχνότητες της τάξης των 1.5 GHz, διαμορφωμένες από κώδικες ψευδοτυχαίου θορύβου και το μήνυμα δεδομένων. Οι συχνότητες και το μήνυμα δεδομένων θα αναλυθούν στη συνέχεια. Ο βασικός εξοπλισμός τους είναι ταλαντωτές ή ατομικά ρολόγια/χρονόμετρα, υπολογιστές και κεραίες τηλεπικοινωνίας. Κάθε δορυφόρος μεταφέρει συνήθως 3 ή 4 ατομικά ρολόγια καισίου ή και ρουβιδίου ενίοτε, εκ των οποίων το ένα χρησιμοποιείται ως βασικό για την παραγωγή μιας θεμελιώδους συχνότητας για το δορυφορικό σήμα και τη διατήρηση της κλίμακας του χρόνου ενώ τα υπόλοιπα ως εφεδρικά. Οι δορυφόροι έχουν την τάση να αποκλίνουν από τις καθορισμένες τροχιές τους και να υπόκεινται συχνά σε διορθώσεις από το σύστημα ελέγχου. Ο διεθνής όρος για αυτό τους το σφάλμα είναι repositioning ή maneuver (Φωτίου Πικριδάς, 2006, σελ ). Σελίδα 102 από 131

103 ΤΜΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ Το τμήμα ελέγχου αποτελείται από πέντε επίγειους μόνιμους σταθμούς παρακολούθησης, τρεις σταθμούς τηλεπικοινωνιών και έναν κεντρικό σταθμό ελέγχου. Αναφορικά οι πρώτοι πέντε σταθμοί βρίσκονται κατανεμημένοι ανά τον κόσμο όπως Hawaii, Colorando Springs (MCS, Master Control Station), Ascension Is., Diego Garcia, Kwajalein. Οι τρεις σταθμοί παρακολούθησης είναι τοποθετημένοι στη Hawaii, Colorando Springs (MCS), Cape Canaveral και Florida. Και ο κεντρικός σταθμός βρίσκεται στην αεροπορική βάση Falcon Colorando Springs και είναι υπεύθυνος για τη συνολική κατάσταση και λειτουργία του δορυφορικού σχηματισμού. Επίσης υπάρχει στην περιοχή Gaithersburg (Maryland) ένας εφεδρικός σταθμός ελέγχου (BUMCS: BackUpMCS). ΧΑΡΤΗΣ 3: ΤΜΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΩΝ GPS (πηγή: ΤΜΗΜΑ ΧΡΗΣΤΩΝ Το τμήμα χρηστών αναφέρεται ουσιαστικά στους δέκτες GPS και ο αναγνώστης μπορεί να ανατρέξει στο κεφάλαιο Α.6 ΔΕΚΤΕΣ GPS. Σελίδα 103 από 131

104 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ ΝΕΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ GPS Με την εκτόξευση νέων δορυφόρων δημιουργήθηκε η ανάγκη για αναβάθμιση των εκπεμπόμενων σημάτων. Πιο συγκεκριμένα, το 2005 παράλληλα με τους καινούργιους δορυφόρους εκτοξεύεται το δεύτερο πολιτικό σήμα L2C, το 2010 εκτοξεύεται το τρίτο πολιτικό σήμα L5 ενώ το τέταρτο πολιτικό σήμα L1C, βρίσκεται υπό κατασκευή. Παράλληλα με τα πολικά σήματα, διαμορφώνονται και τα στρατιωτικά. Το σύστημα του GPS ολοκλήρωσε τους στόχους του για την εύρυθμη λειτουργία του, σύμφωνα με επίσημη ανακοίνωση στις 17 Ιουλίου 1995, έκτοτε όμως οι αλλαγές που επιφέρονται στα πολιτικά και στρατιωτικά σήματα αλλά και οι εξειδικευμένες ανάγκες των χρηστών του, ανάγκασαν το σύστημα να εκσυγχρονιστεί το Το νέο σύστημα ονομάζεται GPS III και θα έχει ολοκληρωθεί μέσα στην επόμενη δεκαετία προσφέροντας νέες σειρές δορυφόρων, ενισχυμένο τμήμα ελέγχου και περισσότερα πολιτικά και στρατιωτικά σήματα. Οι νέοι δορυφόροι θα έχουν τη δυνατότητα να παράσχουν υπηρεσίες προσδιορισμού θέσης για 60 μέρες χωρίς επικοινωνία με το τμήμα ελέγχου. Το νέο τμήμα ελέγχου είναι της μορφής OCX (Next Generation Operational Control System) και θα δίνει τη δυνατότητα ακρίβειας προσδιορισμού θέσης σε πραγματικό χρόνο, επιπέδου 0,5 cm 1 m. Όπως και στην αρχή της δημιουργίας του συστήματος, προκλήθηκαν επαναστάσεις στον τομέα των μετρήσεων (γεωδαιτικών και τοπογραφικών εφαρμογών), παρομοίως και τώρα, η καλύτερη ποιότητα των δορυφορικών δεδομένων θα ωφελήσει τους ίδιους τομείς, σε ερευνητικές ή πρακτικές εφαρμογές υψηλής ακρίβειας εκατοστών ή μέτρων. Τα βασικά χαρακτηριστικά των νέων πολιτικών σημάτων που θα αναλυθούν στη συνέχεια είναι: Το σήμα εκπέμπεται χωρίς τη διαμόρφωση από το μήνυμα δεδομένων, Προσφέρεται ειδική κωδικοποίηση του μηνύματος δεδομένων FEC (Forward Error Correction) για την αύξηση της ασφάλειας μετάδοσής του και της αυθεντικότητας του δορυφορικού σήματος, Ανθεκτικότητα σε παρεμβολές ή εσκεμμένες εξαπατήσεις και Προστασία μετάδοσης για την πολιτική χρήση του σήματος. (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Σελίδα 104 από 131

105 ΤΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΠΟΛΙΤΙΚΟ ΣΗΜΑ L2C Η πρώτη εκπομπή του δεύτερου πολιτικού σήματος L2C (Civilian) έγινε με την εκτόξευση των δορυφόρων της σειράς Block IIR M και II F (9 στο σύνολο). Το χαρακτηριστικό αυτής της σειράς των δορυφόρων είναι η δυνατότητα αποθήκευσης για τουλάχιστον 48 ώρες τα μηνύματα δεδομένων και η παροχή υπηρεσιών προσδιορισμού θέσης χωρίς επικοινωνία με το τμήμα ελέγχου. Σε αντίθεση με το πρώτο πολιτικό σήμα, εδώ ο κώδικας C/A δεν προστίθεται στο φορέα L2, αλλά διαμορφώνεται κατάλληλα. Διαχωρίζεται σε δύο συνιστώσες, τη γνωστή (L2 P(Y)) και την L2C που έχει προβάδισμα φάσης κατά 90. Με τη σειρά της, η καινούργια συνιστώσα L2C διαμορφώνεται σε δύο νέους μετρητικούς κώδικες PRN, βάσει της τεχνικής BPSK: 1. τον κώδικα CM (Civilian Medium or Moderate length), με ψηφιακό ρυθμό cps ή bps, ακολουθία ψηφίων chips και επανάληψη κάθε 20 ms και 2. τον κώδικα CL (Civilian Long length), με ψηφιακό ρυθμό cps ή bps, ακολουθία ψηφίων chips και επανάληψη κάθε 1.5 ms. Το νέο-διαμορφωμένο μήνυμα δεδομένων CNAV (αναβαθμισμένη έκδοση του NAV) διαμορφώνεται μόνο στον κώδικα CM, αφήνοντας τον CL χωρίς δεδομένα (dataless) και χρησιμοποιείται κωδικοποίηση FEC με ρυθμό περιέλιξης ½, επιτρέποντας την ανίχνευση, διόρθωση των σφαλμάτων της πληροφορίας που μεταδίδεται και την αξιόπιστη αποκωδικοποίησή της. Η νέα συνιστώσα L2C έχει τη δυνατότητα διόρθωσης των ιονοσφαιρικών σφαλμάτων, σε συνδυασμό με το σήμα (L1 C/A) σε πραγματικό χρόνο, αύξηση της ακρίβειας του απόλυτου προσδιορισμού θέσης της ποιότητας επανάκτησης συνιστωσών του φορέα L2C, που συνεπάγεται ακρίβεια θέσης σε πραγματικό χρόνο. Σύντομες πληροφορίες για το L2C: f L2C ( MHz), {PRN CM + PRN CL} Mcps, (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Data (CNAV) 50 sps Σελίδα 105 από 131

106 ΤΟ ΤΡΙΤΟ ΠΟΛΙΤΙΚΟ ΣΗΜΑ L5 Ο δορυφόρος εκπομπής του τρίτου πολιτικού σήματος L5 είναι ο BLOCK IIF αρχής γενομένης το Σχεδόν αποκλειστικά η χρήση του σήματος έχει σχεδιαστεί για την ασφάλεια ζωής στις μεταφορές όπως οι αεροπορικές πτήσεις. Χαρακτηριστικά του σήματος είναι η μεγάλη ισχύς εκπομπής του, ο προηγμένος τρόπος διαμόρφωσης και η έλλειψη στρατιωτικών κωδίκων. Η φέρουσα συχνότητα L5 καταλαμβάνει από μόνη της δικό της φάσμα συχνοτήτων, διεθνώς αναγνωρισμένο για εφαρμογές ασφάλειας πτήσεων (ζώνη ARNS: Aeronautical Radio Navigation Services) οπότε με σιγουριά μπορούμε να πούμε ότι δε θα υπάρχουν παρεμβολές από άλλες συχνότητες GPS (εκτός από τις αντίστοιχες συχνότητες του συστήματος GALILEO). Για τη συχνότητα L5 ισχύει: L5 = 115 f 0 = MHz, λ = cm. Όπως και στο δεύτερο πολιτικό σήμα L2C, το L5 διαχωρίζεται σε δύο συνιστώσες με διαφορά φάσης 90 (phase quadrature) και μετά διαμορφώνεται βάσει της τεχνικής BPSK από δύο ακολουθίες ψηφίων (bit trains): 1. μια συμφασική, παραγόμενη από την πρόσθεση modulo 2 του μετρητικού κώδικα PRN I5, πολλαπλασιασμένο με το νέο μήνυμα δεδομένων CNAV και μια ακολουθία συγχρονισμού NH(I) (Neuman Hofman I) των 10 ψηφίων και 2. μια ακόμη παραγόμενη από τον μετρητικό κώδικα PRN Q5 πολλαπλασιασμένο με μια διαφορετική ακολουθία συγχρονισμού NH(Q) των 20 ψηφίων και είναι, όπως αναφέραμε πιο πριν, χωρίς δεδομένα (dataless), pilot signal. Οι μετρητικοί κώδικες PRN I5 και PRN Q5 είναι μοναδικοί για κάθε δορυφόρο, ενώ οι ακολουθίες NH(I) και NH(Q) ίδιοι για όλους τους δορυφόρους. Ο πολλαπλασιασμός των μετρητικών κωδίκων και των ακολουθών (NH(I) I5, NH(Q) Q5) προκαλεί την αύξηση της διάρκειας των ψηφίων, του ψηφιακού ρυθμού των ψηφίων και της ισχύος του σήματος L5. Αποτέλεσμα είναι η ταχύτερη πρώτη λύση πλοήγησης, ο καλύτερος διαχωρισμός των σημάτων, μικρότερα σφάλματα πολυανάκλασης και καλύτερες ιδιότητες συναρτήσεων συσχέτισης. Σελίδα 106 από 131

107 Σύντομες πληροφορίες για το L5: f L5 ( MHz), PRN I5 (10.23 Mcps), PRN Q5 (10.23 Mcps), (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Data (CNAV) 100 sps ΤΟ ΤΕΤΑΡΤΟ ΠΟΛΙΤΙΚΟ ΣΗΜΑ L1C Ο δορυφόρος του μελλοντικού τέταρτου πολιτικού σήματος L1C είναι ο BLOCK III και αναμένεται η εκπομπή του στα επόμενα 5 χρόνια της προσεχούς δεκαετίας. Το σήμα L1C κυμαίνεται στη φέρουσα συχνότητα L1 και προορίζεται να καλύψει τις ανάγκες συνεργασίας με άλλα διεθνή συστήματα προσδιορισμού θέσης. Επειδή η συχνότητα L1 είναι υπερφορτωμένη από τα υπόλοιπα σήματα (C/A, P(Y), M, Data) θεωρήθηκε σκόπιμο να εφευρεθεί νέα τεχνική διαμόρφωσης, αυτή της «Δυαδικής Μετάθεσης Φορέα» (BOC: Binary Offset Carrier, split spectrum modulation). Η καινούργια τεχνική εφαρμόζεται με διάφορες επιλογές παραμέτρων και είναι η ίδια τεχνική που χρησιμοποιείται και στο σύστημα GALILEO. Η τεχνική BOC διαμορφώνει επιπλέον ένα ήδη διαμορφωμένο σήμα, από την τεχνική BPSK, με τη βοήθεια ειδικού φορέα ή υποφορέα (subcarrier). Το φάσμα του σήματος χωρίζεται σε δύο επιμέρους συμμετρικά ώστε να αποφεύγονται οι παρεμβολές με τα σήματα BPSK. Το τελικό BOC σήμα μπορεί να επεξεργαστεί κανονικά όπως και το BPSK. Οι δύο συνιστώσες που απαρτίζουν το τέταρτο πολιτικό σήμα L1C είναι: 1. η συνιστώσα L1C P χωρίς το μήνυμα δεδομένων (dataless, pilot signal) (CNAV 2) αλλά διαμορφωμένη από το μετρητικό κώδικα και έναν ακόμη L1C O (overlay code) μοναδικό για κάθε δορυφόρο και 2. η συνιστώσα L1C D διαμορφωμένη από το μήνυμα δεδομένων και τον μετρητικό κώδικα. (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ ). Σελίδα 107 από 131

108 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ ΣΚΟΠΙΜΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ AS (ΑΝΤΙ-ΕΞΑΠΑΤΗΣΗ) Η διαδικασία της αντι εξαπάτησης ή κατάσταση AS (Anti Spoofing) ανήκει στην κατηγορία μεθόδων σκόπιμης μείωσης της ακρίβειας και προστατεύει το σήμα GPS από πιθανή εχθρική χρήση. Η τεχνική αυτή ορίζει τον κώδικα P να είναι διαθέσιμος σε ελεύθερη μορφή μόνο για τους εξουσιοδοτημένους χρήστες και για τους υπόλοιπους να μεταδίδεται κρυπτογραφημένος ως Y ή P(Y). Η κρυπτογράφηση του κώδικα γίνεται με μια διαδικασία συνδυασμού του P και ενός μυστικού κώδικα W. Οπότε όταν ένας δέκτης GPS λάβει σήμα σε κατάσταση AS, δε θα το αντιληφθεί και το αποτέλεσμα θα έχει σημαντικό λάθος. Τονίζεται ότι στις εφαρμογές υψηλής ακρίβειας με γεωδαιτικούς δέκτες, η σημασία της κατάστασης AS είναι σχεδόν αμελητέα καθώς λαμβάνονται υπόψη οι παρατηρήσεις φάσης και όχι της ψευδοαπόστασης από τους κώδικες PRN (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ. 88). Η ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ SA (ΕΠΙΛΕΚΤΙΚΗ ΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ) Η διαδικασία της επιλεκτικής διαθεσιμότητας ή κατάστασης SA (Selective Availability) ανήκει στη δεύτερη μέθοδο σκόπιμης μείωσης της ακρίβειας (η πρώτη είναι η AS). Η κατάσταση SA υπήρξε ενεργή για το διάστημα Μάρτιος 1990 Μάιος Η μέθοδος χωρίζεται σε δύο τεχνικές: η τεχνική epsilon (ε process) που μειώνει την ακρίβεια των παραμέτρων της εκπεμπόμενης δορυφορικής εφημερίδας (όπου εμπεριέχονται πληροφορίες για τροχιές και χρονόμετρα δορυφόρων). Οι συντεταγμένες υπολογίζονται αλλά το αποτέλεσμα είναι αβέβαιο με σφάλμα μερικές δεκάδες μέτρα σε διάστημα λίγων ωρών, και η τεχνική delta (δ - process) που μεταβάλλει τη βασική συχνότητα του δορυφόρου και προκαλεί σφάλμα στο ρολόι του, με αποτέλεσμα να παρεμβαίνει στις παρατηρήσεις των ψευδοασποστάσεων και της φάσης, μεταβάλλοντάς τα κατά 50 m σε μικρό χρονικό διάστημα (λεπτών). Είναι εμφανές ότι η κατάσταση SA προκαλεί σφάλματα τις παρατηρήσεις των ψευδοαποστάσεων και της φάσης των δορυφόρων, που γίνονται εμφανή με ασάφειες θέσης της τάξης των μερικών δεκάδων μέτρων και με περιοδικότητα σφαλμάτων από μερικές ώρες έως μερικά λεπτά. Επίσης, άμεσα επηρεάζεται ο απόλυτος προσδιορισμός θέσης σε πραγματικό χρόνο. Ως λύσεις προσφέρονται, είτε η εξουσιοδοτημένη χρήση του συστήματος, είτε η εύρεση θέσης με τη μέθοδο του σχετικού προσδιορισμού θέσης. Σελίδα 108 από 131

109 Στο διάστημα Μάρτιο 1990 με Μάιο 2000 που η κατάσταση SA ήταν ενεργή (SA on), η ακρίβεια του απόλυτου προσδιορισμού θέσης υποβιβάστηκε από το τμήμα ελέγχου στα 100 m για (φ, λ), στα 156 m για το (h) και στα 340 ns για το χρόνο. Με την απενεργοποίηση της κατάστασης SA (SA off), η ακρίβεια είναι της τάξης των μερικών μέτρων (5 10 m) (Φωτίου Πικριδάς, 2012, σελ. 89). ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ IV EGNOS Το EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) είναι το πρώτο ευρωπαϊκό σύστημα πλοήγησης. Υποστηρίζει το σύστημα GPS καθώς το καθιστά κατάλληλο για δύσκολες εφαρμογές, όπως η πτήση αεροσκαφών ή η καθοδήγηση πλοίων από στενά κανάλια. Αποτελείται από τρεις γεωστατικούς δορυφόρους και ένα δίκτυο επίγειων σταθμών, το EGNOS επιτυγχάνει το στόχο του μεταδίδοντας σήμα που περιέχει πληροφορία για την αξιοπιστία και ακρίβεια των σημάτων εντοπισμού του GPS. Ευρωπαίοι χρήστες και μη, απολαμβάνουν τα προνόμια του προσδιορισμού ης θέσης τους με ακρίβεια 1.5 μέτρα. Το EGNOS είναι ένα κοινό πρόγραμμα της ESA, της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και του Eurocontrol Ευρωπαϊκού Οργανισμού για την Ασφάλεια της Αεροναυτιλίας. Είναι η πρώτη δραστηριότητα της Ευρώπης στον τομέα των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης (GNSS) και είναι πρόδρομος του Galileo. 26 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ V EPOS Το EPOS (European Plate Observing System) ορίζεται ως η ολοκληρωμένη ερευνητική υποδομή στις γεωεπιστήμες, εγκεκριμένη από το European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI). Στόχος του είναι προώθηση και η υλοποίηση πρωτοποριακών προσεγγίσεων για τη βέλτιστη κατανόηση των φυσικών διεργασιών: σεισμών, ηφαιστειακών εκρήξεων, τσουνάμι αλλά και των τεκτονικών δυνάμεων και δυναμικών της επιφάνειας της γης. Η λειτουργία του EPOS προωθεί τη διαλειτουργικότητα σε παγκόσμιο επίπεδο στις γεωεπιστήμες και την παροχή υπηρεσιών σε ένα ευρύ φάσμα χρηστών Πηγή: 27 Πηγή: Σελίδα 109 από 131

110 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VI RINEX ΑΡΧΕΙΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ Αναφερόμαστε συχνά στη συμβατότητα των συστημάτων προσδιορισμού θέσης μεταξύ τους και για τις ομοιότητες που παρουσιάζουν ως προς τη λειτουργία τους. Πως μπορούμε όμως να επεξεργαστούμε αρχεία παρατηρήσεων από δέκτες διαφορετικών εταιριών με οποιοδήποτε λογισμικό GPS; Την απάντηση δίνουν τα αρχεία παρατηρήσεων σε RINEX format. Η ονομασία τους προέρχεται από τα αρχικά Receiver INependent EXchange και αποτελούνται το αρχείο παρατηρήσεων (observation file) και το αρχείο με το μήνυμα πλοήγησης (navigation file). Το RINEX format ανήκει στο διεθνώς αποδεκτό ASCII format, δηλαδή αρχεία που διαβάζονται χωρίς ιδιαίτερα περαιτέρω επεξεργασίες. ΣΧΗΜΑ 36: ΤΑ ΑΡΧΕΙΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ ΣΕ RINEX FORMAT ΑΠΟΤΕΛΟΥΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΑ OBSERVATION ΚΑΙ NAVIGATION FILES ΚΑΙ ΑΝΗΚΟΥΝ ΣΕ ASCII FORMAT Η κάθε εταιρία GPS προσφέρει το δικό της λογισμικό με το δικό της format (binary). Με σκοπό τον περιορισμό στο χώρο αποθήκευσης, τα format είναι συμπιεσμένα σε δυαδική μορφή (binary) δηλαδή χρειάζονται επεξεργασία για να διαβαστούν από το χρήστη. Κάθε λογισμικό GPS δίνει τη δυνατότητα μετατροπής των αρχείων που λαμβάνει από τους δέκτες της σε μορφή RINEX, αλλά και την εισαγωγή αρχείων RINEX από δέκτες διαφορετικών εταιριών. Η ιδέα για τη δημιουργία των RINEX αρχείων γεννήθηκε στο Αστρονομικό Ινστιτούτο του Πανεπιστημίου της Βέρνης (Astronomical Institute of the University of Berne, AIUB) το 1989, για τη διευκόλυνση της συγκέντρωσης των αρχείων καταγραφής GPS στην πρώτη μεγάλη Ευρωπαϊκή Καμπάνια μέτρησης EUREF 89. Σημειώνεται ότι στην Καμπάνια αυτή συμμετείχαν 60 δέκτες GPS από 4 διαφορετικούς κατασκευαστές. Σχεδόν όλα τα λογισμικά επεξεργασίας γεωδαιτικών δεδομένων GPS διαχειρίζονται καλά ένα συγκεκριμένο όγκο πληροφοριών, όπως του φορέα της φάσης, της ψευδοαπόστασης και του χρόνου καταγραφής. Συνήθως ο χρόνος καταγραφής είναι ίδιος και για το φορέα φάσης και Σελίδα 110 από 131

111 για την ψευδοαπόσταση, συνεπώς τα προγράμματα δεν έχουν ανάγκη από άλλες πληροφορίες, εκτός από κατασκευαστικές πληροφορίες όπως το όνομα του σταθμού ή το ύψος της κεραίας. Οι εκδοχές των RINEX αρχείων που έχουν αναπτυχθεί και εκδοθεί είναι: RINEX Version 1 (1989) RINEX Version 2 RINEX Version 3 RINEX Ver (Απρίλιος 1993) RINEX Ver (10 Δεκεμβρίου 2007) RINEX SBAS (Satellite-Based Augmentation Systems) NAV Ver (19 Δεκεμβρίου 2003) RINEX Ver (10 Δεκεμβρίου 2007) RINEX Ver (22 Ιουνίου 2009) RINEX Ver (28 Νοεμβρίου 2007) RINEX Ver (22 Ιουνίου 2009) Η κάθε έκδοση προσπαθεί να προσφέρει τις δυνατότητες επεξεργασίας, ίδιων ουσιαστικά αρχείων αλλά από διαφορετικές κατασκευαστικές εταιρίες, στο χρήστη, με την επόμενή της να προσφέρει ακόμη μεγαλύτερο εύρος δυνατοτήτων και επιλογών. Αναφορικά, η έκδοση RINEX 3.00 με την αφαίρεση του περιορισμού των 80 χαρακτήρων ανά αρχείο RINEX, προσφέρει τη δυνατότητα διαχείρισης «μικτών αρχείων», όπως αρχεία που περιέχουν δεδομένα παρατήρησης από δορυφόρους περισσότερους του ενός, το καθένα με διαφορετικό τύπο παρατήρησης. Σημειώνεται ότι η RINEX Version 3 περιλαμβάνει και την ανεπίσημη εκδοχή 2.20 που αναφέρεται σε ορισμούς διαστημικών δεκτών. Η επόμενη έκδοση RINEX Ver εκδόθηκε για την ανάγκη παραγωγής συνεχούς καταγραφής φάσης μεταξύ διαφορετικών καναλιών ή καταστάσεων παρακολούθησης. Ένα παράδειγμα είναι η δυνατότητα εφαρμογής ¼ μετατόπισης του κύκλου της φάσης, πριν τη δημιουργία του RINEX αρχείου για τη διευκόλυνση της επεξεργασίας των παραπάνω καταγραφών. Ο προτεινόμενος τρόπος ονομασίας των RINEX αρχείων σχετίζεται με την πλήρης ημερομηνία που λήφθηκε το αρχείο. Συγκεκριμένα, η σειρά έχεις ως εξής ssssdddf.yyt. Το διάγραμμα της συνέχειας επεξηγεί τη σημασία κάθε σειράς γραμμάτων: Σελίδα 111 από 131

112 ssssdddf.yyt t: File type: O: Observation file N: GPS Navigation message file M: Meteorological data file G: GLONASS navigation message file L: Galileo navigation message file P: Mixed GNSS navigation message file H: SBAS Payload navigation message file B: SBAS broadcast data file(separate documentation) C: Clock file (separate documentation) S: Summary file (used e.g., by IGS, not a standard!) yy: two-digit year f: file sequence number/character within day. daily file: f = 0 hourly files: a = 1 st hour: 00h-01h; b = 2 nd hour: 01h-02h;... x = 24 th hour: 23h-24h ddd: ssss: day of the year of first record 4-character station name designator RINEX The Receiver Independent Exchange Format Version 3.01, σελ. 5 Σελίδα 112 από 131

113 Κάθε αρχείο παρατήρησης (observation file) χωρίζεται σε δύο μέρη, μέρος, το header και Β` μέρος που περιέχει το data section. Στο Α` μέρος δίνονται οι σχετικές πληροφορίες για τα δεδομένα του αρχείου: όνομα σταθμού- ταυτότητα δέκτη- ταυτότητα κεραίας-προσεγγιστικές συντεταγμένες σημείων που στήθηκε ο δέκτης-στοιχεία εκκεντρότητας κεραίας (m)-είδη παρατηρήσεωνρυθμός καταγραφής (30sec)-συνολικός αριθμός παρατηρηθέντων δορυφόρων-χρόνος πρώτης και τελευταίας καταγραφής παρατηρήσεων. Στο τέλος του κειμένου πρέπει να αναγράφεται: END OF HEADER Το δεύτερο (Β ) μέρος χωρίζεται σε εποχές καταγραφής και συμβολίζονται με διαφορετική παράγραφο. Κάθε παράγραφος ξεκινάει με την ημερομηνία της εποχής καταγραφής, τον αριθμό λαμβανόμενων δορυφόρων και τον αριθμό PRN του κάθε δορυφόρου. Περιγράφεται ένα παράδειγμα για να γίνει πιο κατανοητό: ημερομηνία καταγραφής εποχή καταγραφής στη μορφή yymmdd 0 h 0 m 30 s ( ) κωδικός (epoch flag) με τιμές 0(0) αν όλα είναι εντάξει στη λειτουργία του δέκτη και >=1 εάν υπάρχει κάποιο πρόβλημα ή κάποια αλλαγή κατά τη συλλογή δεδομένων συνολικός αριθμός λαμβανόμενων δορυφόρων (9) για τρέχουσα εποχή οι PRN αριθμοί των δορυφόρων, με τη σειρά που δίνονται καταγράφονται σε κάθε επόμενη σειρά της παραγράφου οι παρατηρήσεις (L1, C/A, L2, P2) Χρήση παραδείγματος με διαφοροποιήσεις στα νούμερα: Φωτίου-Πικριδάς, 2012, σελ. 388 Σελίδα 113 από 131

114 για το συγκεκριμένο παράδειγμα, θα ακολουθήσουν εννέα σειρές των παρατηρήσεων για την εκάστοτε εποχή και για τους 9 δορυφόρους που έκαναν καταγραφή. Οι επόμενες 4 παράγραφοι/εποχές μετρήσεων επαναλαμβάνονται με βάση την ίδια φιλοσοφία μέχρι το τέλος των παρατηρήσεων για το σημείο που εξετάζεται. Αν στο ίδιο αρχείο υπάρχουν παρατηρήσεις και για άλλα σημεία μέτρησης, επαναλαμβάνονται όλα τα προηγούμενα στοιχεία από την αρχή, όσες φορές είναι τα επιπλέον σημεία. Η περίπτωση αυτή εξαρτάται από τον τρόπο καταγραφής του δέκτη ή μπορεί και να υπάρξει κατά την επεξεργασία-μετατροπή των raw data σε RINEX. Με τη σειρά του, το αρχείο μηνύματος πλοήγησης (navigation file) περιλαμβάνει στις γραμμές του πληροφορίες σχετικές με το δορυφόρο. Στο header του αρχείου, αναφέρεται η ημερομηνία καταγραφής, το όνομα της κατασκευαστικής εταιρίας του δορυφόρου και άλλες παρόμοιες πληροφορίες. Όπως και στο μήνυμα παρατήρησης (observation file), έτσι και εδώ η τελευταία σειρά καταγραφής στο αρχείο πρέπει να αναγράφει END OF HEADER. Στην πρώτη σειρά καταγραφής στο data section βλέπουμε τον αριθμό PRN του δορυφόρου, την ώρα καταγραφής και παραμέτρους για το δορυφορικού ρολόι. Οι επόμενες σειρές περιέχουν πληροφορίες όπως η τροχιά μετάδοσης του δορυφόρου, η υγεία του δορυφόρου και η εβδομάδα καταγραφής του GPS. Η υγεία του δορυφόρου έχει ενταχθεί στα RINEX αρχεία από τη Ver και καταγράφεται στο δεύτερο πεδίο της έκτης σειράς καταγραφής του μηνύματος πλοήγησης. Το πρόγραμμα ανάγνωσης των RINEX αρχείων μπορεί εύκολα να προσδιορίσει το επίπεδο υγείας του δορυφόρου, διαβάζοντας τα καταγεγραμμένα bits. Πιο συγκεκριμένα: RINEX value: 0 RINEX value: 1 Health OK Health not OK (bits not stored) RINEX value: >32 Health not OK (bits 18-22) 30 Στη βιβλιογραφία ως αρχεία παρατήρησης δεν αναφέρονται μόνο τα RINEX αρχεία. Τα NGS-SP3, RTCM SC-104 και NMEA 0183 είναι παραδείγματα γνωστών αρχείων παρατήρησης που χρησιμοποιούνται ευρέως από την κοινότητα GNSS (El-Rabbany, 2002, σελ και Φωτίου-Πικριδάς, 2012, σελ ). 30 πηγή: RINEX, The Receiver Independent Exchange Format Version 3.01, σελ. 15 Σελίδα 114 από 131

115 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VII PONT LOGDATA SHEET 0. Form Prepared by (full name) : Nepheli Vasiliki, Messini/ Marios, Papanikolaou Date Prepared : Report Type : UPDATE If Update: Previous Site Log : Modified/Added Sections : 3.1/ Site Identification of the GNSS Monument Site Name : PONTI Four Character ID : PONT Monument Inscription : NONE IERS DOMES Number : CDP Number : Monument Description : PILLAR Height of the Monument : Monument Foundation : ROOF OF BUILDING Foundation Depth : Marker Description : Date Installed : Geologic Characteristic : BEDROCK Bedrock Type : LIMESTONE Bedrock Condition : JOINTED Fracture Spacing : Fault zones nearby : Distance/activity : Additional Information : PONT is operated by NOA - PONT 2. Site Location Information City or Town : LEFKAS State or Province : LEFKAS Country : Greece Tectonic Plate : EURASIAN Approximate Position (ITRF) X coordinate (m) : m Y coordinate (m) : m Z coordinate (m) : m Latitude (N is +) : 38 37' " North Longitude (E is +) : 20 35' " East Elevation (m,ellips.) : m Additional Information : position at epoch : upload of coordinates 15 March GNSS Receiver Information 3.1 Receiver Type : LEICA GRX1200PRO Satellite System : GPS Serial Number : Firmware Version : 3.00/2.121 Σελίδα 115 από 131

116 Elevation Cutoff Setting : 10 Date Installed : Date Removed : Temperature Stabiliz. : (deg C) +/- (deg C) Additional Information : (multiple lines) 3.2 Receiver Type : LEICA GRX1200PRO Satellite System : GPS Serial Number : Firmware Version : V 5.10 Elevation Cutoff Setting : Date Installed : Date Removed : Temperature Stabiliz. : (deg C) +/- (deg C) Additional Information : (multiple lines) 4. GNSS Antenna Information 4.1 Antenna Type : LEIAX1202GG Serial Number : Antenna Reference Point : BAM Marker->ARP Up Ecc. (m) : Marker->ARP North Ecc(m) : Marker->ARP East Ecc(m) : Alignment from True N : Antenna Radome Type : Radome Serial Number : Antenna Cable Type : Antenna Cable Length : Date Installed : Date Removed : Additional Information : PONT is located at a roof of a building 1st Update Antenna coordinates 27 November nd Update Antenna coordinates : 1 July rd Update Antenna coordinates : 15 March < / \ / \ / \ \ x / ========= ========= < BAM=ARP < > 5. Frequency Standard Σελίδα 116 από 131

117 5.1 Standard Type : Input Frequency : Effective Dates : Notes : 6. Local Ongoing Conditions Possibly Affecting Computed Position 6.1.x Radio Interferences : (TV/CELL PHONE ANTENNA/RADAR/etc) Observed Degradations : (SN RATIO/DATA GAPS/etc) Effective Dates : (CCYY-MM-DD/CCYY-MM-DD) Additional Information : (multiple lines) 6.2.x Multipath Sources : (METAL ROOF/DOME/VLBI ANTENNA/etc) Effective Dates : (CCYY-MM-DD/CCYY-MM-DD) Additional Information : (multiple lines) 6.3.x Signal Obstructions : (TREES/BUILDLINGS/etc) Effective Dates : (CCYY-MM-DD/CCYY-MM-DD) Additional Information : (multiple lines) 7. On-Site, Point of Contact Agency Information Agency : National Observatory of Athens Preferred Abbreviation : NOA Mailing Address : Lofos Nymfon, Thission, Athens , Greece Primary Contact Contact Name : Dr. Athanassios Ganas Telephone (primary) : Telephone (secondary) : Fax : aganas@gein.noa.gr Secondary Contact Contact Name : Dr. George Drakatos Telephone (primary) : Telephone (secondary) : Fax : g.drakat@gein.noa.gr Additional Information : Professor Kanaris Tsinganos : president@noa.gr ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ VIII ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ ΣΤΑΘΜΩΝ NOANET Σελίδα 117 από 131

118 ΣΧΗΜΑ 37: ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΤΗΣ ΚΕΡΑΙΑΣ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ GPS PRKV (ΑΓ. ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΛΕΣΒΟΣ). Η ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΛΗΦΘΗΚΕ ΣΤΙΣ 29/6/2007 ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΚΑΜΠΑΝΙΑΣ ΓΕΙΝ/ΕΑΑ (Πηγή: ΝΟΑΝΕΤ) ΣΧΗΜΑ 38: ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΤΗΣ ΚΕΡΑΙΑΣ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ GPS KLOK (ΚΛΟΚΩΤΟΣ - ΘΕΣΣΑΛΙΑ). Η ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΛΗΦΘΗΚΕ ΣΤΙΣ 30/12/2010 ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΚΑΜΠΑΝΙΑΣ ΓΕΙΝ/ΕΑΑ (Πηγή: ΝΟΑΝΕΤ) Σελίδα 118 από 131

119 ΣΧΗΜΑ 39: ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΤΗΣ ΚΕΡΑΙΑΣ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ GPS PONT (ΠΟΝΤΗ ΛΕΥΚΑΔΑ). Η ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΛΗΦΘΗΚΕ ΣΤΙΣ 9/02/2007 ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΚΑΜΠΑΝΙΑΣ ΓΕΙΝ/ΕΑΑ (Πηγή: ΝΟΑΝΕΤ) Σελίδα 119 από 131