ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ ΜΕ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟ ΣΤΑΘΜΟ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ ΘΕΣΗΣ (G.P.S.) ΣΕ ΔΑΣΟΓΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣΣ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ, ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΔΑΣΟΤΕΧΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΥΔΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ ΜΕ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟ ΣΤΑΘΜΟ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ ΘΕΣΗΣ (G.P.S.) ΣΕ ΔΑΣΟΓΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΑΓΑΘΗ Δ. ΚΥΡΔΙΟY-ΔΑΣΟΛΟΓΟΣ Επιβλέπων Καθηγητής: Βασίλειος Γιαννούλας Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2018

2 Περιεχόμενα Κατάλογος Εικόνων... v Κατάλογος Πινάκων...viii Κατάλογος Σχημάτων... x Κατάλογος Γραφημάτων... xi Κατάλογος Χαρτών... xix Κατάλογος Συντομογραφιών και Ακρονυμίων... xix ΠΕΡΙΛΗΨΗ...xiii ABSTRACT... xv Ευχαριστίες... xvii 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Γενικά Καθορισμός προβλήματος Σκοπός της μεταπτυχιακής διατριβής Δομή της εργασίας ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΣΗΣ ΜΕ GPS ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΧΡΟΝΟ-ΜΟΝΙΜΑ ΔΙΚΤΥΑ RTK- GPS Πoλλαπλά Συστήματα Εντοπισμού GNSS Γενικά Κυριότερα χαρακτηριστικά ιδιαιτερότητες και εξέλιξη των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης Ομοιότητες και διαφορές των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης GNSS Τυποποιημένα σχήματα ή μορφές GPS Το πρότυπο RINEX ή αρχεία RINEX (Receiver IndepeNdent Exchange RINEX) Το πρότυπο ή σχήμα NGS-SP3 (National Geodetic Survey Standard Product # 3) Το μήνυμα RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) ή πρότυπο RTCM SC-104 (Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committee 104) Το πρότυπο ή Πρωτόκολλο επικοινωνίας NMEA 0183 (National Marine Electronics Association 0183) Το πρότυπο ή πρωτόκολλο επικοινωνίας NTRIP (Networked Transport of RTCM in Internet Protocol) Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης GNSS και GPS i

3 2.2 Μέθοδοι δορυφορικού προσδιορισμού θέσης με τη χρήση των παγκόσμιων GNSS συστημάτων Πηγές μείωσης της ακρίβειας των µετρήσεων G.P.S Τα δορυφορικά σφάλµατα Τα τροχιακά σφάλµατα Σφάλµατα των δορυφορικών χρονοµέτρων Τα σφάλµατα των δεκτών Τα σφάλµατα παρατηρήσεων Ιονοσφαιρικά και Τροποσφαιρικά σφάλματα Σφάλµατα σταθµού- Σφάλμα πολλαπλών διαδρομών (multipath) GDOP geometric Dilution of Precision Eυρήματα μελετών σχετικά με την ακρίβεια του συστήματος GPS σε Δασογενή περιβάλλοντα Δίκτυα μονίμων σταθμών GPS και δικτυακές τεχνικές Δίκτυα μονίμων σταθμών GPS Δικτυακές Τεχνικές RTK Μόνιμοι Σταθμοί Αναφοράς στην Ελλάδα Γενικά Η εταιρεία METRICA Α.Ε Περιγραφή της αρχιτεκτονικής της Metrica Α.Ε Περιγραφή του τρόπου λειτουργίας της Metrica Υπηρεσίες πραγματικού χρόνου και απαραίτητος εξοπλισμός Υπηρεσίες μετεπεξεργασίας και απαραίτητος εξοπλισμός Προϋποθέσεις για τη χρήση των υπηρεσιών της Metrica Διαδικασία εγγραφής Το Γεωδαιτικό Σύστημα και πλαίσιο Αναφοράς της Metrica ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Επιλογή της περιοχής μελέτης Δημόσιο Δασικό Σύμπλεγμα Συμβόλου όρους Καβάλας Γεωγραφική θέση του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Πολιτική θέση του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Όρια του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Γεωλογικές, πετρογραφικές και εδαφικές συνθήκες Συνθήκες δασοπονικής εκμετάλλευσης του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Κλιματικές συνθήκες του Δημοσίου δασικού συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Περιγραφή της περιοχής μελέτης στο Δημόσιο Δασικό Σύμπλεγμα Συμβόλου όρους Καβάλας ii

4 3.4 Υλικά και μέθοδος Γεωδαιτικός εξοπλισμός και συναφή προγράμματα - Υλικά Γεωδαιτικός σταθμός (Total Station) Ο γεωδαιτικός σταθμός Leica TCR Leica Geo Office Tools (LGO Tools) Δέκτες GPS GPS Leica GS09 GNSS AutoCad Map Περιγραφή διαδικασίας μετρήσεων Θεωρία σφαλμάτων ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Αποτελέσματα πρώτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού δρόμου Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Αποτελέσματα δεύτερης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού μονοπατιού Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Αποτελέσματα τρίτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων σε ξέφωτο Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Αποτελέσματα τέταρτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων κάτω από κομοστέγη υψηλής συστάδας κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας 2,00 μέτρα Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας 4,00 μέτρα Αποτελέσματα πέμπτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση κάτω από κομοστέγη υψηλής συστάδας κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Σύνοψη αποτελεσμάτων ανά ύψος κεραίας και ανά περιβάλλον μέτρησης Οι δύο αποτυπώσεις της τεχνικής Single Base RTK (με διαφορετικό ύψος κεραίας) μεταξύ τους σε κάθε ένα από τα διαφορετικά περιβάλλοντα μέτρησης Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού δρόμου Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού μονοπατιού Αποτύπωση σημείων σε δασικό ξέφωτο Αποτύπωση σημείων σε συστάδα κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Αποτύπωση σημείων σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη iii

5 4.6.2 Τα διαφορετικά περιβάλλοντα μέτρησης για κάθε μία από τις αποτυπώσεις με την τεχνική Single Βase-RTK με ίδιο ύψος κεραίας Αποτύπωση με την τεχνική Single Base- RTK - ύψος κεραίας 2,00m Αποτύπωση με την τεχνική Single Base- RTK - ύψος κεραίας 4,00m ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συμπεράσματα Προτάσεις Βιβλιογραφία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι: ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΟ ΥΛΙΚΟ Φωτογραφίες με την τεχνική SingleBase με ύψος κεραίας 2,00μ. και 4,00μ Πανοραμική εικόνα του Google Earth iv

6

7

8

9

10

11

12

13

14 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η ανάγκη για τον προσδιορισμό θέσης υψηλής ακρίβειας σε πραγματικό χρόνο, αξιοποιώντας το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού του GPS, οδήγησε στην αλματώδη ανάπτυξη της παγκόσμιας τεχνικής προσδιορισμού θέσης με συστήματα GNSS (Global Navigation Satellite System). Αυτό αξιώνεται με την βοήθεια ενός δικτύου μονίμων σταθμών σε παγκόσμια κλίμακα. Στην Ελλάδα λειτουργούν μόνιμα δίκτυα σταθμών από κρατικούς φορείς και ιδιωτικές εταιρείες. Η χρήση τους επιτυγχάνεται μέσω τεχνικών υπηρεσιών πραγματικού χρόνου (RTK & DGPS), όπου παρέχεται η δυνατότητα εφαρμογής και της δικτυακής Single Base RTK. Το (G.P.S.) χρησιμοποιείται επίσης σε μια συνεχώς αυξανόμενη ποικιλία εφαρμογών διαχείρισης δασών και φυσικών πόρων. Δεδομένου ότι το GPS χρησιμοποιεί σήματα μικροκυμάτων και δεδομένου ότι η βλάστηση μπορεί να επηρεάσει την αποτελεσματικότητα αυτών, έχουν ολοκληρωθεί εργασίες για να εξακριβωθεί η χρησιμότητα του GPS στις ιδιαίτερες δασικές συνθήκες. Η δασική βλάστηση και η τοπογραφία ενδέχεται να εμποδίσουν τα δορυφορικά σήματα που αποστέλλονται στην κεραία GPS προκαλώντας απώλεια στην ακρίβεια θέσεων. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η εκτίμηση της ακρίβειας αποτύπωσης με την χρήση του συστήματος των δικτύων μόνιμων σταθμών (GNSS) της ιδιωτικής εταιρίας Metrica, την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας του και την εξαγωγή συμπερασμάτων από την εφαρμογή του σε δυσμενή δασικά περιβάλλοντα. Προκειμένου να επιτευχθεί ο παραπάνω σκοπός έγινε εφαρμογή του συστήματος των δικτύων μόνιμων σταθμών (GNSS) της ιδιωτικής εταιρίας Metrica και της τεχνικής της Single Base RTK σε πέντε διαφορετικά δασογενή περιβάλλοντα: α) σε άξονα δασικού δρόμου, β) σε άξονα δασικού μονοπατιού γ) σε ξέφωτο μέσα σε υψηλό δάσος κωνοφόρων, δ) κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας και ε) κάτω από την κομοστέγη υψηλής συστάδας κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Οι μετρήσεις εκτελέστηκαν στην περιοχή του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους στην πόλη της Καβάλας. Συγκεκριμένα η εργασία αφορά στον προσδιορισμό συντεταγμένων σημείων στα παραπάνω πέντε διαφορετικά δασογενή περιβάλλοντα, χρησιμοποιώντας τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TRC 407 του οποίου οι μετρήσεις θα λαμβάνονται ως αληθείς τιμές και τον GPS δέκτη Leica GS09 GNSS, με τον οποίο πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σε όλα τα xv

15 σημεία δύο φορές, μία με ύψος στυλεού του δέκτη στα 2,00μ. και μία με ύψος στυλεού στα 4,00μ. σε άριστη λειτουργικότητα με το δίκτυο Μόνιμων Σταθμών Αναφοράς της METRICANET. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη σύγκριση των τιμών μεταξύ του δέκτη GPS Leica GS09 GNSS και του γεωδαιτικού σταθμού είναι ότι ο καλύτερος μέσος όρος οριζοντιογραφικής ακρίβειας (μικρότερο σφάλμα θέσης) σημειώθηκε με ύψος στυλεού 2,00μ. Αυτό σημαίνει ότι, όσον αφορά το σφάλμα στην ακρίβεια της θέσης, η εφαρμογή της τεχνικής Single Base με ύψος στυλεού 2,00μ. έναντι της τεχνικής Single Base με ύψος στυλεού 4,00μ., υπερτερεί σε τέτοιου είδους περιβάλλοντα. Όσον αφορά τα περιβάλλοντα μέτρησης, τα καλύτερα αποτελέσματα αναφορικά με το σφάλμα θέσης για την τεχνική Single Base με ύψος κεραίας 2,00μ. και 4,00μ. παρουσιάστηκαν, με την ίδια σειρά και στα δύο ύψη κατά προτεραιότητα, στο δασικό ξέφωτο, στον άξονα δασικού δρόμου, στον άξονα δασικού μονοπατιού, κάτω από κομοστέγη υψηλού δάσους κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη και τέλος κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας. Λέξεις κλειδιά: GPS, Μόνιμος σταθμός αναφοράς, RTK, METRICA, Single Base, Δασoγενή Περιβάλλοντα. xvi

16 ABSTRACT The need for high precision positioning in real time, utilizing the Global Positioning System GPS, has led to the global deployment of Global Navigation Satelite System. (GNSS) This could be achieved with the help of a network of permanent stations in a global scale. In Greece there are permanent network stations from state institutions and private companies. Their usage is achieved both through real time techniques (RTK&DGPS), which allow the implementation of the Single Base RTK technique. The (GPS) is also used in an ever increasing variety of forest and natural resources. Since the GPS uses microwave signals and since vegetation can affect the efficiency of them, some projects have been completed to determine the usefulness of GPS in particular forest conditions. Forest vegetation and topography may prevent satellite signals sent to the GPS antenna causing loss of position accuracy. The aim of the present postgraduate thesis is to estimate the positioning accuracy by using Metrica s private network system of permanent stations (GNSS), to evaluate its effectiveness and to draw conclusions about its application in difficult forest environments. In order to achieve the above aim, the Metrica s permanent network stations (GNSS) and the Single Base RTK technique were implemented in five different forest environments: a) in an axis of forest road, b) in an axis of a forest path, c) in a forest glade, d) under the canopy of coniferous forest Cupresus arizonica and e) under a canopy of coniferous forest Pinus brutia. The measurments were carried out in the area of the public sector of mountain Simvolo in the town of Kavala. Specifically, the study concerns the determination of coordinates of points in the above five different forest environments using the Leica TRC 407 geodetic station whose measurements are taken as true values and using the GPS receiver Leica GS09 GNSS, which functions perfectly with the network of Permanent Stations of Metrica, which measurements were made to all points two times, one with an antenna height of the receiver at 2,00m and one with 4,00m. From the comparison of the measurments between the receiver GPS Leica GS09 GNSS, by using of Permanent Reference Station of METRICANET and Single Base technique, and the Leica TRC 407 becomes evident that the best average horizontally xvii

17 accuracy with the least (error position) was noted with an antenna height of 2,00m. That means, with regard to the positioning accuracy, that the application of the Single Base technique with an antenna height of 2,00m is superior in accurate than 4,00m, in such environments. As for the measurement environments, the best results concerning the positional error with an antenna height of 2,00m and 4,00m were presented with the same order of priority in both heights: in the forest glade, in the axis of a forest road, in the forest path axis, under the canopy of a high coniferous forest Pinus brutia and finally under the canopy of a high coniferous forest Cupressus arizonica. Keywords: GPS, Permanent Reference Station, RTK, METRICA, Single Base, forest environments. xvii i

18 Ευχαριστίες Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών της Σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Α.Π.Θ. Για την συνεργασία του κατά την διάρκεια εκπόνησης και υλοποίησης της εργασίας αυτής θέλω να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Βασίλειο Γιαννούλα, Αναπληρωτή Καθηγητή στο Εργαστήριο Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας του Τομέα Δασοτεχνικών και Υδρονομικών Έργων της Σχολής Γεωπονίας, Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Α.Π.Θ. Ήταν κοντά μου σε ότι δυσκολία αντιμετώπισα και με την στήριξη και συμπαράστασή του σε τεχνικά και επιστημονικά θέματα, με βοήθησε να ολοκληρώσω την έρευνα και την μεταπτυχιακή αυτή εργασία. Ευχαριστίες οφείλω και επιθυμώ να αποδώσω στον Καθηγητή κ. Κοσμά Δούκα, για τις πολύτιμες συμβουλές του, τις εποικοδομητικές συζητήσεις και τις γνώσεις που μου προσέφερε καθώς και για την τιμή που μου έκαναν μαζί με τον Καθηγητή κ. Δημήτριο Ρωσσικόπουλο του Τομέα Γεωδαισίας και Τοπογραφίας του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνική Σχολής του ΑΠΘ να συμμετέχουν ως μέλη στην τριμελή μου επιτροπή. Επιπρόσθετα, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την Αναπληρώτρια Καθηγήτρια κα. Αναστασία Στεργιάδου και τον Καθηγητή κ. Ευάγγελο Καραγιάννη του Εργαστηρίου Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας του Τομέα Δασοτεχνικών και Υδρονομικών Έργων της Σχολής Γεωπονίας, Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Α.Π.Θ για την καθοδήγηση και στήριξη τους καθ όλη τη διάρκεια των μεταπτυχιακών μου σπουδών. Τις θερμές μου ευχαριστίες θα ήθελα να απευθύνω σε όλο το προσωπικό του Εργαστηρίου Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας του Τομέα Δασοτεχνικών και Υδρονομικών Έργων της Σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Α.Π.Θ και ιδιαίτερα στον κ. Θωμά Ψιλοβίκο Ε.Ε.Δι.Π. του εργαστηρίου για την βοήθεια του. Στην τεχνικό κ. Ευαγγελία Πουρνάρα της εταιρείας Metrica για την βοήθεια που μου παρείχε στην εξοικείωση με τον γεωδαιτικό δέκτη GPS που χρησιμοποιήθηκε στη λήψη στοιχείων υπαίθρου και την ανεξάντλητη υπομονή της στην επίλυση όλων των αποριών και προβλημάτων που προέκυπταν κατά την διάρκεια των μετρήσεων. Η εκπόνηση της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής δεν θα ήταν δυνατή χωρίς τη συμβολή ανθρώπων που με βοήθησαν με κάθε δυνατό τρόπο. Ένα πολύ μεγάλο ευχαριστώ οφείλω στην φίλη μου από καρδιάς και Διδάκτορα κα. Χρυσάνθη Αργυροπούλου, xix

19 καταρχήν για την αμέριστη και απλόχερη βοήθεια της τόσο στην λήψη στοιχείων υπαίθρου όσο και για τις γνώσεις που απεκόμισα κατά την διεκπεραίωση και συγγραφή της μεταπτυχιακής διατριβής. Κυρίως όμως θα ήθελα να της εκφράσω την αγάπη μου για την εμψύχωση και την αμέριστη συμπαράσταση της σε όλα. Δίπλα της όλα είναι δυνατά. Σε αυτή την προσπάθεια, ουσιαστικό ρόλο διαδραμάτισαν όλοι οι φίλοι μου, άλλοι από μακριά και οι άλλοι από κοντά, οι οποίοι με στήριζαν ακούραστα σε όλη την διάρκεια των σπουδών μου, με εμψύχωναν και μου έδειχναν την αγάπη τους όταν το χρειαζόμουν. Χωρίς την πολύτιμη βοήθεια του κουμπάρου μου Αλέξανδρου Ανδρεάδη θα ήταν δύσκολο να διεκπεραιωθεί η παρούσα διατριβή. Δεν θα μπορούσα να μην ευχαριστήσω την οικογένειά μου, τους γονείς μου Δημήτρη και Μαρία, τον πεθερό μου Θόδωρο και τα αδέλφια μου για την αμέριστη αγάπη τους, την υποστήριξη και την προτροπή τους να πραγματοποιώ κάθε όνειρο μου. Τέλος το μεγαλύτερο ευχαριστώ θα ήθελα να το εκφράσω στον αγαπημένο μου σύζυγο Στέλιο και τις λατρεμένες μου κόρες Έλενα και Μαρία και να τους αφιερώσω την εργασία αυτή. Η ανιδιοτελής αγάπη τους, η αμείωτη συμπαράσταση, η ενθάρρυνση, η κατανόηση και η πολύπλευρη στήριξη κατά την διάρκεια των σπουδών μου, μου έδινε δύναμη να συνεχίσω και να προσπαθώ πάντα για το καλύτερο. xx

20 Κατάλογος Συντομογραφιών και Ακρωνυμίων A-S Anti-Spoofing ASCII American Standard Code for Information Interchange CDMA Code Division Multiple Access CORS Continuously Operating Reference Stations CRINEX Compact RINEX DCB Differential Code Bias DD Double-Difference DGPS Differential GPS ECAC European Civil Aviation Conference EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution EGM08 Earth Gravitation Model 2008 EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service EPN EUREF Permanent GNSS Network ESA European Space Agency ETRF2005 European Terrestrial Reference Frame 2005 ETRS89 European Terrestrial Reference System 1989 EUREF EUropean REference Frame FAA Federal Aviation Administration FDMA Frequency Division Multiple Access FIR Flight Instrumental Region FKP Flachen Korrektur Parameter GAGAN GPS Aided Geo Augmented Navigation GBAS Ground Based Augmentation Systems GDOP Geometric Dilution of Precision GLONASS GLObal NAvigation Satellite System GNSS Global Navigation Satellite Systems GPRS General Packet Radio Service GPS Global Positioning System GRS80 Geodetic Reference System 1980 GSM Global System for Mobile communications HDOP Horizontal Dilution of Precision HEPOS Hellenic Positioning System HTRS07 Hellenic Terrestrial Reference System 2007 HTTP HyperText Transfer Protocol IALA International Association of Lighthouse Authorities ICAO International Civil Aviation Organization ICD Interface Control Document IERS International Earth Rotation Service IGS International GNSS Service IONEX IONosphere map Exchange IP Internet Protocol IRNSS Indian Regional Navigational Satellite System ITRF International Terrestrial Reference Frame ITRS International Terrestrial Reference Frame LAAS Local Area Augmentation System MAC Master-Auxiliary Concept MSAS Multi-Functional Satellite Augmentation System MTSAT Multi-function Transport Satellite xxi

21 NAVSTAR NAVigation Satellite Timing And Ranging NGS SP3 National Geodetic Survey Standard Product # 3 NMEA National Maritime Electronics Association NTRIP Networked Transport of RTCM in Internet Protocol OTF On The Fly ambiguity resolution PDOP Position Dilution of Precision QZSS Japan s Quasi-Zenith Satellite System RINEX GPS Receiver INdependant EXchange format RTCM Radio Technical Commission for Maritime Services RTCM SC-104 Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committee 104 RTK Real Time Kinematic SA Selective Availability SBAS Satelite Based Augmentation Systems SPS Standard Positioning Service TCP/IP Transmission Control Program/Internet Protocol TDOP Time Dilution of Precision UERE User Equivalent Range Error UMTS Universal Mobile Telecommunications System VDOP Vertical Dilution of Precision VRS Virtual Reference Stations WAAS Wide Area Augmentation System WADGPS Wide Area DGPS WGS84 World Geodetic System 1984 ΓΣΑ Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς ΕΓΣΑ87 Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς 1987 ΕΕΠ Ελλειψοειδές εκ Περιστροφής ΙΤ Information Technology xxii

22 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 1.1 Γενικά Τις τελευταίες δεκαετίες, ο δορυφορικός εντοπισμός καλύπτει μεγάλο εύρος γεωδαιτικών και τοπογραφικών εφαρμογών και όχι μόνο. Η ανάγκη για αύξηση στην ακρίβεια προσδιορισμού θέσης οδήγησε τόσο στην εξέλιξη του εξοπλισμού όσο και στη διαφορετική μεθοδολογία μετρήσεων και την επεξεργασία των παρατηρήσεων. Ο Gerlach (1991) δήλωσε ότι η πιο σημαντική πρόσφατη πρόοδος στον τομέα της τηλεπισκόπησης ήταν η ανάπτυξη GPS. Προέβλεψε ότι οι περισσότερες υπάρχουσες μέθοδοι προσδιορισμού θέσης θα ήταν αξιόλογες, μόνο εάν αντικατασταθούν εξ ολοκλήρου από πιο ακριβείς μεθόδους GPS. Στην Δασολογική Επιστήμη η χρήση του GPS αποτελεί ένα πολύτιμο εργαλείο για την παρακολούθηση των εφαρμογών που σχετίζονται με την διαχείριση των δασικών οικοσυστημάτων και φυσικών πόρων. Αυτές οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τυπικές δραστηριότητες δασοκομίας όπως χαρτογράφηση, τοπογραφική μελέτη, απογραφή δασών, τοποθέτηση σημείων δειγματοληψίας, δημιουργία ψηφιακών μοντέλων εδάφους, εντοπισμό μηχανημάτων και δασεργατών κατά την συγκομιδή δασικών προϊόντων. Επίσης οι Jalinier και Courteau (1993) πρότειναν τη χρήση του GPS ως ένα γρήγορο, ακριβές και οικονομικό μέσο ανίχνευσης δασικών οδικών δικτύων. Ωστόσο, οι ακριβείς σχεδιασμοί, η διαχείριση και οι αποφάσεις λειτουργίας απαιτούν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την ακριβή τοποθεσία. Το κλειδί για τη λήψη δεδομένων GPS υψηλής ποιότητας είναι μια καθαρή θέα προς τον ουρανό και ένα ισχυρό σήμα χωρίς διακοπή από τουλάχιστον 4 δορυφόρους με ένα καλό γεωμετρικό μοτίβο σε οποιαδήποτε στιγμή. Δεδομένου ότι πολλές αποστολές χαρτογράφησης μπορεί να εκτελούνται σε λοφώδεις ή ορεινές περιοχές, κάτω από την κομοστέγη πυκνού δάσους ή από κινούμενο όχημα με δύσκολη τοπογραφία, η πρόσβαση στον απαιτούμενο αριθμό δορυφόρων μπορεί να κριθεί οριακή. Μια άλλη παρεμβολή στην λήψη του σήματος του GPS, που εμφανίζεται λόγω της παρουσίας της κομοστέγης και των κορμών των δασικών δέντρων μέσα σε ένα δασογενές περιβάλλον είναι η πολλαπλή διαδρομή (multipath) περίπτωση που το δορυφορικό σήμα φτάνει στην κεραία του δέκτη από δύο ή περισσότερα μονοπάτια (Liu και Brantigan, 1995) και αποτελεί μία από τις κύριες πηγές των σφαλμάτων στο δάσος. Έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για να ενισχυθεί η ακρίβεια προσδιορισμού θέσης σε δασογενή περιβάλλοντα αλλά ακόμα δεν έχουν ανταποκριθεί πλήρως στις απαιτήσεις των επιθεωρητών ή ερευνητών για την απόκτηση ακριβών συντεταγμένων μέσα σε δάση (Yoshimura, Hasegawa, 2006). Στην διεθνή κοινότητα πολλές είναι οι μελέτες που επικεντρώνουν την 1

23 ανάλυση τους σε αυτά τα επιπλέον σφάλματα, που δημιουργούνται από την παρουσία δασικής βλάστησης. Κύριος στόχος τους αποτελεί η βελτίωση της ακρίβειας στον προσδιορισμό θέσης που είναι διαθέσιμη μέσω του GPS σε δύσκολα περιβάλλοντα όπως τα δασικά. Ήδη από τη δεκαετία του 1990, εκτός από τις κλασσικές μεθόδους σχετικού στατικού εντοπισμού θέσης, άρχισε να αναπτύσσεται ραγδαία η χρήση τεχνικών RTK (Real Time Kinematic) με τη βοήθεια δικτύων μόνιμων σταθμών. Οι ερευνητές άρχισαν να αξιοποιούν τις παρατηρήσεις των σταθμών αυτών με στόχο τη μοντελοποίηση παραμέτρων και σφαλμάτων (τροχιακά σφάλματα, τροποσφαιρικές και ιονοσφαιρικές επιδράσεις), που επηρεάζουν τον προσδιορισμό θέσης με GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Κατά τη χρήση δικτυακών τεχνικών GNSS, ο χρήστης δε χρησιμοποιεί στοιχεία που προέρχονται από ένα μόνο σταθμό αναφοράς, αλλά και επιπλέον πληροφορία που προέρχεται από ενιαία επεξεργασία μετρήσεων από περισσότερους σταθμούς, οι οποίοι ανήκουν σε ένα δίκτυο. Η πληροφορία αυτή διατίθεται στον χρήστη σε μορφή που εξαρτάται από τη δικτυακή τεχνική που χρησιμοποιείται. Στην Ελλάδα λειτουργούν μόνιμα Δίκτυα Σταθμών Αναφοράς GPS από κρατικούς φορείς και ιδιωτικές εταιρείες. Στην παρούσα εργασία, γίνεται εφαρμογή της Single Base RTK (Real Time Kinematic) με χρήση των δικτύων μόνιμων σταθμών (GNSS) της εταιρείας της Metrica. 1.2 Καθορισμός προβλήματος Σε πρώτο στάδιο από την εξέταση της ακρίβειας προσδιορισμού συντεταγμένων σημείων του GPS δέκτη Leica GS09 GNSS με την εφαρμογή της τεχνικής Single Base RTK με δύο διαφορετικά ύψη κεραίας, σε πέντε διαφορετικές συνθήκες δασικού περιβάλλοντος με χρήση των δικτύων μόνιμων σταθμών (GNSS) της εταιρείας της Metrica, ανακύπτουν τα σφάλματα και τα μειονεκτήματα του εξεταζόμενου δέκτη GPS. Σε επόμενο στάδιο παρατίθονται περαιτέρω ερευνητικές προτάσεις με σκοπό να επιτυχγάνεται μεγαλύτερη ακρίβεια στον προσδιορισμό θέσης σε δύσκολα δασικά περιβάλλοντα. 1.3 Σκοπός της μεταπτυχιακής διατριβής Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η εκτίμηση της ακρίβειας αποτύπωσης με χρήση μόνιμων σταθμών αναφοράς και με εφαρμογή τη τεχνικής RTK σε δασογενή περιβάλλοντα. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού έγινε συνδυαστική χρήση μετρήσεων GPS και ηλεκτροοπτικού θεοδόλιχου ή (total station). Στον δέκτη GPS έγινε χρήση της τεχνικής Single- Base RTK και τα αποτελέσματα προήλθαν μέσα από το δίκτυο σταθμών GNSS της εταιρίας Metrica. 2

24 Οι επιμέρους στόχοι της εργασίας συνοψίζονται στα εξής θέματα: Σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την χρήση του GPS δέκτη Leica GS09 GNSS με τις συντεταγμένες που εξάγονται από τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TRC 407 του οποίου οι μετρήσεις θα λαμβάνονται ως αληθείς τιμές. η αξιολόγηση της ποιότητας θέσης και του PDOP συναρτήσει του αριθμού δορυφόρων 1.4 Δομή της εργασίας Στο κεφάλαιο 2 αναλύεται η συνεισφορά των πολλαπλών δορυφορικών συστημάτων στην βελτίωση ακρίβειας προσδιορισμού θέσης. Παράλληλα γίνεται μια προσπάθεια σφαιρικής αναφοράς των σφαλμάτων που επιφέρει η διασύνδεση των συστημάτων GNSS με ειδικότερη αναφορά στο σύστημα GPS. Επιπρόσθετα παραθέτονται ευρήματα μελετών σχετικά με την ακρίβεια αποτύπωσης του συστήματος GPS σε Δασογενή περιβάλλοντα. Τέλος γίνεται μία εισαγωγή στους μόνιμους σταθμούς αναφοράς στην Ελλάδα και ειδικότερα αναλύεται το δίκτυο μόνιμων σταθμών αναφοράς GNSS της εταιρίας Metrica, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα. Στο κεφάλαιο 3 παραθέτονται θεωρητικά στοιχεία και πληροφορίες για την ευρύτερη περιοχή μελέτης χωρίς να παραλείπεται μια ιδιαίτερη περιγραφή των ειδικών συνθηκών που επικρατούν στα επιμέρους περιβάλλοντα μέτρησης και αποτύπωσης. Μετά από μια αναλυτική περιγραφή της διαδικασίας των μετρήσεων, γίνεται ειδική αναφορά στα τοπογραφικά όργανα, τα προγράμματα και την τεχνική που εφαρμόστηκε. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα της έρευνας όπως αυτές καταγράφονταν από τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 2,00μ. και 4,00μ. με τις συντεταγμένες που προέκυπταν από τη χρήση του γεωδαιτικού σταθμού Leica TCR 407 οι οποίες και λαμβάνονταν ως ορθές τιμές. Κύριος στόχος είναι η σύνοψη και η αξιολόγηση των συμπερασμάτων που προκύπτουν από την επεξεργασία και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων αρχικά στο ίδιο περιβάλλον μέτρησης και για διαφορετικό ύψος στυλεού δέκτη GPS και σε επόμενο στάδιο στα διάφορα περιβάλλοντα μέτρησης και για το ίδιο ύψος στυλεού δέκτη GPS. Τέλος στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα από τα οποία προκύπτουν συγκεκριμένες προτάσεις για την βελτίωση της ακρίβειας αποτύπωσης σε δύσκολα δασογενή περιβάλλοντα. Επιπρόσθετα γίνεται αναφορά των βιβλιογραφικών πηγών που χρησιμοποιήθηκαν στην σύνταξη του κειμένου καθώς και παράρτημα με φωτογραφικό υλικό. 3

25 2. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΣΗΣ ΜΕ GPS ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΧΡΟΝΟ-ΜΟΝΙΜΑ ΔΙΚΤΥΑ RTK-GPS 2.1 Πoλλαπλά Συστήματα Εντοπισμού GNSS Γενικά Ο όρος Παγκόσμιο Δορυφορικό Σύστημα Πλοήγησης GNSS (Global Navigation Satellite Systems) είναι ο γενικός όρος για τα δορυφορικά συστήματα πλοήγησης που παρέχουν αυτόνομο προσδιορισμό θέσης παγκοσμίως. Ένα GNSS ορίζεται από έναν αστερισμό δορυφόρων σε τροχιά που συνεργάζονται με ένα δίκτυο επίγειων σταθμών ελέγχου και δέκτες όπου υπολογίζουν τις θέσεις εδάφους. Οι δέκτες GNNSS καθορίζουν τη θέση χρησιμοποιώντας τα δεδομένα χρονισμού και τοποθέτησης που κωδικοποιούνται στα σήματα από το διάστημα. Η παγκόσμια κάλυψη μπορεί να επιτευχθεί μέσω ενός συστήματος δορυφόρων αποτελούμενη από 20 εώς 30 δορυφόρους μεσαίας τροχιάς (ΜΕΟ). Κάθε δορυφόρος τοποθετείται μεταξύ αρκετών τροχιακών επιπέδων. Τα υπάρχοντα συστήματα ποικιλλούν, αλλά καθόρισαν εντελώς τις κλίσεις της τροχιάς σε > 50 και τις περιόδους τροχιάς τους σε περίπου 12 ώρες σε υψόμετρο χιλιομέτρων. ( Ημερομηνία επίσκεψης ). Οι δορυφόροι πλοήγησης ασχολούνται με την αρχή της τριπλασιασμού. Η θέση ενός αντικειμένου καθορίζεται από το γεωγραφικό πλάτος του, το γεωγραφικό μήκος του σφαιροειδούς και το ύψος του πάνω από το επίπεδο της μέσης θάλασσας. Εάν κατά τη στιγμή της μέτρησης είναι γνωστή η στιγμιαία θέση τριών δορυφόρων και είναι γνωστή η απόσταση του σημείου μέτρησης από καθέναν από αυτούς τους τρεις δορυφόρους, τότε το γεωγραφικό πλάτος, το γεωγραφικό μήκος και το ύψος του σημείου μπορούν να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας απλό τύπο απόστασης. Στην πράξη, απαιτείται ένας τέταρτος δορυφόρος για να προσαρμοστεί για τις προκαταλήψεις του χρονισμού. ( Ημερομηνία επίσκεψης ). Η Διεθνής Οργάνωση Πολιτικής Αεροπορίας ICAO (International Civil Aviation Organization) κατά το δέκατο (10) συνέδριο αεροναυτιλίας το 1991, αναγνώρισε ότι τα αυτόνομα συστήματα πλοήγησης του 21 ου αιώνα θα πρέπει να διέπονται από τα παγκόσμια συστήματα πλοήγησης GNSS, συνέπεια του οποίου ήταν η εφεύρεση του όρου. Είναι ευρέως αποδεκτό ότι τα GNSS περιλαμβάνουν κάτι περισσότερο από το δορυφορικό προσδιορισμό θέσης. Σημαντικά χαρακτηριστικά τους εκτός από την ακρίβεια είναι η ακεραιότητα, η διαθεσιμότητα και η 4

26 συνεχόμενες υπηρεσίες (Seeber, 2003). Η ακρίβεια αναφέρεται στη διαφορά μεταξύ της μετρημένης κα της πραγματικής θέσης, της ταχύτητας ή του χρόνου του δέκτη. Η ακεραιότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός συστήματος να παρέχει όρια εμπιστοσύνης καθώς και συναγερμούς σε περίπτωση που προκύψουν ανωμαλίες στα δεδομένα θέσης. Η συνέχεια αφορά την ικανότητα του συστήματος πλοήγησης να λειτουργεί χωρίς διακοπή. Η διαθεσιμότητα αναφέρεται στο ποσοστό του χρόνου κατά το οποίο το σήμα πληροί τα κριτήρια ακριβείας, ακαιρεότητας και συνέχειας. Ο ορισμός κατά συνέπεια που δόθηκε για τα GNSS συστήματα από τη Διεθνής Οργάνωση Πολιτικής Αεροπορίας (ICAO 2005) είναι: Το GNSS είναι ένα παγκόσμιας κλίμακας σύστημα προσδιορισμού θέσης και σύστημα χρονικού προσδιορισμού το οποίο περιλαμβάνει έναν ή περισσότερους δορυφόρους, δέκτες αεροσκαφών, συστήματα έλεγχου ακεραιότητας που αυξάνονται ανάλογα με τις ανάγκες για να υποστηρίξουν την απαραίτητη απόδοση στην πλοήγηση. Το GNSS είναι ένα δορυφορικό σύστημα που χρησιμοποιείται για τον ακριβή προσδιορισμό της γεωγραφικής θέσης ενός χρήστη δέκτη οπουδήποτε πάνω στη γη. (Bhatta, 2008) Επί του παρόντος, το αμερικάνικο NAVSTAR GPS (NAVigation Sateliite Timing And Ranging, Global Positioning System) ή απλά το GPS, είναι το μοναδικό μέχρι σήμερα πλήρως επιχειρησιακό παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα προσδιορισμού θέσης χρόνου και ταχύτητας. Το σύστημα αναπτύχθηκε στην δεκαετία του 1980 και βρίσκεται υπό τον έλεγχο του Υπουργείο Άμυνας ΥΠΑ. Πρόκειται για ένα στρατιωτικό και πολιτικό σύστημα με πρωταρχικό σκοπό την κάλυψη των στρατιωτικών και στην συνέχεια και πολιτικών αναγκών πλοήγησης. Το αντίστοιχο ρωσικό σύστημα GLONΑSS (Global Navigation Satellite System) είναι στο στάδιο της αποκατάστασης και για το λόγο αυτό δεν έχει τύχει ακόμα της ίδιας ευρείας αποδοχής και χρήσης όπως το GPS. Όσον αφορά την ευρωπαική Ένωση έχει αναπτύξει το πρώτο δορυφορικό σύστημα εντοπισμού θέσης και πλοήγησης για πολιτική χρήση το οποίο περιλαμβάνει το ήδη σε λειτουργία σύστημα EGNOS (European Geostanionary Navigation Overlay System) και το σύστημα GALLILEO. Παράλληλα η Λαϊκή Δημοκρατία της Κίνας προχωράει από το 2010 στην επέκταση του τοπικού συστήματος BEIDOU, με την προοπτική αυτό να εξελιχθεί στο παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού COMPASS (πυξίδα). Αξιόλογες ενέργειες προς την ανάπτυξη των τοπικών συστημάτων τους έχουν σημειωθεί και από την Ινδία με το ινδικό Περιφερειακό δορυφορικό σύστημα πλοήγησης IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) και η Ιαπωνία με το σύστημα QZSS (Japan s Quasi-Zenith Satellite System). 5

27 2.1.2 Κυριότερα χαρακτηριστικά ιδιαιτερότητες και εξέλιξη των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης. Κατά την εξέταση ενός δορυφορικού σύστηματος οφείλει κανείς να αναφερθεί στα επιμέρους τμήματα που το απαρτίζουν. Κάθε ένα από τα συστήματα αυτά αποτελείται κυρίως από τα εξής τμήματα: Δορυφορικό τμήμα: αποτελείται από το σύνολο των δορυφόρων που έχουν τεθεί σε τροχιά γύρω από την γή, λαμβάνουν τα σήματα και περέχουν τα δεδομένα στους χρήστες. Οι τροχιές στις οποίες μπορεί να τεθεί ένας δορυφόρος είναι σε συγκεκριμένα υψόμετρα. Μέχρι το υψόμετρο των 2000χλμ. είναι η χαμηλή γήινη τροχιά (LEO Low Earth Orbit). Από υψόμετρο 5000χλμ. μέχρι 12000χλμ. η μεσαία γήινη τροχιά (ΜΕΟ-Medium Earth Orbit). Τέλος οι δορυφόροι που έχουν τεθεί σε γεωστατική τροχιά (GEO-GΕstationary Orbit), βρίσκονται σε επίπεδο παράλληλο του ισημερινού και σε υψόμετρο χλμ. Επίγειο Τμήμα Ελέγχου: είναι υπεύθυνο για το έλεγχο, την ανάπτυξη και την συντήρηση του συστήματος. Παρακολουθεί και υποστηρίζει τους δορυφόρους στο διάστημα, υπολογίζει τις δορυφορικές τροχιές και τις παραμέτρους διόρθωσης του δορυφορικού χρόνου και των εφημερίδων. Μεταβιβάζει μέσω κεραιών τηλεπικοινωνίας ενημερώσεις ουσιαστικές για το καθορισμό της θέσης, της ταχύτητας και του χρόνου (Position, velocity, and time PVT) του χρήστη. Επίσης παρέχει προστασία των υπηρεσιών από μη εξουσιοδοτημένους χρήστες και κρυπτογράφηση των δεδομένων. Τμήμα χρηστών: αποτελείται από αποδέκτες οι οποίοι αποκωδικοποιούν τα λαμβανόμενα σήματα από τους δορυφόρους ( Εικόνα Τα τμήματα του δορυφορικού συστημάτος πλοήγησης GPS (Πηγή: Ημερομηνία επίσκεψης ) 6

28 Τα τμήματα αυτά είναι σχεδόν παρόμοια σε όλες τις τεχνολογίες, οι οποίες μαζί συνθέτουν το GNSS. Η κύρια τεχνολογία όμως στην οποία βασίστηκε το πρώτο σύστημα GNSS 1 ήταν του GPS GLONASS. Το GPS σήμερα είναι σε πλήρη λειτουργία ενώ το GLONASS έχει αναζωογονηθεί και είναι πλήρως λειτουργικό. Επιπλέον, τόσο το GPS, όσο και το GLONASS εκσυχρονίζονται. (Cai και Gao 2015). Εικόνα Πορεία εξέλιξης των GNSS (Πηγή: Ghiron et al, Ημερομηνία επίσκεψης ) Η εξέλιξη του συστήματος GNSS 1 πρόκειται δηλαδή για τον συνδυασμό υφιστάμενων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης σε συνδυασμό με επαυξημένα συστήματα ή αλλιώς συστήματα εκπομπής διορθωτικών σημάτων βασισμένα στους δορυφόρους (Satellite Based Augmentation Systems-SBAS) ή βασισμένα σε επίγεια συστήματα (Ground Based Augmentation Systems GBAS, τα οποία σχεδιάστηκαν ειδικά για πλοήγηση αεροσκαφών για την προσέγγισή τους προς το αεροδρόμιο). (Αργυροπούλου, 2011). Το ρωσικό σύστημα GLONASS παρουσιάζει πολλές ομοιότητες τόσο στο τρόπο λειτουργίας όσο και στα χαρακτηριστικά του με το GPS. Οι αρχικές αξιώσεις του απαιτούσαν ένα πλήρες λειτουργικό σύστημα μέχρι το Ωστόσο, λόγω των αποτυχιών εκτόξευσης και των χαρακτηριστικών συνθηκών ζωής των δορυφόρων, δεν ολοκληρώθηκε η επέκταση του σχεδιασμένου δορυφορικού σχήματος. Δυστυχώς, ο πλήρης αστερισμός ήταν σύντομος σε ζωή. Οι οικονομικές δυσκολίες της Ρωσίας μετά την αποσυναρμολόγηση της Σοβιετικής Ένωσης βλάπτουν το GLONASS. Με την αποκατάσταση της πολιτικής και οικονομικής σταθερότητας στην Ρωσία το GLONASS ξαναγεννήθηκε. Οι Ρώσοι εκδίδουν ένα έγγραφο ελέγχου διασύνδεσης (Interface Control Document - ICD), παρόμοιο σε δομή με το Navstar GPS Space Segment / Navigation User Interfaces ICD-GPS-200, το οποίο αναφέρεται στην περιγραφή του σύστηματος, τα εξαρτήματά του, τη δομή του σήματος και του μηνύματος πλοήγησης που προορίζεται για πολιτική χρήση. Η τελευταία έκδοσή του δημοσιεύθηκε το 2016, αλλά μέχρι στιγμής αυτή η 7

29 έκδοση είναι διαθέσιμη μόνο στα ρωσικά. ( - navigation-satellite-system-gnss. Ημερομηνία επίσκεψης ) To σήμα του συστήματος GLONASS παρέχεται με την τεχνική FDMA (Freqeuency Divition Multiple Access) η οποία συνίσταται στην αντιστοίχιση κάθε δορυφόρου με μια συγκεκριμένη φέρουσα συχνότητα. Το κύριο πλεονέκτημα της FDMA σε σύγκριση με την CDMA (Code Division Multiple Access) είναι ότι εγγυάται το διαχωρισμό του σήματος αφού μεταδίδεται σε μια διαφορετική συχνότητα. Επίσης αυξάνει την πολυπλοκότητα και το κόστος για την κεραία και το δέκτη καθώς απαιτούνται διάφορα φίλτρα διέλευσης ζώνης και βαθμονόμησης. Αν και ο δορυφορικός σχηματισμός χρησιμοποιεί την τεχνική FDMA στην νέα γενιά δορυφόρων συμπεριλαμβάνεται και ένα σήμα CDMA. ( Ειδικά για το GLONASS, ο τρόπος πρόσβασης πολλαπλών προσπελάσεων (CDMA), που είναι συνεπής με άλλα GNSS και είναι βολικός για την επίλυση ασάφειας με ακέραιο αριθμό (Cai και Gao 2015), θα αλλάξει τη λειτουργία πρόσβασης πολλαπλής πρόσβασης διαίρεσης συχνότητας (FDMA). To σύστημα EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), δηλαδή η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Υπέρθεσης για την Γεωστατική Πλοήγηση, είναι η μεγάλη συμβολή της Ευρώπης στις τρέχουσες διαπεριφερειακές, διαλειτουργικές υπηρεσίες επέκτασης της λειτουργίας των GNSS πρώτης γενιάς (GNSS Augmentation Systems) και συνιστά ένα καθοριστικό βήμα για την υλοποίηση του Galileo. Galileo ονομάζεται το ευρωπαϊκό σύστημα δορυφορικής ραδιοπλοήγησης και είναι το πρώτο δορυφορικό σύστημα εντοπισμού θέσης και πλοήγησης που σχεδιάστηκε για πολιτική χρήση. Δρομολογήθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή και αναπτύχθηκε από κοινού με την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ΕΥΔ) με στόχο να προσφέρει στην Ευρωπαϊκή Ένωση τεχνολογική ανεξαρτησία από το αμερικανικό σύστημα GPS και το ρώσικο GLONASS. Εκμεταλλευόμενο την τεχνογνωσία των προκατόχων του, το σύστημα GALILEO είναι ένα φιλόδοξο διαστημικό πρόγραμμα, περισσότερο τεχνολογικά προηγμένο, καλύτερων επιδόσεων, ασφαλέστερο και με ένα πολύ ευρύτερο πεδίο εφαρμογών. Θα παρέχει πέντε επίπεδα υπηρεσιών ελεύθερης ή περιορισμένης πρόσβασης, με μικρότερο βαθμό ακριβείας, με χρέωση ή χωρίς. Είναι σημαντικό ωστόσο να αναφερθεί πως αν το σύστημα GALILEO από μόνο του αποδεικνύεται πολύ λειτουργικό και αποδοτικό, ο σχεδιασμός του να είναι συμβατό με το GPS είναι υψίστης σημασίας, αφού διπλασιάζεται ο αριθμός των διαθέσιμων δορυφόρων και έτσι επιτυγχάνεται πολύ καλή ακρίβεια και αξιοπιστία για οποιονδήποτε χρήστη σε οποιαδήποτε περιοχή πάνω στη γη. (Κατσιγιάννη, 2011). 8

30 Τέσσερις δορυφόροι επικύρωσης (IOV) έχουν ξεκινήσει με επιτυχία και βρίσκονται σε τροχιά. Επί του παρόντος, η φάση IOV είναι κλειστή και πρόκειται για μια φάση μετάβασης σε πλήρη λειτουργία (FOC). Ο πλήρης αστερισμός του Galileo θα αποτελείται από 30 δορυφόρους σε τρία τροχιακά επίπεδα, συμπεριλαμβανομένων τριών εναλλακτικών σε τροχιά (Montenbruck et al., 2014). Οι βασικές υπηρεσίες πλόηγησης θα είναι δωρεάν. Το Galileo προορίζεται να παρέχει μετρήσεις οριζόντιας και κάθετης θέσης με ακρίβεια 1 μέτρου και καλύτερες υπηρεσίες εντοπισμού θέσης σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη από άλλα συστήματα εντοπισμού θέσης. Το σύστημα GPS είναι ένα στρατιωτικό και πολιτικό σύστημα που από το 1995 είναι πλήρως λειτουργικό και έχει ολοκληρώσει τους αρχικούς του στόχους, δηλαδή την κάλυψη των στρατιωτικών και στη συνέχεια και πολιτικών αναγκών πλοήγησης. Αρχικά σχεδιάστηκε για την κάλυψη των αναγκών της ναυσιπλοΐας και για στρατιωτικούς σκοπούς, με αρχικό στόχο ακρίβειας ± 10-15μ. στο προσδιορισµό θέσης, σε πραγµατικό χρόνο. Γρήγορα όµως έγινε αντιληπτό ότι θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί σε ακριβέστερους υπολογισµούς και επεκτάθηκε η χρήση του και σε γεωδαιτικές εφαρµογές. Το GPS στην ουσία κάλυψε ένα πραγµατικό κενό που υπήρχε στον τοµέα του προσδιορισµού θέσης. Η βασική αρχή στην οποία στηρίζεται είναι ο προσδιορισµός θέσης µε την µέτρηση τεσσάρων «ψευδοαποστάσεων» µεταξύ του παρατηρητή και του δορυφόρου. Το σήμα ενός δορυφόρου, σχηματίζει πάνω στη Γη μόνο έναν νοητό κύκλο, διαμέτρου πολλών δεκάδων χιλιομέτρων. Ο χρήστης ενός δέκτης GPS μπορεί να βρίσκεται οπουδήποτε πάνω στη διάμετρο αυτού του κύκλου, κάτι φυσικά που δεν διασαφηνίζει με καμία απολύτως ακρίβεια το στίγμα του. Με τη λήψη του σήματος από έναν δεύτερο δορυφόρο, δημιουργείται ένας ακόμα κύκλος, ο οποίος σε κάποια τμήματά του τέμνεται με τον πρώτο κύκλο που εξετάσαμε παραπάνω. Εδώ τα πράγματα αρχίζουν να ξεκαθαρίζουν, αλλά όχι όσο θα θέλαμε. Η θέση μας πάνω στη Γη βρίσκεται σε κάποιο από τα σημεία όπου ενώνονται οι δύο νοητοί κύκλοι, ωστόσο πρόκειται και πάλι για μια αόριστη προσέγγιση. Θα χρειαστεί και το σήμα ενός τρίτου δορυφόρου, για να δημιουργηθεί ένας ακόμα κύκλος, ο οποίος θα τέμνεται με τους άλλους δύο, ώστε να εντοπιστεί με υψηλή ακρίβεια η θέση μας. Το σημείο όπου τέμνονται και οι τρεις κύκλοι έχει τώρα πολύ μικρή έκταση και εκεί ακριβώς βρισκόμαστε εμείς. Όπως διαπιστώνει κανείς, αρκεί η σύνδεση ενός δέκτη με τρεις δορυφόρους προκειμένου να λάβουμε τις ακριβείς πληροφορίες που χρειαζόμαστε 9

31 Εικόνα Προσδιορισμός Θέσης με GPS (Πηγή: Ημερομηνία επίσκεψης ) Για τον προσδιορισµό της θέσης ενός σηµείου άγνωστων συντεταγµένων στο χώρο αρκούν οι µετρήσεις των αποστάσεων από τρία σηµεία γνωστών συντεταγµένων (πλευρική οπισθοτοµία στον χώρο), συνεπώς θα αρκούσαν και τρεις δορυφόροι για τον προσδιορισµό της θέσης ενός σηµείου στο σύστηµα αναφοράς των δορυφόρων. Ωστόσο στην πραγματικότητα, για την αποφυγή τυχών σφαλμάτων και αποκλίσεων, ένας δέκτης GPS συνδέεται με 5 δορυφόρους, δημιουργώντας ισάριθμους νοητούς κύκλους. Έτσι, η πιθανότητα λανθασμένου εντοπισμού του στίγματός μας κυριολεκτικά εκμηδενίζεται. Για τον λόγο αυτό η σχεδίαση των τροχιών των δορυφόρων έγινε µε τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δυνατή η παρατήρηση 4 τουλάχιστον δορυφόρων από οποιοδήποτε σηµείο της Γης για κάθε χρονική στιγµή. Ο λόγος που απαιτούνται τουλάχιστον τέσσερις δορυφόροι (αποστάσεις) είναι για προσδιορίσουµε τη διαφορά ανάµεσα στη ένδειξη του χρονομέτρου του χρήστη και την ένδειξη του χρονομέτρου του δορυφόρου, ακριβώς για αυτό τον λόγο της ύπαρξης αυτού του σφάλµατος χρησιµοποιούµε και τον όρο «ψευδό απόσταση». 10

32 Εικόνα Τρόπος λειτουργίας GPS (Πηγή: Ημερομηνία επίσκεψης ) Στο σημείο αυτό αξίζει ιδιαίτερα να τονιστεί ο σημαντικός ρόλος που διαδραματίζει η σωστή λειτουργία των χρονομέτρων που διαθέτουν τόσο οι δέκτες GPS, όσο και οι δορυφόροι. Σφάλμα ακόμα και ενός δεκάτου του δευτερολέπτου κατά τη μέτρηση του χρόνου που απαιτείται για την επικοινωνία μεταξύ δέκτη και δορυφόρου, θα δώσει εξαιρετικά ανακριβείς πληροφορίες. Για τον λόγο αυτό, στα χρονόμετρα χρησιμοποιείται η τελευταία λέξη της τεχνολογίας, ενώ παράλληλα χρησιμοποιούνται όλες οι απαραίτητες μέθοδοι για τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας τους. Αν ποτέ παρατηρηθεί ότι το χρονόμετρο κάποιου δορυφόρου παρεκκλίνει, αυτός θα τεθεί άμεσα εκτός λειτουργίας και θα αντικατασταθεί με έναν από τους εφεδρικούς. Οι επιπρόσθετες πρόοδοι της τεχνολογίας και οι νέες απαιτήσεις από το υπάρχον σύστημα, οδήγησαν στην προσπάθεια εκσυγχρονισμού του, για τη βελτίωση των τριών επιμέρους τμημάτων του. Το αποτέλεσμα αυτής της προσπάθειας, μέσω ενός φιλόδοξου προγράμματος εκμοντερνισμού (GPS modernization programme), θα είναι το λεγόμενο GPS 3ης γενιάς (GPS III). Το πρόγραμμα εκσυγχρονισμού περιλαμβάνει νέους σταθμούς εδάφους και νέους δορυφόρους, με επιπρόσθετα σήματα πλοήγησης και για τους πολιτικούς και στρατιωτικούς σκοπούς, και στοχεύει να βελτιώσει την ακρίβεια και τη διαθεσιμότητα για όλους τους χρήστες διατηρώντας την συμβατότητα με τον ήδη υπάρχοντα εξοπλισμό GPS των χρηστών. (Κατσιγιάννη, 2011). Οι δορυφόροι του συστήµατος G.P.S. εκπέµπουν σε δύο φέρουσες συχνότητες (carrier frequencies), την L1 και L2, που παράγονται από την θεµελιώδη συχνότητα των 10,23 MHz L1: 154 x 10,23 MHZ = 1575,42 MHz ( 19,05 cm) 11

33 L2 : 120 x 10,23 MHZ = 1227,60 MHz ( 24,45 cm) Η διαµόρφωση των φερουσών συχνοτήτων L1 και L2 (εκπεµπόµενων σηµάτων) γίνεται µε τον λεγόµενο κώδικα PRN (Pseudo Random Noise Code), ο οποίος αποτελείται από µια σειρά από +1 και -1 που µοιάζει τυχαία. Συγκεκριµένα υπάρχουν διαθέσιµοι τρεις κώδικες, οι P, C/A και D. α) Ο πρώτος κώδικας ονοµάζεται Ρ ακριβής κώδικας (Precision code), έχει συχνότητα ίση µε την θεµελιώδη f=10.23 MHz, µήκος παλµού 30 m και επαναλαµβάνεται κάθε περίπου 267 ηµέρες. Ο κώδικας P µεταδίδεται τόσο µε την L1 όσο και µε την L2 (λαµβάνεται δηλαδή και στις δύο συχνότητες). β) Ο δεύτερος κώδικας ονοµάζεται κώδικας C/A (Coarse/acquisition code), είναι πολύ χαµηλότερης ακρίβειας από τον Ρ (10 φορές χαµηλότερη), έχει συχνότητα f=1,023 MHz και επαναλαµβάνεται κάθε 1 msec. Διαµορφώνεται και κατά συνέπεια µεταδίδεται µόνο στη συχνότητα L1. γ) Ο τρίτος κώδικας ονοµάζεται κώδικας D (Data code) ή και µήνυµα πλοήγησης (navigation message). Αποτελείται από µια σειρά από bits και έχει συχνότητα 50 Hz ενώ παρέχει πληροφορίες για το χρόνο εκποµπής του σήµατος από το δορυφόρο σε κάθε χρονική στιγµή, για τις διορθώσεις στις ατµοσφαιρικές καθυστερήσεις των δορυφορικών χρονοµέτρων, για τα στοιχεία τροχιάς των δορυφόρων κ.λπ. Οι δύο πρώτες λέξεις κάθε τµήµατος είναι οι: α) TLM (Telemetry) που περιέχει ένα δείγµα συγχρονισµού µε το οποίο διευκολύνεται η πρόσβαση στα στοιχεία της πλοήγησης και β) HOW (Hand Over Word) που περιέχει στοιχεία για την µετάβαση στον κώδικα P και είναι απαραίτητο για τον άµεσο εντοπισµό του µέρους του P κώδικα που λαµβάνει ο δέκτης. Η δοµή των τριών block που περιλαµβάνονται στο σήµα ναυτιλίας φαίνονται στην εικόνα και αναλυτικά περιλαµβάνουν: 12

34 Εικόνα Δυαδική μορφή των κωδικών P και C/Α 1. Το block I περιλαµβάνει το πρώτο τµήµα και περιέχει πληροφορίες για την συµπεριφορά του χρονοµέτρου του δορυφόρου. 2. Το block IΙ περιλαµβάνει τα τµήµατα 2 και 3 και περιέχει τις παραµέτρους που χρησιµεύουν για τον υπολογισµό των τροχιών των δορυφόρων. 3. Το block IΙΙ περιλαµβάνει τα τµήµατα 4 και 5 και περιέχει στοιχεία για την συµπεριφορά του χρονοµέτρου, τις εφηµερίδες όλων των δορυφόρων του συστήµατος GPS και στοιχεία για την ιονοσφαιρική διόρθωση. Το µεγαλύτερο τµήµα του αφορά πληροφορίες για εξουσιοδοτηµένους χρήστες. Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει τα κύρια χαρακτηριστικά των σημερινών και μελλοντικών γενεών των δορυφόρων GPS, συμπεριλαμβανομένων των σειρών Block IIΑ (2 ης γενιάς, Advanced ), Block IIR ( Replenishment ), Block IIR ((M) Modernized ), Block ΙΙF ( Follow-on ) και GPS III. ( Ημερομηνία επίσκεψης ) Όσον αφορά την εξέλιξη στο σήμα του GPS, η κυβέρνηση των ΗΠΑ ενέκρινε την προσθήκη δύο επιπλέον πολιτικών σημάτων για ορισμένες μη στρατιωτικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα ένα δεύτερο πολιτικό σήμα στη συχνότητα GPS L2 που ορίστηκε ως L2C στη συχνότητα 1.227,60 MHz για την κάλυψη υψηλότερης ακρίβειας. Ένα τρίτο πολιτικό σήμα, που ορίζεται ως L5 στα 1.746,45 MHz για την κάλυψη των αναγκών των κρίσιμων εφαρμογών, όπως η πολιτική αεροπορία. Στους δορυφόρους της σειράς GPS III, η οποία βρίσκεται υπό ανάπτυξη, θα προστεθεί ένα τέταρτο πολιτικό σήμα, που ορίζεται ως L1C. Θα είναι κοινό με άλλα συστήματα εντοπισμού GNSS, όπως το Ευρωπαϊκό Δορυφορικό Σύστημα Πλοήγησης Gallileo και πιθανώς το ρωσικό GLONASS. 13

35 Πίνακας Δορυφορικό τμήμα GPS. (Πηγή: Σήµερα περιστρέφονται γύρω από τη Γη περίπου 31 δορυφόροι των σειρών BLOCK II, IIΑ και ΙΙR µε τους τελευταίους να τείνουν να αντικαταστήσουν τους προηγούµενους. Οι δορυφόροι είναι ισοκατανεµηµένοι σε 6 τροχιακά επίπεδα που σχηµατίζουν γωνία 60 ο µεταξύ τους και καθένα από αυτά σχηµατίζει γωνία κλίσης (inclination) 55 ο µε το επίπεδο του ισηµερινού της Γης (Εικόνα & ). Από τους 27 αυτούς δορυφόρους οι 24 είναι οι άµεσα χρησιµοποιήσιµοι ενώ οι υπόλοιποι 3 βρίσκονται σε εφεδρεία ώστε να αντικαταστήσουν τους προηγούµενους σε περιπτώσεις δυσλειτουργίας ή/και βλάβης. Η περίοδος περιστροφής του κάθε δορυφόρου είναι 12 ώρες σε αστρικό χρόνο. Αυτό σηµαίνει ότι οι δορυφόροι εµφανίζονται επάνω από τον ορίζοντα ενός τόπου περίπου 4 min νωρίτερα κάθε ηµέρα 14

36 . Εικόνα Δορυφορικός σχηματισμός του συστήματος GPS (Πηγή: Οι δορυφόροι βρίσκονται σε σχεδόν κυκλική τροχιά (στην πραγµατικότητα ελλείψεις µε µέγιστη εκκεντρότητα e=0.015), περιστρέφονται σε ύψος ~20200χλμ.και σε κάθε ένα από τα έξι τροχιακά επίπεδα βρίσκονται τέσσερεις δορυφόροι. Ο σχεδιασµός του δορυφορικού σχηµατισµού του συστήµατος GPS επιτρέπει στον χρήστη να «βλέπει» πάντα µεταξύ πέντε και οκτώ δορυφόρων από οποιοδήποτε σηµείο πάνω στη Γη. Η σχεδιασµένη διάρκεια ζωής κάθε δορυφόρου είναι 7,5 χρόνια. Εικόνα Δορυφορικός σχηματισμός του συστήματος GPS. 15

37 Οι επιδόσεις των Παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης συνεχώς βελτιώνονται με την παράλληλη ανάπτυξη και εξέλιξη με ραγδαίους ρυθμούς περιφερειακών δορυφορικών συστημάτων επεκτάσεως (SBAS) (Satellite Based Augmentation System) τα οποία στοχεύουν σε μεγαλύτερη και εγκυρότερη ακρίβεια των σημάτων προσδιορισμού θέσης, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με την εμβέλεια, την ακεραιότητα και την διόρθωση του GEO (γεωστατικοί δορυφόροι). Κύριος στόχος τους είναι η διασφάλιση της ακρίβειας, της ακεραιότητας και της διαθεσιμότητας βασικών σημάτων GNSS και συνεπώς την αύξηση ολοένα και περισσότερο της αξιοπιστίας των συστημάτων πλοήγησης. Οι κυριότερες δυσκολίες που παρουσιάζονται και τα SBAS συστήματα δύναται να υπερνικήσουν είναι η κυρίως η έλλειψη μηνύματος συναγερμού μεταδιδόμενο με κάθε μέσο σε περιπτώσεις λειτουργικής βλάβης ενός δορυφόρου πλοήγησης ή αποστολής εσφαλμένων - ανακριβών δεδομένων. Τα διαθέσιμα SBAS συστήματα αποτελούνται από ένα δίκτυο σταθμών αναφοράς εδάφους με ακρίβεια, που είναι ευρέως διασκορπισμένοι, σε όλη την γεωγραφική περιοχή που πρέπει να καλυφθεί, για να δέχονται και να επεξεργάζονται δορυφορικά σήματα. Στην συνέχεια τα δορυφορικά δεδομένα (σφάλματα GNSS) αποστέλλονται από τους σταθμούς αναφοράς εδάφους στους κεντρικούς σταθμούς. Αυτοί λειτουργούν ως υπολογιστικό κέντρο ελέγχου, το οποίο υπολογίζει διαφορικές διορθώσεις και μηνύματα ακεραιότητας καθορίζει τα υπολειπόμενα σφάλματα και τις ιονοσφαιρικές πληροφορίες για κάθε επιτηρούμενο δορυφόρο καθώς και δημιουργεί την Γεωστατική Γήινη τροχιά (GEO). Οι πληροφορίες αυτές αποστέλλονται σε έναν Ground Earth Station (GES) και αναρτώνται μαζί με το GEO πλοήγησης στους δορυφόρους GEO. Οι δορυφόροι GEO μεταδίδουν ακεραιότητα, δεδομένα διόρθωσης και σήματα εντοπισμού σε δέκτες GPS / SBAS 16

38 Εικόνα Λειτουργία του συστήματος SBAS (Πηγή: mg:caesrwij) Ουσιαστικά αυτοί οι σταθμοί εκτελούν μετρήσεις από τους δορυφόρους πλοήγησης και μεταδίδουν αυτές τις μετρήσεις σε ένα κέντρο ελέγχου που αξιολογεί την ακρίβεια των υπηρεσιών εντοπισμού θέσης που παρέχουν τα συστήματα πλοήγησης (Samama, 2008). Από όλα τα συστήματα SBAS παγκοσμίως, τρία λειτουργούν ήδη (EGNOS, WAAS, MSAS), τρία εκτελούνται (GAGAN, SDCM, SNAS) ενώ άλλα βρίσκονται σε μελέτες σκοπιμότητας, όπως συμβαίνει με την SACCSA. Ειδικότερα: Στην Ευρώπη, η ανάπτυξη της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Επικάλυψης Γεωστατικής Πλοήγησης (European Geostationary Navigation Overlay Service) ή το γνωστό ως σύστημα EGNOS προέκυψε από τριμερή συμφωνία μεταξύ της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA- European Space Agency), της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (ΕΚ) και του Eurocontrol, του Ευρωπαϊκού Οργανισμού για την Ασφάλεια της Αεροναυτιλίας. (European Organization for the Safety of Air Navigation). Το EGNOS θα καλύψει την περιοχή της Ευρωπαϊκής Διάσκεψης Πολιτικής Αεροπορίας (ECAC-European Civil Aviation Conference). Αποτελείται από τρεις γεωστατικούς δορυφόρους, 34 επίγειους σταθμούς και 4 κέντρα ελέγχου, όλα σε σύνδεση μεταξύ τους. Αυξάνει (Φωτίου & Πικριδάς, 2006) μέσω εκπομπής διορθώσεων και σχετικών πληροφοριών των δορυφορικών σημάτων την ακρίβεια του Αμερικάνικου δορυφορικού συστήματος πλοήγησης GPS και το καθιστά κατάλληλο για κρίσιμες εφαρμογές ασφάλειας όπως η πτήση αεροσκαφών ή η πλοήγηση πλοίων διά μέσω στενών καναλιών. 17

39 Εικόνα H αρχιτεκτονική του συστήματος EGNOS (Πηγή: Toran-Marti et al, 2004) Η ακρίβεια των δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης βελτιώνεται με τα διορθωτικά δεδομένα σε απόσταση λιγότερη από 5 μέτρα σε σχέση με την απόσταση των 20 μέτρων. Συγκεκριμένα δίνεται η δυνατότητα στους χρήστες, στην περιοχή της Ευρώπης και όχι μόνο, να προσδιορίσουν την θέση τους σε ακρίβεια μικρότερη των 2 μέτρων. Ο στόχος του EGNOS επιτυγχάνεται με την διαβίβαση ενός σήματος που παρέχει στους χρήστες πληροφορίες αναφορικά με την αξιοπιστία του συστήματος και την ακρίβεια καθορισμού θέσης. Επιπρόσθετα ενημερώνει τους χρήστες με την μετάδοση μηνυμάτων μέσα σε 6 δευτερόλεπτα κάθε φορά που αλλιοώνεται η ποιότητα των δορυφορικών σημάτων. Εικόνα Οι ζώνες κάλυψης των τριών (3) γεωστάσιμων δορυφόρων του EGNOS (Πηγή: Gauthier et al, 2001) 18

40 Εικόνα Γραφική αναπαράσταση της προσδοκώμενης βελτίωσης του στίγματος Επιπλέον, το EGNOS συμβάλει στην διεθνή χρονομέτρηση με την μετάδοση ενός Διεθνούς Σήματος Χρονικού Συντονισμού. Δεν υπάρχει ένα και μοναδικό εξαιρετικά ακριβές ρολόι που καθορίζει τον παγκόσμιο χρόνο αλλά ένα παγκόσμιο δίκτυο ρολογιών. Η ρύθμιση των ρολογιών όλων των χωρών του κόσμου, ρυθμίζεται από τον Παγκόσμιο Συντονισμένο Χρόνο (Universal Time Coordinated), ο οποίος προκύπτει όχι μόνο από την ακρίβεια μέτρησης του χρόνου αλλά και από την ακρίβεια της σύγκρισης των χρόνων μεταξύ των παγκόσμιων κέντρων μέτρησης αυτού. Εικόνα Προσδοκώμενη βελτίωση του στίγματος πλοήγησης με το συνδυασμό των συστημάτων GPS, EGNOS και Galileo (Πηγή: European Space AgencyESA, Ημερομηνία επίσκεψης ) 19

41 Στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, το σύστημα αύξησης ευρείας περιοχής WAAS (Wide Area Augmentation System) αναπτύχθηκε με σκοπό την βελτίωση της χρήσης του GPS και την αύξηση της ασφάλειας στην αεροπορία από την Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Πολιτικής Αεροπορίας (FAA-Federal Aviation Administration). Το WAAS εξυπηρετεί τη Βόρεια Αμερική κυρίως την ηπειρωτική περιοχή και τον Καναδά (Canadian WAAS CWAAS), με οφέλη που επεκτείνονται στην Κεντρική Αμερική, Νότια Αμερική, τον Ατλαντικό και τον Ειρηνικό. Τα δεδομένα διορθώσεων και ακεραιότητας είναι διαμορφωμένα επάνω σε έναν κώδικα C/A. Οι WAAS δέκτες βελτιώνουν χαρακτηριστικά την ακρίβεια θέσης των δεκτών μονής συχνότητας σε λιγότερο από 3μ. (Richharia & Westbrook, 2010). Στην Ιαπωνία εφαρμόζεται το Πολυλειτουργικό Δορυφορικό Σύστημα Αύξησης (MSAS) βασιζόμενο στους γεωστατικούς δορυφόρους MTSAT (Multi-function Transport Satellite) που ανήκουν και λειτουργούν από το ιαπωνικό Υπουργείο Χωροταξίας, Υποδομών, Μεταφορών και Τουρισμού και την ιαπωνική Υπηρεσία Πολιτικής Αεροπορίας (JCAB). Αντικαταστάθηκαν από το δορυφόρο Himawari 8 στις 7 Ιουλίου Παρέχουν κάλυψη για το ημισφαίριο με κέντρο 140 ανατολικά, το οποίο περιλαμβάνει την Ιαπωνία και την Αυστραλία και το οποίο θα καλύψει την περιοχή ευθύνης πτήσης (το FIR-Flight Instrumental Region) που συνδέεται με την Ιαπωνία (Nieto et al, 1999). Η παροχή υπηρεσιών SBAS ενδιαφέρει και άλλες περιοχές οι οποίες στερούνται μεν της προηγμένης τεχνολογίας της Ευρώπης, των ΗΠΑ και της Ιαπωνίας είναι δε αξιόλογες αναφοράς όπως αρχικά το SBAS της Ινδίας με την ονομασία GAGAN (GPS Aided Geo Augmented Navigation or GPS and Geo Augmented Navigation system). Δημιουργήθηκε σε τρεις φάσεις μέχρι το 2008 από την Αεροπορική Αρχή της Ινδίας με τη βοήθεια της τεχνολογίας του Ινδικού Διαστημικού Έργου (ISRO) και της διαστημικής υποστήριξης. Πραγματοποιήθηκε δοκιμή αποδοχής τελικού συστήματος τον Ιούνιο του 2012, ακολουθούμενη από πιστοποίηση συστήματος τον Ιούλιο του ( επίσκεψης ). Στη Ρωσική Ομοσπονδία αναπτύσσεται επί του παρόντος το σύστημα διαφορικών διορθώσεων και παρακολούθησης (SDCM). Η SDCM αναμένεται να πιστοποιηθεί τα επόμενα χρόνια, αυτό είναι μόνο το πρώτο βήμα της στρατηγικής SDCM που επιδιώκει και άλλα μέσα μετάδοσης - ενδεχομένως ένα πολικό MEO - με στόχο την παροχή και υπηρεσίας στο βόρειο τμήμα της Ρωσίας. ( Systems. Ημερομηνία επίσκεψης ) 20

42 H Λαϊκή Δημοκρατία της Κίνας αναπτύσσει το δικό της σύστημα SBAS, το οποίο ονομάζεται σύστημα δορυφορικής πλοήγησης ( SNAS ). Στην Νότια Κεντρική Αμερική και την Καραϊβική, η πρωτοβουλία SBAS ονομάζεται SACCSA (Solución de Aumentación para Caribe, Centro y Sudamérica). To SACCSA είναι έργο του Διεθνή Οργανισμού Πολιτικής Αεροπορίας ICAO (International Civil Aviation Organization) από τους συμμετέχοντες κράτη μέλη της SACCSA (Αργεντινή, Βολιβία, Κολομβία, Κόστα Ρίκα, Γουατεμάλα, Παναμάς, Ισπανία, Βενεζουέλα και COCESNA (Corporación Centroamerica de Servicios de Navegación Aérea). Τα συστήματα WAAS και EGNOS περιλαμβάνουν δίκτυα ελέγχου που είναι πολύ πυκνότερα από εκείνα του συστήματος GPS ή GLONASS ώστε να εγγυάται η ακεραιότητα των σημάτων σε μεγάλες περιοχές. (Εικόνα ) Εικόνα Η περιοχή κάλυψης των υπαρχόντων συστημάτων SBAS (Πηγή: Επομένως η προκύπτουσα κάλυψη στη γη είναι πλήρης με τη μόνη εξαίρεση των πόλων (Ventura Traveset et al, 2007) Ομοιότητες και διαφορές των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης GNSS. Σήμερα με την αύξηση του αριθμού δορυφόρων, που έχουν τεθεί σε τροχιά, καθώς και τα νέα ενισχυμένα σήματα που διαθέτουν συνεισφέρουν στη βελτίωση της ακρίβειας και της αξιοπιστίας των μετρήσεων. Η εκτόξευση του πρώτου δορυφόρου του συστήματος Gallileo, GIOVE το 2005 και η εκτόξευση του πρώτου δοκιμαστικού δορυφόρου του κινέζικου συστήματος Beidou δύο χρόνια αργότερα, σηματοδότησε μια νέα εποχή στον τομέα του δορυφορικού εντοπισμού (Montebruck et all, 2014). Τα συστήματα GPS και GLONASS θεωρούνται πλήρως λειτουργικά (2018), ενώ τόσο το Galileo όσο και το BeiDou αναμένεται να 21

43 είναι λειτουργικά μέχρι το Σχεδόν όλοι οι δορυφόροι GNSS έχουν τεθεί σε τροχιά ΜΕΟ (Mid Earth Orbiting), σε υψόμετρα που κυμαίνονται μεταξύ χλμ. και χλμ. από την επιφάνεια της γής. (Εικόνα ). Εκτός από τους δορυφόρους ΜΕΟ, ο δορυφορικός σχηματισμός BeiDou περιλαμβάνει επίσης έναν αριθμό δορυφόρων που έχουν τεθεί σε γεωστατική τροχιά (GEO) και σε τροχιά IGSO, σε υψόμετρο χιλιομέτρων από την επιφάνεια της γής (Roberts, et al.2015). Εικόνα Σύγκριση ύψους τροχιάς μεταξύ GNSS (Πηγή: Οι κυριότερες διαφορές των τεσσάρων κυριότερων συστημάτων πλοήγησης παρουσιάζονται στο δορυφορικό τμήμα. Το σύστημα GLONASS αποτελείται από 24 δορυφόρους κατανεμηνένους σε τρία τροχιακά επίπεδα. Το GPS περιλαμβάνει επίσης 24 δορυφόρους συν κάποιους εφεδρικούς κατανεμημένους σε 6 τροχιακά. Το Gallileo στην τελική του φάση αναμένεται να είναι εξοπλισμένο με 30 δορυφόρους τελικά, 27 από αυτούς θα είναι λειτουργικοί, ενώ 3 θα είναι εφεδρικοί δορυφόροι. Το σύστημα BeiDou θα αποτελείται από 35 δορυφόρους, από τους οποίους οι 5 θα βρίσκονται σε τροχιά (GEO) και οι 30 σε ΜΕΟ. (Εικόνα ). 22

44 Εικόνα Δορυφορικά τμήματα των GNSS (Πηγή: Σήμερα (2018) ο σχηματισμός του GPS αποτελείται από 31 ενεργούς δορυφόρους από τους οποίους οι 12 ανήκουν στη σειρά IIR, 7 στη σειρά IIR-M και 12 στη σειρά IIF (Πίνακας ) Πίνακας Υφιστάμενη κατάσταση δορυφορικών σχηματισμών (Πηγή: Montebruck et al., 2017 Ένας άλλος τομέας στον οποίο παρατηρείται διαφοροποίηση, είναι τα σήματα μεταξύ του συστήματος GPS και του συστήματος GLONASS. Το GLONASS διαφέρει από τα υπόλοιπα GNSS, καθώς κάθε δορυφόρος έχει την δική του συχνότητα, αλλά τον ίδιο κωδικό, χρησιμοποιούν δηλαδή την τεχνική FDMA (Frequency Division Multiple Access, ελληνική απόδοση: Πολλαπλή Πρόσβαση με Διαίρεση Συχνότητας) με δύο συχνότητες L1 και L2. Κάθε διαβίβαση μηνύματος γίνεται σε διαφορετικές συχνότητες μεταξύ και MHz για πολιτικούς και στρατιωτικούς χρήστες και μεταξύ και MHz μόνο για στρατιωτική χρήση (Len Jacobson, 2007). Αυτό σημαίνει ότι κάθε δορυφόρος εκπέμπει σήμα πλοήγησης στη δική του φέρουσα συχνότητα στις συχνότητες L1 και L2. Δύο δορυφόροι GLONASS μπορούν να 23

45 διαβιβάσουν σήματα πλοήγησης στην ίδια συχνότητα, εάν βρίσκονται σε διαμετρικά αντίθετες θέσεις ενός ενιαίου τροχιακού επιπέδου. Ενώ το GPS, Gallileo και BeiDou χρησιμοποιούν τις ίδιες συχνότητες, αλλά έχουν διαφορετικούς κωδικούς, τους (CDMA Code Division Multiple Access, ελληνική απόδοση: Πολλαπλή Πρόσβαση με Διαίρεση Κώδικα. Βέβαια στο νέο εκσυχρονισμένο σύστημα αναμένεται η ύπαρξη σήματων σύμφωνα με αυτή την τεχνική CDMA, ώστε να είναι δυνατή η διαλειτουργικότητα μεταξύ των συστημάτων. Οι νέοι δορυφόροι GLONASS επιτρέπουν την μετάδοση πληροφορίας με ένα νέο σήμα CDMA L3 (Πίνακας ). Όσον αφορά την ακρίβεια, οι δύο κώδικες C/A και P, που μεταδίδονται από τους δορυφόρους του συστήματος GLONASS είναι διαμορφωμένοι και στις δύο συχνότητες, με συνέπεια να προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από το GPS που έχει τον κώδικα C/A διαμορφωμένο μόνο στην L1 και τον κώδικα P κρυφό. Οι συχνότητες των κωδικών είναι μισές αυτών του GPS δηλαδή στα 511 KHz για τον C/A και στα 5.11 MHz για τον P. Η κάλυψη που προσφέρει το GLONASS (τουλάχιστον όταν ο σχηματισμός των δορυφόρων είναι πλήρης) είναι παγκόσμια και προσφέρει ακρίβεια στον απόλυτο προσδιορισμό θέσης μεταξύ 57-70μ. για τις οριζόντιες συντεταγμένες και 70μ. για την κάθετη (Βέργος & Κατσουγιαννόπουλος, 2003). Μεγάλες διαφορές επίσης εντοπίζονται μετάξυ των συστημάτων GNSS και στα συστήματα χρόνου και συντεταγμένων. Ως Σύστημα Αναφοράς (Reference System) ονομάζεται ένα σύνολο συνταγών, συμβάσεων και μοντέλων ώστε να μπορούν να προσδιοριστούν η αρχή και ο προσανατολισμός των αξόνων ενός τριέδρου. Αντίθετα, το Πλαίσιο Αναφοράς (Reference Frame) αποτετελεί υλοποίηση του συστήματος αναφοράς μέσω ενός δικτύου μόνιμα εγκατεστημένων σταθμών για τους οποίους προσδιορίζονται οι συντεταγμένες τους ανά εποχή αναφοράς. Το πλαίσιο αναφορας περέχει την βάση για τον εντοπισμό. Οι συντεταγμένες των θεμελιωδών σημείων στην επιφάνεια της γης ως προς μια εποχή αναφοράς μαζί με τις ταχύτητες μετακίνισης τους ορίζουν το Επίγειο Πλαίσιο Αναφοράς (TRF: Terrestrial Reference Frame). Σύμφωνα με τις αποφάσεις της IUGG (Βιέννη, 1991) και της IUA (1991), το επίγειο σύστημα αναφοράς της IERS (International Earth rotation and Reference system Service) έγινε αποδεκτό ως το Διεθνές Επίγειο Σύστημα Αναφοράς (ITRS: International Terrestrial Reference System). Το ITRS υλοποιείται από το Διεθνές Επίγειο Πλάισιο αναφοράς (ITRF). Το ITRF αποτελείται από τις καρτεσιανές συντεταγμένες (Χ,Ψ,Ζ,) και τις ταχύτητες μετακίνησης ενός συνόλου επιλεγμένων σταθμών ως προς κάποια εποχή αναφοράς. Το ITRF δεν είναι σταθερό ως προς τον χρόνο, αφού η γη συνεχώς παραμορφώνεται. Συνεπώς το ITRF αποτελεί αντικείμενο συνεχούς παρακολούθησης και προσδιορισμού. Επειδή οι μεταβολές του μπορούν να περιγραφούν 24

46 ικανοποιτικά για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα π.χ. ένα έτος, η σύνδεση αυτή γίνεται μέσω ταχυτήτων μετακίνησης. Για το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα οι ταχύτητες θεωρούνται σταθερές και συνεπώς το ίδιο ισχύει και για το ITRF. Η IERS δημοσιεύει κάθε χρόνο η κάθε μερικά χρόνια της λύση του ITRF ως ITRFyy. Κατά συνέπεια, ακόμη και αν οι διαχειριστές των συστημάτων GNSS αποφασίσουν να χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα αναφοράς, οι διαφορές στην υλοποίηση των συστημάτων αυτών θα έχουν ως αποτέλεσμα διαφορές σε επίπεδο ακρίβειας μεταξύ των δύο πλαισίων αναφοράς (Hein, 2006). Επιπρόσθετα επειδή η υλοποίηση των συστημάτων πραγματοποιείται σε διαφορετικά σύνολα δίκτυα σταθμών και σε διαφορετικές εποχές αναφοράς, η διαφορά των συντεταγμένων μεταξύ των δύο συστημάτων είναι υπαρκτή (Zinoviev, 2005). Στον Πίνακα που ακολουθεί πραγματοποιείται συγκεντρωτικά η σύγκριση μεταξύ των δορυφορικών σχηματισμών GPS, GLONASS και BeiDou που θεωρουνται τα πιο ολοκληρωμένα συστήματα σε σχέση με τα υπόλοιπα. Πίνακας Σύγκριση των συστημάτων GPS, GLONASS και BeiDou (Πηγή: 25

47 Η ύπαρξη συνεπώς σφαλμάτων τόσο μεταξύ των γεωδαιτικών πλασίων αναφοράς που υλοποιούν τα εκάστοτε συστήματα όσο και μεταξύ των κλιμάκων του χρόνου, δεν έχουν περάσει απαρατήρητες από την επιστημονική κοινότητα. Πολλές μελέτες παρουσιάζουν κάθε φορά νέα βελτιωμένα μοντέλα για την απαλοιφή των συστηματικών αυτών σφαλμάτων με απώτερο σκοπό την βελτίωση της διαλειτουργικότητας μεταξύ των συστημάτων GNSS. Το γεγονός αυτό δεδομένης και της συνεχόμενης ανάπτυξης της αγοράς GPS, έχει οδηγήσει τόσο τους κατασκευαστές όσο και τους χρήστες στην ανάγκη να καθορίσουν κοινά τυποποιημένα σχήματα ή μορφές τα οποία να εξασφαλίζουν την πλήρη διαλειτουργικότητα, τη συμβατότητα και αρτιότητα μεταξύ των διαφόρων εγκαταστάσεων και συστημάτων Τυποποιημένα σχήματα ή μορφές GPS Για την καλυψη των αναγκών που προαναφέρθηκαν, έχουν αναπτυχθεί από μία σειρά ερευνών τυποποιημένα σχήματα ή μορφές τα σημαντικότερα από τα οποία είναι τα ακόλουθα: Το πρότυπο RINEX ή αρχεία RINEX (Receiver IndepeNdent Exchange RINEX) Το RINEX (Receiver IndepeNdent Exchange RINEX) είναι το διεθνές τυποποιημένο πρότυπο, που αναπτύχθηκε από μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου της Βέρνης της Ελβετίας, για ανταλλαγή μεταξύ διαφορετικών δεκτών GPS. Το RINEX είναι ένα αρχείο ASCII (American Standard Code for Information Interchange Αμερικανικός Πρότυπος Κώδικας για Ανταλλαγή Πληροφοριών) και το χαρακτηριστικό αυτό αυξάνει την ευελιξία της κατανομής, δεδομένου ότι τα ASCII αρχεία είναι απλά αρχεία κειμένου που είναι ευανάγνωστα από κάθε εμπορικό δέκτη. Ένα αρχείο RINEX συγκεκριμένα, αντιστοιχεί σε μια μετάφραση των συμπιεσμένων δυαδικών αρχείων που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του δέκτη. Έχουν αναπτυχθεί διαφορετικές εκδόσεις της μορφής RINEX. Το RINEX Version 2 είναι το σχήμα που χρησιμοποιείται από το IGS για τη διατήρηση των λειτουργικών δεδομένων. Ωστόσο, η υποστήριξη δεδομένων για επιπλέον GNSS, όπως το Galileo, το QZS και το BeiDou, χρησιμοποιεί μια βελτιωμένη έκδοση του RINEX που είναι διαθέσιμη στην έκδοση 3. Το CDDIS παρέχει ένα αρχείο δεδομένων από αυτά τα πρόσθετα GNSS μέσω του πειράματος IGS Multi-GNSS (MGEX). (Πηγή: Ημερομηνία επίσκεψης ) Η έκδοση 2.10 δημιουργεί τα έξι ακόλουθα αρχεία RINEX: Δεδομένων παρατήρησης. Μηνύματος πλοήγησης 26

48 Μετεωρολογικά αρχεία Μηνύματος Πλοήγησης GLONASS Δεδομένων γεωστατικών δορυφόρων Δεδομένων ρολογιού δορυφόρων και ρολογιού του δέκτη. Λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους τύπους αρχείων RINEX, τα πιο σημαντικά για την πλειοψηφία των χρηστών GPS είναι τα δεδομένα παρατήρησης, το μήνυμα πλοήγησης, καθώς και τα μετεωρολογικά αρχεία. Κάθε ένα από αυτά περιλαμβάνει δύο τμήματα: μια επικεφαλίδα και δεδομένα. Ειδικότερα, το αρχείο δεδομένων παρατήρησης περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη μέτρηση (παρατήρηση), με την θέση δέκτη/κεραίας, την ώρα GPS, τις μετρήσεις (δεδομένα κώδικα και φάσης), τον αριθμό και κατάλογο των δορυφόρων που φαίνονται κατά τη διάρκεια της εργασίας. Το αρχείο μηνύματος πλοήγησης περιλαμβάνει τις δορυφορικές πληροφορίες που περιέχονται στα δεδομένα πλοήγησης, όπως παράμετροι του ρολογιού του δορυφόρου, την υγεία του δορυφόρου, και τις παραμέτρους αλμανάκ. Το μετεωρολογικό αρχείο περιέχει χρονικές πληροφορίες σχετικά με την ατμοσφαιρική κατάσταση, όπως η θερμοκρασία, η πίεση, η υγρασία, και άλλες σχετικές πληροφορίες (Prasad & Ruggieri Marina, 2005) Το πρότυπο ή σχήμα NGS-SP3 (National Geodetic Survey Standard Product # 3) Βασική πτυχή για την εκτίμηση της θέσης των χρηστών είναι η ακριβής γνώση της εφημερίδας των δορυφόρων (satellite ephemeris). Για να διευκολυνθεί η ανταλλαγή εφημερίδας, η Εθνική Γεωδαιτική έρευνα (National Geodetic Survey NGS) ανέπτυξε το πρότυπο NGS SP3 (National Geodetic Survey Standard Product # 3). Το SP3, στην πραγματικότητα, είναι το διεθνές πρότυπο το οποίο ρυθμίζει τη μορφή των πληροφοριών μέσω δορυφόρου, όπως ακριβή δεδομένα τροχιάς και των σχετικών διορθώσεων του ρολογιού του δορυφόρου, λαμβάνοντας υπόψη ότι όλοι οι χρόνοι αναφέρονται στο σύστημα χρόνου του GPS. Το NGS SP3 είναι ένα μεγάλο αρχείο 60-χαρακτήρων ASCII που οργανώνεται σε δύο ενότητες: επικεφαλίδα και δεδομένα. Η επικεφαλίδα περιλαμβάνει πληροφορίες σχετικά με την περίοδο παρατήρησης, όπως η ημερομηνία και ο αριθμός των δορυφόρων. Τα δεδομένα οργανώνονται σε εποχές (records). Κάθε εποχή περιέχει διορθώσεις εφημερίδας και ρολογιού για κάθε δορυφόρο του δορυφορικού σχηματισμού GPS, που ορίζονται από μια ειδική γραμμή στο αρχείο δεδομένων ASCII για κάθε δορυφόρο (Prasad & Ruggieri Marina, 2005). 27

49 Το μήνυμα RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) ή πρότυπο RTCM SC-104 (Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committee 104) Τα διαφορικά δεδομένα διορθώσεων σε εφαρμογές Real-time (Real-time differential correction data) μπορούν να διαβιβαστούν από αρκετά μέσα. Εντούτοις, είναι απαραίτητο ο ίδιος ο δέκτης GPS να είναι έτσι σχεδιασμένος ώστε να μπορεί δεχτεί αλλά και να εφαρμόσει το σήμα διορθώσεων. Οι περισσότεροι καλοί δέκτες σχεδιάζονται για να επιτρέπουν την εισαγωγή των δεδομένων διορθώσεων σε πραγματικό χρόνο. Αλλά, όπως συμβαίνει και στην περίπτωση της μετεπεξεργασίας δεδομένων, ήταν απαραίτητο αρχικά να αναπτυχθεί μια κοινή γλώσσα για το σήμα σε πραγματικό χρόνο. Αυτή η κοινή γλώσσα, το κοινό σχήμα αναπτύχθηκε από την ειδική επιτροπή 104 της Radio Technical Commission for Maritime Services (Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committee 104), και φέρει την ονομασία RTCM SC- 104, ή απλά RTCM. Το RTCM SC-104 δεν είναι το μόνο σχήμα μετάδοσης διορθώσεων που υπάρχει, παρότι είναι το πιο διαδεδομένο και ο πιο εφαρμοστέο παγκοσμίως (French, 1996). Το σχήμα αυτό, στην πραγματικότητα, καθορίζει τη μορφή των διαφορικών διορθώσεων pseudorange που εκπέμπονται από τους σταθμούς αναφοράς στους δέκτες rover. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται για τη μετάδοση πληροφοριών σε πραγματικό χρόνο DGPS (real-time DGPS). Το RTCM SC-104 περιλαμβάνει 64 τύπους μηνυμάτων, με κάθε ένα να περιέχει διαφορικές πληροφορίες. Τα μηνύματα αποτελούνται από πλήθος δυαδικών ψηφίων των οποίων το μήκος αλλάζει ανάλογα με το περιεχόμενο του μηνύματος και τον τύπο του μηνύματος (Prasad & Ruggieri Marina, 2005) Το πρότυπο ή Πρωτόκολλο επικοινωνίας NMEA 0183 (National Marine Electronics Association 0183) Το NMEA 0183 (National Marine Electronics Association 0183) είναι το πρωτόκολλο επικοινωνίας που χρησιμοποιείται σε εφαρμογή πραγματικού χρόνου (real-time) στη θαλάσσια πλοήγηση για την διασύνδεση των θαλάσσιων ηλεκτρονικών συσκευών. Ιδιαίτερα, το πρότυπο αυτό χρησιμοποιείται για τη μετάδοση πληροφοριών GPS από το δέκτη GPS στο hardware (ηλεκτρονικό σύστημα οργάνων) που χρησιμοποιεί τον προσδιορισμό θέσης ως εισροή. Τα NMEA 0183 πρότυπα είναι ροές δεδομένων σε μορφή ASCII και τα στοιχεία διαβιβάζονται υπό τη μορφή πρότασης (sentence), με το καθένα να μην υπερβαίνει τους 82 χαρακτήρες (Prasad & Ruggieri Marina, 2005). 28

50 Η επικοινωνία των περισσότερων λογισμικών που παρέχουν σε πραγματικό χρόνο πληροφορίες θέσης, ταχύτητας και χρόνου, υπολογισμένες από δέκτες GPS, γίνεται με τη χρήση του μηνύματος NMEA. Υπάρχουν αρκετές προτάσεις που χρησιμοποιούνται ως πρότυπα αλλά επίσης παρέχεται και η δυνατότητα στους κατασκευαστές να χρησιμοποιούν και δικές τους, σύμφωνα με τον τύπο της συσκευής. Οι αποκαλούμενες ως πρότυπες προτάσεις ξεκινούν με δύο γράμματα τα οποία καθορίζουν και το περιεχόμενό της. Για τους δέκτες GPS τα δύο αρχικά γράμματα είναι τα G, P. Αντιθέτως οι ακολουθίες που χρησιμοποιούνται από διάφορους κατασκευαστές ξεκινούν με το γράμμα P και στη συνέχεια ακολουθούν τρία γράμματα που δηλώνουν την ταυτότητα του κατασκευαστή. Κάθε πρόταση αρχίζει με τον χαρακτήρα $ και δεν μπορεί να περιέχει περισσότερους από 80 χαρακτήρες. Τα δεδομένα χωρίζονται μεταξύ τους με κόμμα και είναι τύπου απλού αναγνώσιμου αρχείου (Φωτίου & Πικριδάς, 2006) Το πρότυπο ή πρωτόκολλο επικοινωνίας NTRIP (Networked Transport of RTCM in Internet Protocol) Το NTRIP (Networked Transport of RTCM in Internet Protocol) αντιπροσωπεύει ένα πρωτόκολλο σε επίπεδο εφαρμογής ροής δεδομένων του Παγκόσμιου Δορυφορικού Συστήματος Πλοήγησης (GNSS) μέσω του Διαδικτύου. Το Ntrip είναι ένα γενικό, μη-ιδιοκτησιακό πρωτόκολλο που βασίζεται στο πρωτόκολλο HyperΤext Transfer Protocol HTTP/1.1 (που αποτελεί το βασικό πρωτόκολλο για την ανταλλαγή πληροφορίας στο πλαίσιο του WWW). Τα αντικείμενα HTTP είναι εμπλουτισμένα με ροές δεδομένων GNSS. Το NTRIP είναι ένα πρότυπο RTCM που σχεδιάστηκε για τη διάδοση διαφορικών διορθωτικών δεδομένων (π.χ. στην RTCM-104 format) ή άλλα είδη ροής δεδομένων GNSS σε σταθερούς ή κινητούς χρήστες μέσω του Διαδικτύου, επιτρέποντας ταυτόχρονα PC, Laptop ή συνδέσεις δέκτη σε απλό δέκτη εκπομπής. Η ακρίβεια τοποθέτησης επιτυγχάνεται εάν τα δεδομένα διόρθωσης δεν είναι παλαιότερα από μερικά δευτερόλεπτα. Το πρότυπο RTCM χρησιμοποιείται παγκοσμίως και οι περισσότεροι, αν όχι όλοι, δέκτες DGPS το αποδέχονται (Weber G,Dettmering., D.,2005). Το Ntrip υποστηρίζει την ασύρματη πρόσβαση στο Internet μέσω των δικτύων Mobile IP Mobile Internet Protocol, το οποίο είναι πρωτόκολλο κινητών δικτύων. Κύριο χαρακτηριστικό του Mobile IP είναι ότι η ΙΡ διεύθυνση (η οποία αποτελείται από δύο μέρη: την ταυτότητα-δικτύου (network-id) και την ταυτότητα-τερματικού (host-id)), παραμένει σταθερή καθώς ένας κινούμενος χρήστης περνά από διαδοχικά υποδίκτυα. Αυτό που επιτυγχάνεται στο Mobile IP είναι η δυνατότητα της επικοινωνίας με τον κινούμενο χρήστη μέσω μιας αμετάβλητης ΙΡ διεύθυνσης και συγκεκριμένα με τη διεύθυνση που του έχει ανατεθεί από το οικείο του δίκτυο, όπως το GSM (Global System for Mobile communications Παγκόσµιο 29

51 Σύστηµα Κινητών Επικοινωνιών, ένα κοινό Ευρωπαϊκό ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας), το GPRS (General Packet Radio Service, μια υπηρεσία που διατίθεται στους χρήστες κινητών τηλεφώνων GSM που σχεδιάστηκε ώστε να παρέχει τη δυνατότητα ταχύτερης μεταφοράς δεδομένων), το EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution που είναι η τεχνολογία που επιτρέπει τον «εκσυγχρονισμό» των δικτύων δεύτερης γενιάς ώστε να αυξηθεί η χωρητικότητά τους, αλλά και ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων), ή UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) που είναι Παγκόσμιο Σύστημα Κινητών Τηλεπικοινωνιών. Πρόκειται για την εξέλιξη σε σχέση με την χωρητικότητα, την ταχύτητα μετάδοσης των δεδομένων και την ύπαρξη νέων υπηρεσιών, των κινητών δικτύων δεύτερης γενιάς. Το Ntrip υλοποιείται σε τρία συστατικά στοιχεία του λογισμικού συστήματος: το NtripClients, το NtripServers και το NtripCasters. Το NtripCaster είναι το πραγματικό HTTP πρόγραμμα server ενώ το NtripClient και το NtripServer ενεργούν ως HTTP πελάτες. Η μετάδοσή του γίνεται είτε από απλούς δέκτες εκπομπής (Broadcasters) (EUREF-IP NTRIP Broadcaster) ή από δικτυακούς δέκτες εκπομπής (IGS-IP NTRIP Broadcaster), όπως φαίνεται και στην εικόνα Εικόνα Απλοί και δικτυακοί broadcasters του πρωτοκόλλου επικοινωνίας NTRIP (Πηγή: Δεληκαράογλου, 2007) Τα πλεονεκτήματα του πρωτοκόλλου NTRIP είναι τα εξής: Είναι ανεξάρτητο του τύπου δικτύωσης. Μεταδίδεται δια μέσου οποιουδήποτε κινητού δικτύου IP που χρησιμοποιεί TCP/IP (Transmission Control Program/Internet Protocol), με ενσύρματες συνδέσεις (DialUp, ADSL, κλπ) ή με ασύρματες συνδέσεις (Wireless Web, μέσω GSM, GPRS, Wi-Fi, κλπ). Υπάρχει πληθώρα κινητών χώρο-ενήμερων συσκευών που χρησιμοποιούν το NTRIP για τη λειτουργία τους. 30

52 Υπάρχει πληθώρα ανοιχτών εύχρηστων λογισμικών για λειτουργικό περιβάλλον εφαρμογών σε Windows, Linux, Pocket PC και ειδικά πληθώρα NTRIP-Client λογισμικών για mobile GIS εφαρμογές (ArcNTRIP, Mobile-NTRIP, GNSS Internet Radio, κλπ) (Δεληκαράογλου, 2007) Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης GNSS και GPS Μέχρι σήμερα έχουν τεθεί σε τροχιά μεγάλος αριθμός δορυφόρων εκπέμποντας δεδομένα σε περισσότερες συχνότητες σε σχέση με το παρελθόν. Η ακρίβεια και η αξιοπιστία στον εντοπισμό θέσης βελτιώνεται συνεχώς όπως και ο αριθμός των διαθέσιμων δορυφόρων (Li et al., 2015b). Τα νέα σήματα είναι πιο ανθεκτικά στις παρεμβολές και την πολυανάκλαση ενώ παράλληλα καθιστουν δυνατό τον εντοπισμό για χαμηλά επίπεδα σήματος. Έπιπλέον, η διαθεσιμότητα των μη κρυπτογραφημένων σημάτων σε πολλές συχνότητες δίνει νέα διάσταση για την επίλυση των ασαφειών των φορέων φάσης και μπορεί επίσης να συμβάλει στην ανάλυση των καθυστερήσεων της ιονόσφαιρας (Montenbruck et al., 2014). Η ανάπτυξη των νέων συστημάτων εντοπισμού συνεισέφερε αναφίμφίβολα στη βελτίωση εφαρμογών πραγματικού χρόνου, αφού καθίσταται εφικτή η μείωση του χρόνου που απαιτείται για αρχικοποίηση σε εφαρμογές κινηματικού εντοπισμού σε πραγματικό χρόνο (Li et al., 2015b). Ειδικότερα τα πλεονεκτήματα του GPS έναντι των άλλων παλαιότερων επίγειων και δορυφορικών μεθόδων είναι : Δίνει απευθείας την θέση ενός σημείου στην επιφάνεια της Γης, συνεπώς γνωρίζουμε κάθε στιγμή την θέση μας σε καρτεσιανές συντεταγμένες Χ, Υ, Ζ. Είναι ένα σύστημα παντός καιρού, δηλαδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάτω από όλες τις καιρικές συνθήκες. Για τον προσδιορισμό θέσης δεν απαιτεί αμοιβαία ορατότητα μεταξύ των σημείων παρατήρησης. Απαιτείται μόνο ορατότητα προς ικανοποιητικό αριθμό δορυφόρων (ανοιχτός ορίζοντας στα σημεία στάσης). Μπορεί να συνεργαστεί με άλλα συστήματα προσδιορισμού θέσης (LORAN-C, Αδρανειακά συστήματα) καθώς και με άλλες σύγχρονες εφαρμογές και συστήματα (GIS, Φωτογραμμετρία) Η διαδικασία των μετρήσεων είναι αρκετά απλή και απαιτείται μικρός χρόνος μέτρησης. H εκτέλεση των μετρήσεων είναι δυνατή όλο το 24ωρο με μικρό αριθμό προσωπικού (ένα άτομο ανά σημείο παρατήρησης ή και ένα άτομο σε πολλά 31

53 σημεία παρατήρησης μιας και ο δέκτης αφού ξεκινήσει τις μετρήσεις δεν χρειάζεται επιπλέον επίβλεψη ή χειρισμό). Δίνει καλή ακρίβεια προσδιορισμού θέσης με πολύ μικρότερο χρόνο μέτρησης σε σχέση με άλλες μεθόδους Επίσης με την επόμενη γενιά GNSS καθίσταται δυνατή η επέκταση του φάσματος των εφαρμογών εντοπισμού και πλοήγησης. Ως παράδειγμα αναφέρεται η τοποθέτηση δεκτών GNSS σε δύσκολα περιβάλλοντα, όπως το αστικό ή κάτω από γέφυρες ή πυκνή βλάστηση. Παλαιότερα η εφαρμογή αυτή ήταν σχεδόν απαγορευτική. Η ιδιαίτερη αυτή δυσκολία χρήσης μέσα σε δασογενή περιβάλλοντα λόγω της έλλειψης ανοιχτού ορίζοντα για να έχει οπτική επαφή με δορυφόρους, αποτελούσε το κυριότερο μειονέκτημα του GPS. Σήμερα όμως μπορεί ο ορίζοντας του δέκτη να μειώνεται, όμως ο αριθμός των ορατών δορυφόρων να είναι επαρκής για την επίλυση. Σύμφωνα με την μελέτη των Krzan et al. (2014) εξάγεται το συμπέρασμα ότι η συμπερίληψη παρατηρήσεων από επιπλέον σχηματισμούς, εκτός του GPS, κατά κανόνα βελτιώνει την παρεχόμενη ακρίβεια. Ο συνδυασμός των πολλαπλών συστημάτων GNSS που παρέχονται, οδηγεί στην αύξηση του αριθμού των διαθέσιμων δορυφόρων προς παρατήρηση, στην βελτίωση της χωρικής γεωμετρίας και τελικά στην βελτίωση της συνέχειας και της αξιοπιστίας του εντοπισμού θέσης (Li et al., 2015a). 2.2 Μέθοδοι δορυφορικού προσδιορισμού θέσης με τη χρήση των παγκόσμιων GNSS συστημάτων Τα είδη των βασικών παρατηρήσεων του GPS είναι δύο: α) οι παρατηρήσεις ψευδοαποστάσεων. Ως ψευδοαπόσταση (pseudorange) ορίζεται η απόσταση δορυφόρου δέκτη η οποία προκύπτει από το γινόμενο του χρόνου διάδοσης του σήματος με την ταχύτητα του φωτός (c= Km/sec στο κενό). Ο χρόνος διάδοσης μετράται στο δέκτη με τη βοήθεια κάποιων κωδικών. Επειδή η μέτρηση αυτή είναι επηρεασμένη από κάποια χρονομετρικά σφάλματα που κυρίως οφείλονται στο χρονόμετρο (ταλαντωτή) του δέκτη, γι αυτό ονομάζεται ψευδοαπόσταση. β) οι παρατηρήσεις φάσεων (phase measurements), στο ένα ή και στα δύο φέροντα κύματα. Ως παρατήρηση φάσης ορίζεται η διαφορά μεταξύ της φάσης του φέροντος κύματος που εκπέμπεται από το δορυφόρο και λαμβάνεται από τον δέκτη κάποια χρονική στιγμή (εποχή) και της φάσης ενός φέροντος κύματος που παράγεται εσωτερικά στο δέκτη. Από την επεξεργασία τέτοιων μετρήσεων φάσεων προκύπτουν στην ουσία μετρήσεις υψηλής ακρίβειας αποστάσεων 32

54 μεταξύ δορυφόρων δέκτη και κατά συνέπεια υψηλής ακρίβειας προσδιορισμοί θέσεων. Η παρατήρηση φάσης (γωνιακό μέγεθος) εκφράζεται συνήθως σε κύκλους (Ρωσσικόπουλος, 2001). Ο προσδιορισμός θέσης με GPS διακρίνεται γενικά στις παρακάτω κατηγορίες: α) στον απόλυτο προσδιορισμό θέσης (absolute positioning, point positioning, single point positioning) όταν χρησιμοποιείται ένας δέκτης και οι συντεταγμένες του σημείου προσδιορίζονται ως προς ένα ορισμένο γεωκεντρικό σύστημα αναφοράς, π.χ. ως προς το WGS84 (World Geodetic System 1984), από παρατηρήσεις μόνο του αντίστοιχου δέκτη. Στην περίπτωση αυτή δηλαδή υπολογίζουμε απευθείας τις συντεταγμένες (Χ,Y,Z) του σημείου, ως προς το γεωδαιτικό σύστημα WGS84, χρησιμοποιώντας μετρήσεις ψευδοαποστάσεων (τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους) και έχοντας ακρίβεια μερικές δεκάδες μέτρα. β) στον σχετικό προσδιορισμό θέσης (relative positioning, differential positioning), όταν χρησιμοποιούνται δύο ή περισσότεροι δέκτες, και οι άγνωστες συντεταγμένες της θέσης υπολογίζονται ως σχετικές διαφορές συντεταγμένων (ΔΕ, ΔΝ και ΔΖ) ως προς ένα άλλο σημείο, του οποίου η θέση είναι γνωστή. Για την εφαρμογή αυτής της μεθόδου απαιτούνται ταυτόχρονες μετρήσεις με δύο ή περισσότερους δέκτες σε δύο ή περισσότερα σημεία αντίστοιχα. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούμε μετρήσεις φάσεων άλλα και όλους τους γραμμικούς συνδυασμούς αυτών. γ) στον στατικό προσδιορισμό θέσης (static positioning) όταν το αντικείμενο που υπόκειται σε προσδιορισμό θέσης είναι ακίνητο, όταν δηλαδή ο δέκτης ή οι δέκτες GPS παραμένουν ακίνητοι στα προσδιοριζόμενα σημεία σε όλη την διάρκεια των μετρήσεων. Ο δέκτης δεν είναι απαραίτητο να έχει συνεχή επαφή με τους δορυφόρους όταν μεταφέρεται από σημείο σε σημείο (Φωτίου και Πικριδάς 2006, Βέργος & Κατσουγιαννόπουλος, 2003). Πρόκειται για τεχνικές σχετικού προσδιορισμού θέσης υψηλής ακρίβειας που βασίζονται σε μετρήσεις φάσης CPH (σε μετρήσεις που χρησιμοποιούν τη φέρουσα συχνότητα και η απόσταση που υπολογίζεται σαν συνάρτηση των μετρούμενων κύκλων φάσης μήκους κύματος του χρησιμοποιούμενου δορυφορικού σήματος, συχνότητες L1 και L2, προς τους δορυφόρους, ονομάζεται "carrier phase"-cph) από σταθερό χρηστή GNSS και δέκτες αναφοράς, συνήθως με τη μέθοδο μετεπεξεργασίας (Gleason et al, 2009). Η στατική μέθοδος χρησιμοποιείται σε αποστάσεις πάνω από 20χλμ με ακρίβεια 5mm + 1ppm, για παρακολούθηση μικρομετακινήσεων και παραμορφώσεων του στερεού φλοιού (Δούκας, 2001). Η κατηγορία αυτή (Τεχνικές Στατικού Προσδιορισμού θέσης GNSS) μπορεί να αναλυθεί περαιτέρω σε τοπογραφικές τεχνικές, αφενός, και σε τεχνικές που χρησιμοποιούνται για 33

55 εφαρμογές γεωδαισίας. Τα διακριτικά χαρακτηριστικά των δύο κατηγοριών της τεχνικής στατικού προσδιορισμού θέσης είναι: μέτριες έως ανεπαρκείς τοπογραφικές τεχνικές GNSS που απαιτούν σχετική ακρίβεια επιπέδου λίγων ppm για βάση συνήθως <50 χλμ. σε μήκος, χρησιμοποιώντας σύντομες περιόδους παρατήρησης, με επεξεργασία δεδομένων (σε πραγματικό χρόνο real time, ή με τη μέθοδο της μετεπεξεργασίας δεδομένων postprocessed mode) με τη χρήση λογισμικών. Εξαιρετικά ακριβής τεχνικές GNSS μεγάλης βάσης που περιλαμβάνουν ακρίβειες από λίγα ppm έως αρκετά ppb (μέρη στο δισεκατομμύριο), και χαρακτηρίζονται από κορυφαίους γεωδαιτικούς δέκτες GNSS και κεραίες, από πολλές ώρες (ή ακόμη και ημέρες) παρατηρήσεων, καθώς και από επεξεργασία δεδομένων με εξελιγμένο επιστημονικό λογισμικό (Gleason et al, 2009). δ) στον κινηματικό προσδιορισμό θέσης (Kinematic positioning) όταν το αντικείμενο που υπόκειται σε προσδιορισμό θέσης κινείται, όταν δηλαδή ο δέκτης ή οι δέκτες GPS κινούνται κατά μήκος μιας διαδρομής και ο δέκτης υπολογίζει συντεταγμένες σε "τυχαία σημεία" της διαδρομής ανά χρονικά διαστήματα που έχουμε ορίσει εμείς. Στον κινηματικό προσδιορισμό η επαφή του δέκτη με τους δορυφόρους θα πρέπει να είναι συνεχής κατά τη διάρκεια της κίνησης (Φωτίου και Πικριδάς 2006, Βέργος & Κατσουγιαννόπουλος, 2003). Πρόκειται για ευέλικτες τεχνικές σχετικού προσδιορισμού θέσης που χρησιμοποιούν μετρήσεις φάσης CPH για τον καθορισμό συντεταγμένων ενός κινούμενου χρήστη GNSS δέκτη, συμπεριλαμβανομένων της τεχνικής real time (μέτρηση σε πραγματικό χρόνο) (Gleason et al, 2009). Ο ακίνητος δέκτης μένει συνεχώς στο γνωστό σημείο και ο κινητός, στην αρχή, μένει ακίνητος για λίγα λεπτά μέχρι να συλλεχθούν ικανές μετρήσεις για την επίλυση των ασαφειών. Η αρχική θέση του κινούμενου δέκτη μπορεί να είναι ένα άλλο γνωστό σημείο ή ένα τυχαίο σημείο κοντά στο μόνιμο σταθμό, ώστε να εφαρμοστεί η λεγόμενη τεχνική της εναλλαγής των κεραιών (antenna swapping) ή και ένα τυχαίο σημείο για να εφαρμοστεί η τεχνική του στατικού σχετικού προσδιορισμού. Στη συνέχεια ο κινούμενος δέκτης λαμβάνει μετρήσεις (καθώς κινείται) ανά κάποια χρονικά διαστήματα, π.χ., ανά 5 sec, και έτσι μπορούν να προσδιοριστούν οι σχετικές θέσεις του, με την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει απώλεια δορυφορικού σήματος. Αν υπάρξει απώλεια σήματος (που υπάρχει πάντα αν π.χ., ο κινούμενος δέκτης διέλθει κάτω από γέφυρα) ή οι δορυφόροι είναι λιγότεροι από 4, η επίλυση της ασάφειας πρέπει να επαναληφθεί, όπως και στην αρχή της διαδικασίας. Ο κινούμενος δέκτης δε χρειάζεται να επιστρέψει στο αρχικό σημείο, αλλά να παραμείνει ακίνητος σε μια θέση μέχρι τη συλλογή ικανού αριθμού μετρήσεων. Οι ακρίβειες με μετρήσεις φάσεων είναι και εδώ πολύ υψηλές, λίγο μικρότερες από αυτές του στατικού 34

56 σχετικού προσδιορισμού, της τάξης του 1 έως 10 ppm και ανάλογα με τις δυνατότητες του δέκτη, της τάξης του 1μ από μετρήσεις ψευδοαποστάσεων. Στις Τεχνικές Κινηματικού Προσδιορισμού θέσης GNSS διακρίνουμε και τις παρακάτω τεχνικές: Rapid-static positioning technique, τεχνική γρήγορου στατικού προσδιορισμού θέσης. Stop-and-go technique, τεχνική ημικινηματικού προσδιορισμού θέσης. Kinematic positioning technique, τεχνική κινηματικού προσδιορισμού θέσης. Όλες απαιτούν τη χρήση εξειδικευμένου εξοπλισμού και λογισμικού, καθώς και εξειδικευμένες διαδικασίες πεδίου. Κάθε μία από τις παραπάνω τεχνικές είναι μια τεχνολογική λύση στην πρόκληση για διασφάλιση υψηλής παραγωγικότητας και λειτουργικής ευελιξίας χωρίς να θυσιάζονται πάρα πολλά όσον αφορά την ακρίβεια και την αξιοπιστία. Ωστόσο, καμία από αυτές τις τεχνικές δεν είναι τόσο ακριβής και αξιόπιστη όσο η τυπική στατική μέθοδος προσδιορισμού θέσης GNSS (Gleason et al, 2009). Παρακάτω ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή κάθε μιας από τις τεχνικές που αναφέρθηκαν. Τεχνική γρήγορου στατικού προσδιορισμού θέσης (Rapid-static positioning technique). Οι διαδικασίες στο πεδίο είναι ίδιες με αυτές που ακολουθούνται στην τυπική στατική μέθοδο προσδιορισμού θέσης GNSS εκτός από το ότι: (1) οι χρόνοι εργασίας σε κάθε στάση είναι μικρότεροι, (2) οι βάσεις πρέπει να είναι συγκριτικά μικρότερες, (3) η γεωμετρία των δορυφόρων να είναι ευνοϊκή, και (4) οι διαταραχές στο σήμα όπως οι ανακλάσεις (multipath) θα πρέπει να περιοριστούν στο ελάχιστο (Gleason et al, 2009). Ο γρήγορος στατικός προσδιορισμός αποτελεί παραλλαγή της στατικής μεθοδολογίας. Κατά την γρήγορη στατική διαδικασία ένας δέκτης είναι εγκατεστημένος σε ένα σημείο αναφοράς και ένας ή περισσότεροι δέκτες μετακινούνται από σημείο σε σημείο προσδιορίζοντας κάθε φορά την θέση τους, με παρατηρήσεις χρονικής διάρκειας μερικών λεπτών σε σχέση με το σημείο αναφοράς. Ακρίβεια 5 έως 10 mm +1 ppm (Δούκας, 2001). Ο γρήγορος στατικός προσδιορισμός χρησιμοποιείται για μικρές βάσεις, της τάξης των μερικών χιλιομέτρων, και με ρυθμό καταγραφής συνήθως τα 10 sec. Έτσι ο χρόνος παραμονής των δεκτών στα σημεία είναι γενικά μικρότερος, της τάξης των 10 έως 15 λεπτών. Ο μικρότερος χρόνος για την εκτέλεση των μετρήσεων δικαιολογείται από τη χρήση πιο απλών και γρήγορων τεχνικών επίλυσης των ασαφειών. Μερικοί δέκτες προειδοποιούν τον χρήστη ότι συμπληρώθηκε ο κατάλληλος χρόνος παραμονής, δηλαδή έχει συλλεγεί ικανοποιητικός αριθμός παρατηρήσεων για την επίλυση της 35

57 βάσης σύμφωνα με τον αριθμό των λαμβανομένων δορυφόρων και του μέτρου GDOP (Φωτίου, Πικριδάς, 2006). Εικόνα Παράδειγμα γρήγορου στατικού προσδιορισμού Η ψευδοκινηματική διαδικασία αποτελεί επίσης παραλλαγή της στατικής μεθοδολογίας. Κατά την ψευδοκινηματική διαδικασία ένας δέκτης είναι εγκατεστημένος σε ένα σταθμό αναφοράς και ένας ή περισσότεροι δέκτες μετακινούνται από σημείο σε σημείο παρατηρώντας για λίγα λεπτά με την υποχρέωση να ξαναμετρήσουν στο ίδιο σημείο για άλλα λίγα λεπτά, μετά από μία ώρα. Ακρίβεια 5 έως 10 mm +1 ppm (Δούκας, 2001). Επίσης, ένα άλλο χαρακτηριστικό της ψευδοκινηματικής (pseudokinematic, pseudostatic, reoccupation, intermittend-static) τεχνικής είναι ότι το κάθε σημείο προσδιορίζεται από το σύνολο των μετρήσεων των δύο επισκέψεων, ως εάν είχε γίνει μόνο μία και με το σύνολο των δορυφόρων, που πιθανόν να είναι τελείως διαφορετικοί (Ανδριτσάνος κ.α., 1997). Εικόνα Παράδειγμα ψευδοκινηματικού προσδιορισμού Τεχνική ημικινηματικού προσδιορισμού θέσης (Stop-and-go technique). Αυτή είναι η πραγματική κινηματική τεχνική επειδή ο δέκτης του χρήστη εντοπίζει συνέχεια δορυφόρους, ενώ είναι σε κίνηση. Είναι γνωστή ως «stop-and-go» τεχνική διότι οι συντεταγμένες του δέκτη ενδιαφέρουν μόνο όταν αυτός παραμένει ακίνητος ( stop part), αλλά ο δέκτης συνεχίζει να λειτουργεί, και ενώ κινείται από τη μία θέση στην άλλη ( go part) (Gleason et al, 2009). Η ημικινηματική τεχνική απαιτεί τουλάχιστον δύο δέκτες, όπου ο ένας δέκτης παραμένει ακίνητος σε γνωστό σημείο και ο δεύτερος δέκτης κινείται από σημείο σε σημείο. Ο χρόνος 36

58 παραμονής σε κάθε σημείο είναι της τάξης των μερικών δευτερολέπτων (10-30) έτσι ώστε να ληφθούν μετρήσεις μερικών εποχών. Οι παρατηρήσεις εδώ καταγράφονται συνήθως ανά 5 sec. Η ακρίβεια αυξάνεται όσο περισσότερες μετρήσεις ληφθούν σε κάθε σημείο. Όταν έχουμε παρατηρήσεις από λίγους δορυφόρους (4-5), τότε είναι προτιμότερο να παραμείνουμε στο σημείο για μερικά λεπτά. Η τεχνική αυτή καλείται Stop-and-Go για το λόγο ότι μας ενδιαφέρουν οι συντεταγμένες του δέκτη μόνο στα σημεία στάσης, αλλά ο δέκτης συνεχίζει να λειτουργεί ενώ κινείται (Βέργος & Κατσουγιαννόπουλος, 2003). Υπάρχουν τρία στάδια που ακολουθούνται κατά την χρησιμοποίηση της μεθόδου στο πεδίο: 1. Η λύση της ασάφειας φάσης. Αυτό το στάδιο πρέπει να εκτελεστεί πριν να ξεκινήσει η διαδικασία αποτύπωσης με τη μέθοδο Stop-and-go. Η επίλυση της ασάφειας φάσης (CPH ambiguities) μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε μέθοδο, και γενικά μία από τις παρακάτω: α) χρησιμοποιώντας την τυπική στατική μέθοδο (ή τη μέθοδο Rapid-static) όπου προσδιορίζεται η βάση (βάση=baseline, που είναι το διάνυσμα μεταξύ δύο σημείων Α και Β δηλ. προσδιορίζονται οι συνιστώσες ΔΧΑΒ, ΔΥΑΒ, ΔΖΑΒ) από τον δέκτη αναφοράς (τον ακίνητο δέκτη reference receiver) για το πρώτο σημείο του εδάφους που λαμβάνεται από το δέκτη του χρήστη, β) τοποθετώντας και τους δύο δέκτες σε μία γνωστή βάση, βρίσκοντας με αυτό τον τρόπο τις τιμές ασάφειας φάσης, γ) χρησιμοποιώντας μια διαδικασία γνωστή ως τεχνική εναλλαγής των κεραιών ''antenna swap '' που επιτρέπει στο λογισμικό να επιλύει τις ασάφειες φάσης για πολύ μικρή βάση (μήκους μερικών μέτρων), δ) επιλύοντας τις ασάφειες με την τεχνική ''on-the-fly ambiguity resolution'' OTF-AR. 2. Ο δέκτης σε κίνηση. Μετά την επίλυση της ασάφειας, μπορεί να αρχίσει η αποτύπωση. Ο δέκτης του χρήστη μετακινείται από σημείο σε σημείο, συλλέγοντας δεδομένα για ένα μόλις λεπτό ή για περίπου ένα λεπτό. Είναι σημαντικό το ότι η κεραία συνεχίζει να εντοπίζει δορυφόρους: με αυτόν τον τρόπο οι επιλύσεις της ασάφειας ισχύουν για όλες τις μελλοντικές παρατηρήσεις φάσης. Ωστόσο, εάν παρατηρηθεί το φαινόμενο της ολίσθησης κύκλων (εμπόδια στην πορεία του δορυφορικού σήματος έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια σήματος), τότε θα πρέπει να επανακαθοριστούν οι ασάφειες φάσης, φέρνοντας το δέκτη πίσω στο τελευταίο σημείο αποτύπωσης, και ο επαναπροσδιορισμός της ασάφειας μπορεί να γίνει πιο εύκολα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της γνωστής βάσης όπως περιγράφηκε παραπάνω (εδάφιο 1β). 3. Ο ακίνητος δέκτης. Τα δεδομένα παρατηρήσεων φάσεων στη συνέχεια υποβάλλονται σε επεξεργασία σε λειτουργία διπλής διαφοράς (double-difference, DD) για να καθοριστούν οι συντεταγμένες του δέκτη χρηστή σχετικά με τον ακίνητο δέκτη αναφοράς. Οι διαφορές χρησιμοποιούνται για την απαλοιφή των συστηματικών σφαλμάτων που γίνονται κατά τις παρατηρήσεις. Για μικρές και μεσαίου μήκους βάσεις (έως ~ 20-50km) τα συστηματικά 37

59 σφάλματα στις παρατηρήσεις GNSS εξαιτίας της τροπόσφαιρας, του ρολογιού του δορυφόρου και της μεταδιδόμενης εφημερίδας (που περιέχονται στην γεωμετρική απόσταση) είναι παρόμοιου μεγέθους και συσχετίζονται χωρικά και χρονικά. Οι διαφορές μεταξύ των μετρήσεων φάσεων CPH επιτρέπουν την απομάκρυνση-ή τουλάχιστον μια σημαντική μείωση-από αυτές τις πηγές συστηματικών σφαλμάτων. Η κύρια διάκριση των διαφορών είναι: (1) απλές διαφορές (singledifferencing mode), (2) διπλές διαφορές (mode double differencing), και (3) τριπλές διαφορές (triple-differencing mode). Με παρατηρήσιμες διαφορές από δύο δέκτες i και j, που παρατηρούν δύο ιδίους δορυφόρους k και l, ή απλά με τη διαφορά δύο απλών διαφορών μεταξύ δύο δεκτών ως προς τους δορυφόρους k και l, ορίζεται η διπλή διαφορά (between-receiver/between-satellite differencing). Η τεχνική Stop-and-go είναι κατάλληλη όταν πρέπει να αποτυπωθούν πολλά σημεία που είναι κοντά μεταξύ τους, και το έδαφος δεν παρουσιάζει κανένα σημαντικό πρόβλημα που να προκαλεί διακοπή του σήματος. Η ακρίβεια που επιτυγχάνεται είναι σε επίπεδο εκατοστών. Η τεχνική μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε πραγματικό χρόνο, ως παραλλαγή της διαδικασίας GNSS-RTK (Gleason et al, 2009). Η ημι-κινηματική διαδικασία αποτελεί μία μεθοδολογία υψηλής παραγωγικότητας, ειδική για πολυγωνομετρία, ταχυμετρία και κτηματολογικές αποτυπώσεις. Συνιστάται η χρήση της σε ημιαστικές, περιαστικές και αγροτικές περιοχές αραιής κάλυψης. Ακρίβεια 1 έως 2 cm +1 ppm (Δούκας, 2001). Εικόνα 2.2-3: Παράδειγμα ημικινηματικού προσδιορισμού Τεχνική κινηματικού προσδιορισμού θέσης (Kinematic positioning technique). Πρόκειται για μια γενίκευση της τεχνικής ''stop-and-go''. Ο σκοπός της κινηματικής αποτύπωσης είναι να καθορίσει τη θέση της κεραίας του δέκτη, ενώ είναι σε κίνηση. Κατά τα άλλα η τεχνική είναι παρόμοια με την τεχνική ''stop-and-go''. Δηλαδή, οι ασάφειες φάσης CPH πρέπει να επιλυθούν πριν από την έναρξη της εργασίας αποτύπωσης, και επίσης θα πρέπει να επανακαθοριστούν κατά τη διάρκεια της έρευνας, αν εμφανιστεί ολίσθηση κύκλου. Ωστόσο, για πολλές εφαρμογές, όπως ο προσδιορισμός θέσης ενός αεροσκάφους ή πλοίου, είναι πρακτικά αδύνατο να επανακαθοριστούν οι ασάφειες, αν η κινούμενη κεραία θα πρέπει να επιστρέψει σε ένα σταθερό σημείο του εδάφους. Σήμερα η κινηματική τεχνική αποτύπωσης GNSS συνήθως 38

60 χρησιμοποιεί την τεχνική ''on-the-fly ambiguity resolution'' OTF-AR, καθιστώντας τις τεχνικές κινηματικής αποτύπωσης ιδανικές για αποτυπώσεις κεντρικών οδών, τοπογραφικές αποτυπώσεις, υδρογραφικές αποτυπώσεις, εναέριες εφαρμογές, και πολλά άλλα (Gleason et al, 2009). Εικόνα 2.2-4: Παράδειγμα σχετικού κινηματικού προσδιορισμού Ανάλογα με τον αν ο προσδιορισμός του σημείου γίνεται απευθείας στο σύστημα αναφοράς του GPS ή αν προσδιορίζεται η σχετική του θέση ως προς ένα άλλο γνωστό σημείο, διακρίνουμε δύο μεθόδους προσδιορισμού τον απόλυτο και τον σχετικό. α) στον εκ των υστέρων προσδιορισμό θέσης (Post processing positioning) όταν ο υπολογισμός των συντεταγμένων των σημείων πραγματοποιείται εκ των υστέρων, μετά το πέρας των μετρήσεων, και με περαιτέρω επεξεργασία των μετρήσεων με ειδικά λογισμικά πακέτα (Φωτίου και Πικριδάς 2006, Βέργος & Κατσουγιαννόπουλος, 2003). Στη μέθοδο της μετεπεξεργασίας ο δέκτης βάσης και ο δέκτης χρήστη GPS δεν έχουν καμία σχέση ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ τους. Αντ' αυτού, κάθε δέκτης καταγράφει τις δορυφορικές παρατηρήσεις, που θα καταστήσουν δυνατή τη διαφορική διόρθωση (στην περίπτωση παρατήρησης της ψευδοαπόστασης) ή την επεξεργασία παρατήρησης διπλής διαφοράς (στην περίπτωση της παρατήρησης φάσης) σε μεταγενέστερο χρόνο. Το λογισμικό επεξεργασίας χρησιμοποιείται για να συνδυάσει και να επεξεργάζεται τα δεδομένα που συλλέγονται από αυτούς τους δέκτες ώστε να υπολογιστούν οι ακριβείς συντεταγμένες εκ των υστέρων (Gleason et al, 2009) και β) στον προσδιορισμό θέσης πραγματικού χρόνου (Real-Time positioning) όταν ο υπολογισμός των συντεταγμένων γίνεται ταυτόχρονα με το χρόνο εκτέλεσης των μετρήσεων (Φωτίου και Πικριδάς 2006, Βέργος & Κατσουγιαννόπουλος, 2003). Η χρήση ψευδοαποστάσεων για προσδιορισμό θέσης σε πραγματικό χρόνο είναι περισσότερο γνωστή με τον όρο DGPS (Differential GPS) ενώ η χρήση φάσεων με τον όρο RTK (Real Time Kinematic) (Φωτίου, Πικριδάς, 2006). Η DGPS μεθοδολογία βασίζεται στις μετρήσεις των αποστάσεων προς τους δορυφόρους με χρήση του κώδικα του φέροντος κύματος. Στην περίπτωση του DGPS ο σταθερός δέκτης με βάση τις γνωστές του συντεταγμένες υπολογίζει τις διορθώσεις των ψευδοαποστάσεων. Αφαιρεί τη 39

61 γνωστή γεωμετρική απόσταση από την αντίστοιχη ψευδοαπόσταση. Επειδή ο υπολογισμός και η μετάδοση της διόρθωσης στον κινούμενο δέκτη απαιτεί κάποιο χρονικό διάστημα, ο κινούμενος δέκτης θα λαμβάνει τις διορθώσεις αυτές σε διαφορετική εποχή από αυτή στην οποία αναφέρονται οι δικές του μετρήσεις. Για να ξεπεραστεί το πρόβλημα αυτό, ο σταθερός δέκτης μετρά σε μερικές εποχές ένα ικανό αριθμό ψευδοαποστάσεων και υπολογίζει ένα μοντέλο πρόγνωσης για τις διορθώσεις των ψευδοαποστάσεων, που ισχύει για ένα μικρό χρονικό διάστημα, και το οποίο μοντέλο ενημερώνει τακτικά. Τα αποτελέσματα από αυτό το μοντέλο εκπέμπονται στον κινούμενο δέκτη με την εκάστοτε εποχή αναφοράς και έτσι ο κινούμενος δέκτης μπορεί να υπολογίσει τις διορθώσεις των ψευδοαποστάσεων για την τρέχουσα εποχή που μετρά τις δικές του ψευδοαποστάσεις και να τις διορθώσει. Σε κάθε εποχή και με λήψη τουλάχιστον τεσσάρων κοινών δορυφόρων υπολογίζονται οι άγνωστες συντεταγμένες του δέκτη και το σχετικό σφάλμα των χρονομέτρων (Hofmann Wellenhof et al, 2008). Το RTK όπως προαναφέρθηκε είναι ο διαφορικός εντοπισμός με χρήση της φάσης του φέροντος κύματος σε πραγματικό χρόνο. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι παρόμοια με αυτή που περιγράφηκε προηγουμένως με τη διαφορά ότι θα πρέπει να επιλυθούν οι ασάφειες φάσης τόσο για το σταθερό δέκτη (με βάση τις γνωστές του συντεταγμένες) όσο και για τον κινούμενο με βάση την τεχνική επίλυσης σε ένα αρχικό σημείο (γνωστό ή άγνωστο) ή και με την τεχνική ''on-the-fly ambiguity resolution'' OTF- AR (δηλαδή, όταν ο δέκτης εντοπίζει δορυφόρους ενώ ο δέκτης/κεραία βρίσκεται σε κίνηση) (Hofmann - Wellenhof et al, 2008). Οι μετρήσεις με χρήση της φάσης του φέροντος κύματος είναι σαν μια μετροταινία με διαβαθμίσεις χιλιοστού. Σε αυτή την μετροταινία οι διαβαθμίσεις των μέτρων δεν φαίνονται άμεσα όταν λαμβάνουμε το σήμα των δορυφόρων με τον δέκτη μας. Πρέπει να περιμένουμε κάποιο χρονικό διάστημα για να εμφανιστούν οι διαβαθμίσεις των μέτρων και να ολοκληρώσουμε τις μετρήσεις (όπως μια φωτογραφία στιγμής Polaroid). Αυτός είναι ο χρόνος που απαιτείται για να επιλυθεί η ασάφεια φάσης. Όσο περισσότερο χρόνο περιμένουμε τόσο και πιο καθαρές γίνονται οι διαβαθμίσεις των μέτρων (όπως στις φωτογραφίες Polaroid). Όταν οι διαβαθμίσεις των μέτρων εμφανιστούν, παραμένουν ξεκάθαρες και μπορούμε να κάνουμε άμεσες μετρήσεις ασταμάτητα όσο ο δέκτης μας λαμβάνει σήματα από τους δορυφόρους. Όταν χαθεί η επαφή με τους δορυφόρους οι διαβαθμίσεις των μέτρων εξαφανίζονται και χρειάζεται να περιμένουμε πάλι για να επιλυθεί η ασάφεια φάσης και να εμφανιστούν οι διαβαθμίσεις των μέτρων. Όταν ένας δέκτης έχει επιλύσει την ασάφεια φάσης, η ακρίβεια στον υπολογισμό της θέσης είναι μεταξύ 0.5cm και 2cm οριζοντιογραφικά και μεταξύ 1cm με 3cm υψομετρικά 40

62 (εξαρτώμενη από την ικανότητα της κεραίας να εξαλείφει το "multipath" δηλαδή τις ανακλάσεις) συν 1 ppm (μέρη στο εκατομμύριο) για δέκτες δύο συχνοτήτων και 2 ppm για δέκτες μίας συχνότητας. Το κλειδί στις μετρήσεις RTK είναι η επίλυση της ασάφειας φάσης. Η μεγάλη ερώτηση είναι πόσο χρόνο χρειάζεται για να επιλυθεί η ασάφεια φάσης αξιόπιστα από την στιγμή που ο δέκτης λαμβάνει σήματα από τους δορυφόρους (min 5 δορυφόρους). Σε περίπτωση που δεν επιλυθεί σωστά η ασάφεια φάσης τότε είναι σαν να έχουμε διαβάσει λάθος της διαβαθμίσεις των μέτρων και να συγκεντρωνόμαστε στην ανάγνωση των χιλιοστών. Για μικρές βάσεις (<20χλμ.) ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για την επίλυση της ασάφειας φάσης εξαρτάται από τις επόμενες παραμέτρους: Το επίπεδο εμπιστοσύνης που έχει τεθεί για τον υπολογισμό του αριθμού των ακεραίων κύκλων Τον αριθμό των δορυφόρων Το είδος των δεκτών (δέκτες THALES ή όχι) Την επίδραση του σφάλματος πολλαπλών διαδρομών "multipath" (συντελεστής ανακλασιμότητας του εδάφους) Την ικανότητα εξάλειψης του "multipath" από την κεραία. Ο αριθμός των χρησιμοποιούμενων δορυφόρων είναι η κυριότερη παράμετρος για την αξιόπιστη και γρήγορη επίλυση της ασάφειας φάσης. Σαν κανόνα μπορούμε να πούμε ότι χρειάζονται τουλάχιστον έξι (6) δορυφόροι για μικρές βάσεις ( Ημερομηνία επίσκεψης ). Οι μετρήσεις φάσης του φέροντος κύματος είναι ακριβέστερες κατά δύο τουλάχιστον τάξεις μεγέθους από τις μετρήσεις ψευδοαπόστασης και αποτελούν τον μόνο τύπο μετρήσεων υψηλής ακρίβειας στους οποίους βασίζονται οι διάφορες γεωδαιτικές και τοπογραφικές εφαρμογές (Τσακίρη, 2004) Πηγές μείωσης της ακρίβειας των µετρήσεων G.P.S Τα σφάλµατα των µετρήσεων G.P.S. διακρίνονται σε τέσσερεις βασικές κατηγορίες Στα δορυφορικά σφάλµατα διακρίνονται τα τροχιακά σφάλµατα λόγω της λανθασµένης και µη ακριβούς γνώσης της πραγµατικής τροχιάς των δορυφόρων καθώς και τα σφάλµατα των χρονοµέτρων των δορυφόρων. 41

63 Στα σφάλµατα των δεκτών ανήκουν τα σφάλµατα των χρονοµέτρων των δεκτών και τα σφάλµατα θορύβου στους δέκτες. Στα σφάλµατα παρατηρήσεων εντάσσονται τα ατµοσφαιρικά σφάλµατα, δηλαδή οι επιδράσεις των στρωµάτων της ατµόσφαιρας µέσα από τα οποία διέρχεται το δορυφορικό σήµα. Πιο συγκεκριµένα, διακρίνουµε δύο ειδών ατµοσφαιρικά σφάλµατα, το ιονοσφαιρικό και το τροποσφαιρικό. Τέλος, στα σφάλµατα σταθµού διακρίνουµε το σφάλµα λόγω µη ακριβούς γνώσης των πραγµατικών συντεταγµένων του σταθµού και τα σφάλµατα λόγω των πολλαπλών ανακλάσεων του σήµατος µέχρι να φτάσει από το δορυφόρο στο δέκτη. Τα τελευταία οφείλονται στο φαινόµενο της πολυδιαδροµής (multipath). Παρακάτω θα αναλύσουµε πιο διεξοδικά τα σφάλµατα αυτά Τα δορυφορικά σφάλµατα Όπως προαναφέρθηκε η διάκριση μεταξύ των δορυφορικών σφάλµατων είναι το σφάλµα της δορυφορικής τροχιάς και το σφάλµα του χρονοµέτρου του δορυφόρου Τα τροχιακά σφάλµατα Για τον ακριβή προσδιορισµό της δορυφορικής τροχιάς, υπάρχουν διασκορπισµένοι στη Γη διάφοροι σταθµοί, που είναι επιφορτισµένοι, µεταξύ των άλλων, µε το να προσδιορίζουν µε πολύ µεγάλη ακρίβεια τα διάφορα στοιχεία της τροχιάς των δορυφόρων του συστήµατος G.P.S. Η προβλεπόμενη τροχιακή πληροφορία µεταδίδεται από τους σταθµούς στους δορυφόρους και στη συνέχεια από τους δορυφόρους στους δέκτες G.P.S. µέσω του µηνύµατος πλοήγησης. Η ιστορία του GPS έχει δείξει έως τώρα ότι οι µεταδιδόµενες εφηµερίδες των δορυφόρων για την τροχιά τους δεν παρέχουν την πραγµατική θέση του δορυφόρου αλλά η ακρίβεια τους είναι της τάξεως μερικών μέτρων. Διαφορές µεταξύ των προβλεπόµενων εφηµερίδων που είναι διαθέσιµες στο χρήστη και της πραγµατικής τροχιάς, µεταβιβάζονται στη θέση του δέκτη. Είναι προφανές ότι η ακτινική συνιστώσα του σφάλµατος τροχιάς αλλοιώνει τον προσδιορισµό της απόστασης και ως εκ τούτου τη θέση του χρήστη σε µεγαλύτερο βαθµό κατά τον προσδιορισµό της θέσης µονού σταθµού (single station) παρά σε σχετικό προσδιορισµό (differential G.P.S.). Για γειτονικούς σταθµούς, τα περισσότερα από τα λάθη της τροχιάς απαλείφονται κατά τον διαφορικό προσδιορισµό. Ένας εµπειρικός κανόνας για την επίδραση db (σφάλµα στον προσδιορισµό της βάσης), του σφάλµατος τροχιάς dr, στον προσδιορισµό µιας βάσης b δίνεται από τη σχέση db=dr*b/ρ, όπου ρ είναι η απόσταση δορυφόρου-δέκτη και είναι περίπου ίση µε 42

64 20000χλμ. Έτσι το σφάλµα βάσης db εξαρτάται κυρίως από το λόγο του µήκους της βάσης προς την απόσταση του δορυφόρου από το δέκτη. Η µέγιστη απόσταση ενός δορυφόρου G.P.S. είναι περίπου χλμ. Για παράδειγµα, άν µετράµε µία βάση 20χλμ τότε ένα σφάλµα της τάξης των 20μ στην τροχιά ενός δορυφόρου (σύνηθες όταν η επιλεκτική διαθεσιµότητα δεν είναι ενεργοποιηµένη) που βρίσκεται σε απόσταση 20000χλμ. µεταφράζεται σε ένα σφάλµα 2 cm στη θέση του δέκτη. Αυτό σηµαίνει ότι έχουµε ένα σφάλµα 1ppm για κάθε 20μ. σφάλµατος στην τροχιά. Εικόνα Επίδραση του σφάλματος τροχιάς στον προσδιορισμό βάσης (baseline determination). Στη συνέχεια ο επόµενος πίνακας (Πίνακας ) δίνει µερικά µεγέθη εκφρασµένα σε µέρη στο εκατοµµύριο (ppm). Τα στοιχεία των εκπεµπόµενων τροχιών υποδεικνύουν ένα επίπεδο ακρίβειας της τάξης 15 ως 25μ. Σύµφωνα µε τον Πίνακα 3 αυτή η ακρίβεια είναι ικανοποιητική για εργασίες µε αποστάσεις σηµείων ως 10χλμ. Η ακρίβεια της τροχιάς µπορεί ωστόσο να µειωθεί κάτω από συνθήκες επιλεκτικής διαθεσιµότητας (Selective Availiability condition). Επίσης όταν οι αποστάσεις των σηµείων αυξάνονται και απαιτείται µεγαλύτερη ακρίβεια, η ακρίβεια των εκπεµπόµενων εφηµερίδων δεν είναι συνήθως επαρκής. Γι αυτό το λόγο είναι προτιµότερο να χρησιµοποιούνται ακριβείς εφηµερίδες που παρέχονται από διεθνής οργανισµούς και υπηρεσίες. Πίνακας Σχέση μεταξύ σφάλματος τροχιάς ανταποκρινομένου σε ppm λάθους για μήκος βάσης 1χλμ. 43

65 Σφάλµατα των δορυφορικών χρονοµέτρων Οι δορυφόροι του συστήµατος G.P.S. φέρουν ρολόγια, δηλαδή χρονόµετρα, που χρησιµοποιούνται στην καταγραφή του χρόνου εκποµπής του σήµατος από τον δορυφόρο προς το δέκτη. Λαµβάνοντας υπόψη ότι τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα µεταδίδονται µε την ταχύτητα του φωτός, δηλαδή c χλμ/s, διαπιστώνουµε ότι ένα σφάλµα της τάξης του 1 ms (1 ms = s) µεταφράζεται σε σφάλµα μ στον προσδιορισµό θέσης. Αντίστοιχα, ένα σφάλµα της τάξης του 1 ns (1 ns = 10-9 s) µεταφράζεται σε σφάλµα 30 cm στον προσδιορισµό θέσης. Γίνεται εποµένως εύκολα αντιληπτό, ότι η ακρίβεια των δορυφορικών χρονοµέτρων πρέπει να είναι πολύ µεγάλη, µιας και ένα µικρό σφάλµα στο χρονόµετρο του δορυφόρου, µεταφράζεται σε ένα πολύ µεγάλο σφάλµα στον προσδιορισµό θέσης Τα σφάλµατα των δεκτών Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω στα σφάλµατα των δεκτών περιλαµβάνονται το σφάλµα του χρονοµέτρου του δέκτη και ο θόρυβος στο δέκτη. Το σφάλµα του χρονοµέτρου του δέκτη είναι ίδιο στη φύση µε αυτό του δορυφορικού ρολογιού και οφείλεται σε ατέλειες και σφάλµατα των χρονοµέτρων που χρησιµοποιούνται. Θα πρέπει και πάλι να τονιστεί ότι οποιαδήποτε µέτρηση και οποιοδήποτε όργανο µέτρησης κάποιας ποσότητας περιέχει σφάλµατα. Τα ρολόγια των δεκτών δεν είναι φυσικά τόσο µεγάλης ακρίβειας σαν αυτά των δορυφόρων µιας και αυτό θα σήµαινε κατακόρυφη αύξηση του κόστους τους. Γενικά, τα σφάλµα στο ρολόγια των δεκτών είναι της τάξης των 200 ns µέχρι µερικά ms που σηµαίνει ότι το σφάλµα που εισαγάγουµε ποικίλει από μ. ή και παραπάνω. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, προκειµένου να υπολογίσουµε τις συντεταγµένες ενός δέκτη, δηλαδή το διάνυσµα θέσης του (x, y, z), πραγµατοποιούµε πολλές µετρήσεις προς πολλούς, τουλάχιστον τέσσερεις, δορυφόρους. Έτσι η λύση προκύπτει από µια µέθοδο ελαχίστων τετραγώνων κατά την οποία εκτιµούµε τις άγνωστες παραµέτρους ελαχιστοποιώντας το τετράγωνο του διανύσµατος των σφαλµάτων τους (Δερµάνης 1986). Σε πλήρη αναλογία, έχουµε τη δυνατότητα να εισαγάγουµε το σφάλµα του χρονοµέτρου του δέκτη σαν µία τέταρτη άγνωστη παράµετρο σε αυτή τη διαδικασία συνόρθωσης των παρατηρήσεων και να υπολογίσουµε µία βέλτιστη εκτίµησή της. Βέβαια, προκειµένου να εισαχθεί το χρονόµετρο του δέκτη σαν άγνωστη ποσότητα πρέπει οι παρατηρήσεις προς τους (τέσσερεις) δορυφόρους να είναι ταυτόχρονες µιας και αν πραγµατοποιούνται διαφορετικές χρονικές στιγµές θα έχουν διαφορετικά σφάλµατα χρονοµέτρου του δέκτη. Μία άλλη δυνατότητα απαλοιφής του σφάλµατος του χρονοµέτρου του δέκτη είναι το διαφορικό GPS δηλαδή ο σχηµατισµός απλών διαφορών µεταξύ δορυφόρων. 44

66 Τα σφάλµατα παρατηρήσεων Ιονοσφαιρικά και Τροποσφαιρικά σφάλματα Ιονόσφαιρα Υπολογίζοντας τις αποστάσεις από τους δορυφόρους, υπολογίζουμε αρχικά το χρόνο που χρειάζεται το σήμα για να έρθει στον δέκτη και μετά πολλαπλασιάζουμε με την ταχύτητα του φωτός. Το πρόβλημα είναι ότι η ταχύτητα του φωτός διαφέρει λόγω ατμοσφαιρικών συνθηκών. Το πάνω μέρος της ατμόσφαιρας, η ιονόσφαιρα, περιέχει φορτισμένα ιόντα τα οποία ενώ εισάγουν καθυστέρηση στην μετάδοση του κώδικα, επιταχύνουν την μετάδοση του φέροντος κύματος. Το μέγεθος της επίδρασης της ιονόσφαιρας είναι μεγαλύτερο κατά την διάρκεια της ημέρας από ότι το βράδυ. Το μέγεθος της επίδρασης επίσης έχει μια κυκλική περίοδο 11 χρόνων κατά την οποία παρουσιάζει maximum και minimum τιμή. Ο κύκλος μετά θα επαναληφθεί. Οι επιδράσεις της Ιονόσφαιρας, αν δεν εξαλειφθούν, επιφέρουν σφάλματα στις μετρήσεις των αποστάσεων έως και 10 μέτρα. Μερικοί δέκτες χρησιμοποιούν ένα μαθηματικό μοντέλο για τις επιδράσεις της Ιονόσφαιρας. Με την κατά προσέγγιση γνώση της πυκνότητας των φορτισμένων ιόντων, η επίδραση της ιονόσφαιρας μπορεί να ελαττωθεί κατά 50%. Τα εναπομείναντα σφάλματα είναι όμως ακόμα σημαντικά. Η επίδραση της ιονόσφαιρας στα ηλεκτρονικά σήματα εξαρτάται από την συχνότητα του σήματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση. Αν εκπέμψουμε ταυτόχρονα δύο σήματα διαφορετικών συχνοτήτων η καθυστέρηση στην μετάδοση του σήματος στην μια συχνότητα θα είναι για παράδειγμα 5 μέτρα ενώ στην άλλη θα είναι 6 μέτρα. Δεν μπορούμε να υπολογίσουμε το απόλυτο μέγεθος της επίδρασης σε κάθε συχνότητα, αλλά μπορούμε να υπολογίσουμε την διαφορά υπολογίζοντας την διαφορά στον χρόνο λήψης των δύο σημάτων που στην περίπτωση αυτή είναι 1 μέτρο. Με αυτό τον τρόπο και χρησιμοποιώντας γνωστούς τύπους εξαρτημένων συχνοτήτων ιονοσφαιρικής καθυστέρησης, μπορούμε να εξαλείψουμε την επίδραση της ιονόσφαιρας στις μετρήσεις μας χρησιμοποιώντας δέκτες δύο συχνοτήτων. Τροπόσφαιρα Το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας, το οποίο περιέχει υδρατμούς ονομάζεται τροπόσφαιρα. Η επίδραση της είναι η καθυστέρηση στην μετάδοση και του κώδικα, και του φέροντος κύματος. Οι επιδράσεις της τροπόσφαιρας δεν μπορούν να εξαλειφθούν ούτε με την χρήση δεκτών δύο συχνοτήτων. Ο μόνος τρόπος για να εξαλειφθούν αυτά τα σφάλματα είναι με μετρήσεις της υγρασίας, της θερμοκρασίας και της ατμοσφαιρικής πίεσης και της 45

67 εφαρμογής αυτών σε μαθηματικό μοντέλο το οποίο θα υπολογίσει την καθυστέρηση της τροπόσφαιρας. Εικόνα Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης Σφάλµατα σταθµού- Σφάλμα πολλαπλών διαδρομών (multipath) Όταν μετράμε την απόσταση από ένα δορυφόρο, υποθέτουμε ότι το σήμα έρχεται κατευθείαν από τον δορυφόρο στην κεραία του δέκτη. Εκτός όμως από το απευθείας σήμα, υπάρχουν και ανακλώμενα σήματα από το έδαφος ή από αντικείμενα κοντά στην κεραία, τα οποία λαμβάνονται από την κεραία και επιδρούν με το απευθείας σήμα. Το σύνθετο σήμα δημιουργεί μια αβεβαιότητα για τον αληθή χρόνο λήψης του σήματος, με τον ίδιο τρόπο με τον οποίο η ηχώ δημιουργεί μια αβεβαιότητα για τον ακριβή χρόνο τον οποίο μεταδόθηκε-παράχθηκε κάποιος ήχος. Αν το ανακλώμενο σήμα είναι σημαντικά μεγαλύτερο από το απευθείας σήμα (περισσότερο από 10 μέτρα) έτσι ώστε τα δύο σήματα να μπορούν να διαχωριστούν, τότε το σφάλμα πολλαπλών διαδρομών (multipath) μπορεί να ελαττωθεί με κατάλληλες τεχνικές επεξεργασίας σημάτων. Ο Burlet (2001) αποδίδει συγκεντρωτικά τα σφάλματα στον απόλυτο προσδιορισμό θέσης, με τον παρακάτω πίνακα (Πίνακας ): 46

68 ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Δορυφόροι Διάδοση σήματος Δέκτες Σφάλμα τροχιάς Ιονοσφαιρικό Σφάλμα Θόρυβος ή τυχαίο σφάλμα παρατήρησης Σφάλμα ρολογιού Τροποσφαιρικό Σφάλμα Σφάλμα της μεταβολής του κέντρου φάσης της κεραίας Σφάλμα πολλαπλών διαδρομών (Σφάλμα Πολύανάκλασης) Σφάλμα από επίδραση της θερμοκρασίας θορύβου κεραίας Πίνακας Σφάλματα συστήματος στον απόλυτο προσδιορισμό θέσης GDOP Geometric Dilution Of Precision Στις προηγούμενες παραγράφους αναφερθήκαμε στα σφάλματα τα οποία υπεισέρχονται στις μετρήσεις των αποστάσεων από τους δορυφόρους τα οποία ονομάζονται range errors. Η ερώτηση που τίθεται τώρα είναι ποια είναι η σχέση μεταξύ αυτών των σφαλμάτων και του σφάλματος στον υπολογισμό της θέσης. Με άλλα λόγια πόσα μέτρα σφάλματος εισάγεται στον υπολογισμό της θέσης για κάθε μέτρο σφάλματος στον υπολογισμό της απόστασης δορυφόρου-δέκτη. Η απάντηση είναι ότι εξαρτάται από τον αριθμό των δορυφόρων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της θέσης και από την γεωμετρία τους στον ορίζοντα. Για παράδειγμα αν τέσσερις δορυφόροι είναι συγκεντρωμένοι σε κάποιο σημείο του ορίζοντα, τότε ένα μέτρο σφάλματος στον υπολογισμό των αποστάσεων προς αυτούς είναι πιθανό να εισάγει δεκάδες ή εκατοντάδες μέτρα σφάλματος στον υπολογισμό της θέσης. Αν όμως αρκετοί δορυφόροι είναι διασκορπισμένοι στον ορίζοντα τότε το σφάλμα στον υπολογισμό της θέσης είναι πιθανό να είναι μικρότερο από 1.5μ για κάθε μέτρο σφάλματος στον υπολογισμό των αποστάσεων προς τους δορυφόρους. Η επίδραση της γεωμετρίας των δορυφόρων στο σφάλμα υπολογισμού της θέσης ονομάζεται GDOP και μπορεί χονδρικά να ερμηνευτεί ως ο λόγος του σφάλματος υπολογισμού της θέσης με το σφάλμα υπολογισμού των αποστάσεων προς τους δορυφόρους. Στο σχήμα που ακολουθεί φανταστείτε ένα τετράεδρο το οποίο σχηματίζεται από τις γραμμές που συνδέουν τον δέκτη-κεραία GPS, με τους δορυφόρους. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος αυτού του τετραέδρου τόσο μικρότερο (καλύτερο) είναι το GDOP. Στις περισσότερες περιπτώσεις όσους περισσότερους δορυφόρους λαμβάνουμε τόσο καλύτερο είναι το GDOP. 47

69 Εικόνα GDOP Ο GDOP υπολογίζεται από τις γεωμετρικές σχέσεις μεταξύ της θέσης δεκτών και των θέσεων των δορυφόρων που ο δέκτης χρησιμοποιεί για τη πλοήγηση. Για λόγους προγραμματισμού GDOP υπολογίζεται συχνά από τα ημερολόγια μία κατ' εκτίμηση θέση. Κατ' εκτίμηση GDOP δεν λαμβάνει υπόψη τα εμπόδια που εμποδίζουν την οπτική επαφή από τη θέση στους δορυφόρους. Κατ' εκτίμηση GDOP μπορεί να μην είναι εφικτή στον τομέα. Οι όροι GDOP υπολογίζονται συνήθως χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους από τη διαδικασία λύσης της πλοήγησης. Όταν το GDOP λάβει τιµές µεγαλύτερες από 6 η γεωµετρία του συστήµατος δεν θεωρείται ικανοποιητική για τον ασφαλή προσδιορισµό θέσης. Η κατάσταση αυτή δεν είναι σπάνια και εµφανίζεται όταν οι παρατηρούµενοι δορυφόροι τείνουν να γίνουν συνεπίπεδοι στο χώρο ή ακόµη όταν ο αριθµός τους είναι µικρός. Στην περίπτωση αυτή έχουµε τη γνωστή αναξιοπιστία του GPS (outage). Φτωχό GDOP, μια μεγάλη αξία που αντιπροσωπεύει έναν μικρό διανυσματικό-όγκο μονάδων, οδηγεί όταν οι γωνίες από το δέκτη στο σύνολο του SVs που χρησιμοποιείται είναι παρόμοιες. Καλό GDOP, μια μικρή αξία που αντιπροσωπεύει μια μεγάλη μονάδα-διανυσματικού-όγκου, οδηγεί όταν οι γωνίες από το δέκτη σε SVs είναι διαφορετικές. 48

70 Εικόνα Φτωχό GDOP Εικόνα Καλό GDOP Περαιτέρω ο DOP περιγράφει τη γεωμετρική αντοχή της διαμόρφωσης του δορυφόρου στην ακρίβεια μιας λύσης πλοήγησης (Yuen, M. F., 2009). Το DOP σταθμίζεται επίσης από την ακρίβεια της απόδοσης σφάλματος στις μετρήσεις πλοήγησης. Σε ένα σύστημα GPS, το DOP χρησιμοποιεί την εκτίμηση της θέσης του δέκτη GPS, τη θέση των ορατών δορυφόρων και το σφάλμα εύρους του χρήστη των δορυφόρων στον υπολογισμό του. Η υπολογιζόμενη τιμή DOP περιγράφει το επίπεδο εμπιστοσύνης στη μέτρηση της θέσης του δέκτη σύμφωνα με την μελέτη των Krieger A. W., Welch B. W., (2017), όπου στο σχήμα 1 Σχήμα 1. Δύο δορυφόροι με κακή γεωμετρία Σχήμα 2. Δύο Δορυφόροι με καλή γεωμετρία 49

71 δείχνει δύο δορυφόρους GPS και δύο έγχρωμους δακτυλίους που περιβάλλουν κάθε δορυφόρο. Αυτοί οι δορυφόροι προσπαθούν να προσδιορίσουν τη θέση του δέκτη GPS, που αντιπροσωπεύεται ως ο πορτοκαλί κύκλος. Το πλάτος αυτών των χρωματιστών δακτυλίων αντιπροσωπεύει το σφάλμα στις μετρήσεις της εμβέλειας των δορυφόρων. Η περιοχή όπου τέμνονται αυτά τα δαχτυλίδια είναι έγχρωμη πράσινη και αντιπροσωπεύει την περιοχή στην οποία πρέπει να εντοπιστεί ο δέκτης GPS. Στο σχήμα 1, η πράσινη περιοχή της αβεβαιότητας είναι μεγάλη. Στο Σχήμα 2, οι δύο δορυφόροι έχουν το ίδιο σφάλμα στις μετρήσεις εμβέλειας και σε διαφορετική διαμόρφωση. Αυτή η διαμόρφωση ελαχιστοποιεί την πράσινη περιοχή της αβεβαιότητας στην εκτίμηση της πλοήγησης. Το σχήμα 1 παρουσιάζει μικρότερη ακριβεία επειδή οι δορυφόροι έχουν μικρό γωνιακό διαχωρισμό. Σε αντίθεση με το σχήμα 2 το οποίο παρουσιάζει υψηλή ακριβεία, επειδή η γωνία μεταξύ των δορυφόρων και του δέκτη ελαχιστοποιεί τις αλληλεπικαλυπτόμενες περιοχές σφάλματος στις μετρήσεις τους. (Krieger A. W., Welch B. W., 2017). Άλλες παράμετροι DOP που μπορεί να αξιοποιηθούν με χρήσιμο τρόπο για να χαρακτηρίσουν την ακρίβεια είναι: η κατά θέση συνεισφορά DOP (Position Dilution of Precision PDOP), η οριζόντια συνεισφορά DOP (Horizontal Dilution of Precision HDOP), η κατακόρυφη συνεισφορά DOP (Vertical Dilution of Precision VDOP) και η κατά χρόνο συνεισφορά DOP (Time Dilution of Precision TDOP). Οι παράμετροι αυτοί DOP ορίζονται με βάση το δορυφορικό σφάλμα UERE User Equivalent Range Error (δηλαδή το σφάλμα μεταξύ του δέκτη και ενός δορυφόρου) και τα στοιχεία του πίνακα συνδιακύμανσης της λύσης θέσης/χρόνου (Prasad et al, 2005). Αναλυτικότερα, ανάλογα µε τις παραµέτρους της λύσης που θέλουµε να ελέγξουµε, έχουμε τα εξής είδη DOP : το γεωµετρικό DOP (Geometrical Dilution Of Precision GDOP) που υπολογίζεται ως το ίχνος των αβεβαιοτήτων στις συντεταγµένες της θέσης και τη διόρθωση του χρονοµέτρου του δέκτη. Περιλαµβάνει γεωγραφικό µήκος, γεωγραφικό πλάτος, ελλειψοειδές υψόµετρο και χρόνο ή τις αντίστοιχες καρτεσιανές συντεταγµένες (Χ,Υ,Ζ) και χρόνο. Το DOP θέσης (Postion Dilution Of Precision PDOP) που υπολογίζεται ως το ίχνος των αβεβαιοτήτων στις συντεταγµένες της θέσης του δέκτη Περιλαµβάνει γεωγραφικό µήκος, γεωγραφικό πλάτος, ελλειψοειδές υψόµετρο ή τις αντίστοιχες καρτεσιανές συντεταγµένες (Χ,Υ,Ζ). Χρησιμοποιείται συνήθως για την αξιολόγηση της ακρίβειας των συστημάτων πλοήγησης (Yuen, M. F., 2009) 50

72 Το DOP χρόνου (Time Dilution Of Precision TDOP) που υπολογίζεται ως το ίχνος της αβεβαιότητας στη διόρθωση του χρονοµέτρου του δέκτη. Περιλαµβάνει μόνο χρόνο. Το DOP οριζόντιας θέσης (Horizontal Dilution Of Precission HDOP) που υπολογίζεται ως το ίχνος των αβεβαιοτήτων στις οριζόντιες συντεταγµένες της θέσης του δέκτη. Περιλαµβάνει γεωγραφικό µήκος και γεωγραφικό πλάτος ή τις αντίστοιχες καρτεσιανές συντεταγµένες (Χ, Υ). Το VDOP κατακόρυφης θέσης (Vertical Dilution Of Precission VDOP) που υπολογίζεται ως το ίχνος της αβεβαιότητας στην κατακόρυφη θέση του δέκτη Περιλαµβάνει µόνο ελλειψοειδές υψόµετρο ή την αντίστοιχη καρτεσιανή συντεταγµένη (Ζ). Προσοχή πρέπει να δοθεί στο ότι όλα τα DOP αποτελούν µέτρα ακρίβειας των παρατηρήσεων οπότε πρέπει πάντα να εκφράζονται σαν ένα εύρος τιµών, δηλαδή ±. Τέλος πρέπει πάντα να συνοδεύονται από τη µονάδα στην οποία εκφράζονται, π.χ. m, cm. Πρέπει να σηµειωθεί ότι οι υπολογισµοί των GDOP, PDOP και TDOP αναφέρονται στο παγκόσµιο γεωκεντρικό σύστηµα αναφοράς που χρησιµοποιείται από το GPS δηλαδή στο WGS84. Ο υπολογισμός του DOP για μια μέτρηση πλοήγησης έχει πολλές εφαρμογές. Μία χαμηλότερη τιμή DOP σημαίνει ότι υπάρχει υψηλό επίπεδο εμπιστοσύνης στην ακρίβεια της μέτρησης πλοήγησης και ότι μια υψηλότερη τιμή DOP σημαίνει ότι υπάρχει μικρότερη εμπιστοσύνη στη μέτρηση αυτή. Στην περίπτωση πολλαπλών δορυφόρων GPS και ενός ενιαίου δέκτη GPS, η τιμή PDOP χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ακρίβειας της υπολογιζόμενης θέσης του δέκτη GPS. Οι δέκτες GPS χρησιμοποιούν PDOP για να προσδιορίσουν εάν η υπολογιζόμενη θέση του δέκτη GPS πρέπει να χρησιμοποιηθεί ως ακριβής θέση ή όχι. Εάν η τιμή PDOP είναι πάνω από ένα καθορισμένο όριο (υπερβολική αραίωση της ακρίβειας), ο δέκτης GPS δεν θα χρησιμοποιήσει αυτή τη μέτρηση θέσης επειδή υπάρχει υπερβολική αβεβαιότητα. Το DOP μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση των επιπτώσεων της προσθήκης ή αφαίρεσης δορυφόρων από τον αστερισμό του GPS. Γενικά, η προσθήκη περισσότερων πηγών σε μια λύση πλοήγησης αυξάνει την ακρίβειά της και μειώνει το DOP. Χρησιμοποιώντας μετρήσεις DOP, μπορεί κανείς να καθορίσει πόσο πιο ακριβές GPS θα ήταν εάν ένας, δύο ή τρεις δορυφόροι προστέθηκαν στο σύστημα. (Krieger A. W., Welch B. W., 2017) Πρέπει να τονιστεί ότι οι τιµές του DOP που επιθυµούµε είναι όσο το δυνατόν µικρότερες γίνεται. Όταν το DOP λάβει τιµές µεγαλύτερες του 8 τότε θεωρούµε ότι η γεωµετρία του 51

73 συστήµατος δεν είναι καλή για τον ασφαλή προσδιορισµό θέσης. Στην πράξη, θεωρούµε ότι οι τιµές του DOP είναι αποδεκτές όταν δεν ξεπερνούν το 6. Όπως αναφέρει και ο Burlet (2001) όσο χαμηλότερη είναι η τιμή του PDOP τόσο καλύτερη είναι η γεωμετρία της διάταξής των δορυφόρων και αυτό το αποδίδει στον παρακάτω Πίνακα : Πίνακας PDOP και Γεωμετρία Δορυφόρων Τιμές PDOP Γεωμετρία Δορυφόρων <4 πολύ καλή 4-6 καλή 6-8 μέτρια 8 12 κακή >12 πολύ κακή Όλα τα σφάλματα τα οποία προαναφέρθηκαν επιφέρουν σφάλμα 10 μέτρων στον υπολογισμό των αποστάσεων προς τους δορυφόρους, το οποίο με τυπικό GDOP περίπου 2 επιφέρει σφάλμα στον υπολογισμό της θέσης της τάξης των 20 μέτρων περίπου. Το Αμερικάνικο Υπουργείο Αμύνης καθόρισε ότι παρέχοντας αυτής της τάξης την ακρίβεια στο κοινό, είναι εναντίον των συμφερόντων των Ηνωμένων Πολιτειών. Για τον λόγο αυτό το Υπουργείο εισήγαγε «εσκεμμένο» συστηματικό σφάλμα το οποίο υποβαθμίζει την ακρίβεια εντοπισμού θέσης. Αυτή η υποβάθμιση της ακρίβειας του συστήματος ονομάζεται "επιλεκτική διαθεσιμότητα (Selective Availability) και εφαρμόζεται παραποιώντας τα χρονόμετρα των δορυφόρων και μεταδίδοντας ανακριβή τροχιακή πληροφορία. Αυτό μεταφράζεται σε μία χρονικά μεταβαλλόμενη διαταραχή της ψευδοαπόστασης (pseudorange), της μέτρησης της φέρουσας-φάσης και των δεδομένων πλοήγησης. Τα λάθη ρολογιών εισήγαγαν τυχαία ταλάντωση της τάξης των 4 έως 12 λεπτών και διακύμανση του σφάλματος ψευδοαποστάσεων (pseudorange) μέχρι 70 μ. Οι στρατιωτικοί δέκτες είναι εξοπλισμένοι με ειδικό "hardware" το οποίο εξαλείφει την επίδρασης της επιλεκτικής διαθεσιμότητας. Η επιλεκτική διαθεσιμότητα μπορεί να τεθεί On ή Off από τους επίγειους σταθμούς ελέγχου του GPS. Από την 1η Μαίου 2000, η επιλεκτική διαθεσιμότητα (SA) απενεργοποιήθηκε εξαλείφοντας, ως εκ τούτου, τη σημαντικότερη πηγή λάθους στον προσδιορισμό θέσης. Σαν αποτέλεσμα αυτού η ακρίβεια εντοπισμού που παρέχει το σύστημα GPS είναι και πάλι 20 μέτρα περίπου. Το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS) χρησιμοποιείται σε μια συνεχώς αυξανόμενη ποικιλία εφαρμογών διαχείρισης δασών και φυσικών πόρων. Αυτές οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τυπικές δραστηριότητες δασοκομίας όπως χαρτογράφηση, τοπογραφική μελέτη, απογραφή δασών. Ωστόσο, οι ακριβείς σχεδιασμοί, η διαχείριση και οι αποφάσεις λειτουργίας 52

74 απαιτούν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την τοποθέτηση σημείων δειγματοληψίας, επαλήθευση των περιοχών ως βάση πληρωμής, δημιουργία ψηφιακών μοντέλων εδάφους. Δεδομένου ότι το GPS χρησιμοποιεί σήματα μικροκυμάτων και δεδομένου ότι η βλάστηση μπορεί να επηρεάσει την αποτελεσματικότητα των σημάτων μικροκυμάτων, έχουν ολοκληρωθεί ορισμένες εργασίες για να εξακριβωθεί η χρησιμότητα του GPS κάτω από συνθήκες πυκνής δασοκάλυψης. Η δασική βλάστηση και η τοπογραφία ενδέχεται να εμποδίσουν τα δορυφορικά σήματα που αποστέλλονται στην κεραία GPS προκαλώντας απώλεια θέσεων. Σε περίπτωση μπλοκαρίσματος σήματος, ο δέκτης GPS θα μεταβεί σε άλλο αστερισμό δορυφόρων ή η κεραία πρέπει να μετακινηθεί έτσι ώστε να μπορούν να αποκτηθούν ανεμπόδιστα σήματα. Εικόνα Προσδιορισμός θέσης GPS κάτω από δύσκολες τοπογραφικές συνθήκες Μια άλλη παρεμβολή σήματος που εμφανίζεται κάτω από την κομοστέγη των δασών είναι η πολλαπλή διαδρομή, ένας όρος που περιγράφει την περίσταση όταν ένα δορυφορικό σήμα φτάνει στην κεραία του δέκτη με δύο ή περισσότερα μονοπάτια (Liu και Brantigan, 1995). Εικόνα Πολύ-ανάκλαση του σήματος 53

75 2.2.3 Eυρήματα μελετών σχετικά με την ακρίβεια του συστήματος GPS σε Δασογενή περιβάλλοντα Σε μια έρευνα που διεξήχθη στην Ιαπωνία από τους Souza και Hasegawa (2013), εξετάστηκε η ακρίβεια των δεκτών GPS σε διαφορετικές συνθήκες δασικού περιβάλλοντος καθ όλη τη διάρκεια ενός έτους. Τα σημεία που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: α) εντός δασικού δρόμου με το μέσο άνοιγμα προς τον ουρανό να υπολογίζεται από τους ερευνητές σε 79,1%, β) εντός κλειστής συστάδας κωνοφόρων με μέσο άνοιγμα προς τον ουρανό 20,8%, γ) εντός κλειστής συστάδας φυλλοβόλων με μέσο άνοιγμα στην κομοστέγη 28,7% και δ) εντός κλειστής συστάδας αειθαλών δέντρων και ταυτόχρονα σε πλαγιά, το μέσο άνοιγμα προς τον ουρανό ήταν 15,9% (Εικόνα ) Εικόνα Άποψη του ουρανού στις τέσσερις καταστάσεις του πειράματος των Souza και Hasegawa (2013) (Πηγή: Souza & Hasekawa, 2013). Τα αποτελέσματα των Souza και Hasegawa (2013) έδειξαν πως η αύξηση του χρόνου παραμονής στη θέση μπορεί να αυξήσει την ακρίβεια στον υπολογισμό αλλά κυρίως όταν υπάρχουν κάπως ευνοϊκές συνθήκες όπως αυτές σε ένα δασικό δρόμο, διότι δε φάνηκε να αυξάνει την ακρίβεια στις άλλες καταστάσεις. Για τις τελευταίες προτείνουν παραμονή στην κάθε θέση για βελτίωση του σήματος 10 έως 15 λεπτών. Η ακρίβεια εξαρτάται από μια περίπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ διαφόρων παραγόντων. Πολλοί χρήστες επενδύουν σε δείκτες GNSS, παρά τις πολύ υψηλές τιμές τους, λόγω της υψηλής ακρίβειας της συλλογής δεδομένων Χ, Υ και Ζ. Σε δύσκολα όμως περιβάλλοντα όπως τα δασικά, οι μετρήσεις με δέκτες GNSS, παρουσιαζουν αυξημένο σφάλμα θέσης λόγω της πολλαπλής διαδρομής του σήματος που προκαλείται από τα δέντρα. 54

76 Ο Michał Zasada (2014) έθεσε ως κεντρική ιδέα της εργασίας του την ανύψωση της κεραίας ενός δέκτη GNSS κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, προκειμένου να μειωθεί η πολλαπλή διαδρομή στο υψηλότερο τμήμα των δασών. Ένας πόλος 15 μέτρων χρησιμοποιήθηκε για να συλλάβει το σήμα GNSS σε ύψος 5, 10 και 15μ. πάνω από το επίπεδο του εδάφους, σε διάφορες δασικές συνθήκες. Ο βασικός παράγοντας, ο οποίος καθορίσε την ακρίβεια ήταν ο τρόπος λειτουργίας του δέκτη. Όταν βρισκόταν στη λειτουργία FIXED, τα αποτελέσματα που λαμβάνονταν ήταν πιο αξιόπιστα από αυτά που λαμβάνονταν κατά τη λειτουργία FLOAT. Λόγω των δύσκολων συνθηκών στη βάση του δάσους, η εμφάνιση του τρόπου FIXED δεν ήταν πάντοτε δυνατή, αλλά πολύ πιθανότερη σε υψηλότερα υψόμετρα. Ωστόσο, ο τρόπος FLOAT ήταν πιο πιθανό να εμφανιστεί στις συνθήκες του δάσους και η ακρίβεια των συντεταγμένων X και Y ήταν ± 0,81μ και 1,11μ για την ανύψωση (συντεταγμένη Ζ). Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτεύχθηκαν για τις συντεταγμένες Χ και Υ σε υψόμετρο 10μ σε κατάσταση χωρίς φύλλα με μέσο σφάλμα ± 0,54μ για τον τρόπο λειτουργίας FLOAT. Επομένως, δεν μπορούμε να υποθέσουμε ότι η ανύψωση της κεραίας GNSS θα βελτιώσει την ακρίβεια σε κάθε περίπτωση. Βασιζόμενοι στην ίδια λογική οι Blum, Bischof, Sauter & Foeller (2015) προσπάθησαν να βρούν μια εύκολη στην εφαρμογή και υψηλής ακρίβειας λύση για την πλοήγηση σε πραγματικό χρόνο μέσα στα δάση. Για την διερεύνηση της λήψης σήματος του (GNSS) πάνω από την κομοστέγη του δάσους, διεξήγαγαν στατικές μετρήσεις με δύο κεραίες δακτυλίων, που επιδιώκαν να μειώσουν σημαντικά τα αποτελέσματα των πολλαπλών διαδρομών, σε δύο ύψη σε 19 θέσεις δοκιμών στην περιοχή του ορεινού δάσους Μαύρης Πεύκης, στη Νότια Δυτική Γερμανία. Δεδομένου ότι ο στόχος για δυναμική πλοήγηση είναι αληθής στα 0,35μ., όλες οι τοποθεσίες έδειξαν σημαντικά χαμηλότερη ακρίβεια από αυτή κάτω από την κομοστέγη. Από την εξέταση των αιτιών της χαμηλής αυτής ακρίβειας, τα δεδομένα μας δείχνουν σαφώς μια συσχέτιση μεταξύ της πυκνότητας της κομοστέγης και της μειωμένης ακρίβειας. Η έρευνα κατέληξε πως ο τύπος των φύλλων των δέντρων, οι πλαγιές και η κατεύθυνση έχουν επιρροή στην ακρίβεια, αλλά πολύ μικρότερη από το άνοιγμα του ουρανού. Το συμπέρασμα ήταν ότι η εφαρμογή κεραίας GNSS υψηλής ακρίβειας, ως ενιαίου μέσου βελτιστοποίησης, δεν πληροί τις απαιτήσεις για πλοήγηση σε πραγματικό χρόνο μέσα σε δασικές εκτάσεις και απαιτείται περαιτέρω έρευνα για βελτίωση. Ο Cuneyt Erenoglu (2017) σε μια προσπάθεια να αξιολογησεί την ακρίβεια και την αξιοπιστία του GPS/GNSS, στον προσδιορισμό θέσης μιας μόλυνσης που έλαβε χώρα σε δασικό περιβάλλον, ερεύνησε δύο σύνολα δεδομένων τα οποία συλλέχθηκαν χωριστά, το πρώτο σε ανοιχτό ουρανό και τα άλλο κάτω από συστάδες δέντρων. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως η ακρίβεια και η αξιοπιστία του προσδιορισμού θέσης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αναλογία του δασικού θόλου και τη δορυφορική διαθεσιμότητα. Το ελάχιστο ανιχνεύσιμο 55

77 σφάλμα στην βασική γραμμή εκτιμήθηκε περίπου 2,5mm κάτω από κλειστή κομοστέγη. Το συμπέρασμα ήταν πως οι παρουσιαζόμενες έννοιες ακρίβειας και αξιοπιστίας ικανοποιούν την απαίτηση που προτείνεται από το παγκόσμιο σύστημα γεωδαιτικής παρατήρησης σε δασικό περιβάλλον. Οι Stergiadou et al (2003) εξέτασαν την συνεισφορά διαφόρων τύπων δεκτών GPS στην αειφόρο ανάπτυξη σε ορεινές περιοχές. Στη δασική έκταση Κισσός του όρους Χορτιάτη κάνοντας χρήση των δεικτών GPS System 500 της Leica και emap της Garmin και συγκρίνοντας της μετρήσεις αυτές με αληθείς τιμές που προέκυψαν από τη χρήση του γεωδαιτικού σταθμού TC 805 της Leica, υπολόγισαν τα παρακάτω: σφάλμα ίσο με 3,1695 μέτρα κατά Ε, 1,5044 μέτρα κατά Ν και 0,7478 μέτρα κατά Ν με τον δέκτη GPS System 500 της Leica και σφάλμα ίσο με 3,5840 κατά Ε, 3,3730 κατά Ν και 75,1660 κατά Ζ με τον δέκτη emap της Garmin, και υπογράμμισαν ότι οι μεγάλες τιμές σφαλμάτων οφείλονται στην επιλεκτική διαθεσιμότητα (Selective Availability) που εφαρμόστηκε τις ημέρες των μετρήσεων καθώς οι μετρήσεις πεδίου συνέπεσαν με τον πόλεμο στο Ιρακ. Οι Δρόσος κ.α. (2004) συνέκριναν τις συντεταγμένες που προέκυψαν από αποτύπωση 30 σημείων σε δασική περιοχή, με ηλεκτροπτικό θεοδόλιχο και με το δέκτη GPS etrex Legend της GARMIN. Το μέσο αριθμητικό σφάλμα (μα) του απόλυτου υψομέτρου που υπολογίστηκε ήταν ± 5,0634 μέτρα, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μτ) του απόλυτου υψομέτρου που υπολογίσθηκε ήταν ± 8,3735 μέτρα και τελικά το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου ήταν ± 1,595 μέτρα. Με απόρριψη όμως 8 σημείων, καθώς οι μετρήσεις τους θεωρήθηκαν ανακριβής γιατί επηρεάστηκαν από το γεγονός ότι βρίσκονταν κάτω από πυκνή κόμη, το μέσο αριθμητικό σφάλμα (μα) του απόλυτου υψομέτρου που υπολογίστηκε ήταν ± 0,9174 μέτρα, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μτ) του απόλυτου υψομέτρου που υπολογίσθηκε ήταν ± 1,5399 μέτρα και τελικά το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου ήταν ± 0,3283 μέτρα. Οι Καραγιάννης κ.α (2005) ερεύνησαν την ακρίβεια υψομέτρησης με δέκτη χειρός σε δασικό δρόμο και το μέσο αριθμητικό σφάλμα (μα) του απόλυτου υψομέτρου που υπολογίστηκε ήταν ± 11,3318 μέτρα, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μτ) του απόλυτου υψομέτρου που υπολογίσθηκε ήταν ± 12,4237 μέτρα και τελικά το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου ήταν ± 1,7397 μέτρα. Κατέληξαν έτσι στο συμπέρασμα ότι η χρήση των δεκτών αυτών σε μελέτες χάραξης δρόμου για τη διάνοιξη των δασών είναι απαγορευτική. Επίσης στην ίδια έρευνα τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η λήψη σήματος των δορυφόρων στο δάσος παρουσίαζε προβλήματα με το 19% των μετρήσεων να απορρίπτονται καθώς παρουσίασαν ιδιαίτερα μεγάλα σφάλματα. 56

78 Η αξιοποίηση των GPS σε δασικές εφαρμογές μέσα στο δάσος, παρουσιάζει προβλήματα στη λήψη του σήματος. Έτσι σε μια λωρίδα δρόμου πλάτους 5 μέτρων, μπορεί να προσδιοριστεί η θέση μόνο του 44% των σημείων, ενώ σε ελεύθερο πεδίο το 89%. Η ακρίβεια εξαρτάται από τη διαχειριστική μορφή της συστάδας, το φύλλωμα και τον αριθμό και τη θέση των δορυφόρων που είναι στη διάθεσή μας (Δούκας, 2001). Την ακρίβεια του γεωδαιτικού GPS σε δασικό περιβάλλον ελληνικών συνθηκών εξέτασε η Αργυροπούλου (2011) εφαρμόζοντας το σύστημα HEPOS και των τριών τεχνικών αυτού της Single Base RTK, της τεχνικής RTK με Εικονικούς Σταθμούς Αναφοράς (VRS-RTK) και της τεχνικής Network DGPS σε πέντε διαφορετικά δασικά περιβάλλοντα: α) σε άξονα δασικού δρόμου, β) κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους πλατυφύλλου Δρυός, γ) σε δασική χορτολιβαδική έκταση, δ) σε περιβάλλον αστικού τύπου (κτιριακές εγκαταστάσεις σε δασικό περιβάλλον) και ε) σε τριγωνομετρικό σημείο. Για την αξιολόγηση της αξιοπιστίας του εν λόγω συστήματος στα δασικά περιβάλλοντα και την εξαγωγή συμπερασμάτων, σύγκρινε τις τιμές των συντεταγμένων των σημείων στις παραπάνω πέντε διαφορετικές περιβαλλοντικές και τοπογραφικές συνθήκες, χρησιμοποιώντας τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TRC 407 του οποίου οι μετρήσεις λήφθηκαν ως αληθείς τιμές και του GPS δέκτη Leica GS09 GNSS. Τα συμπεράματα ήταν πως η τεχνική Single Base παρέχει αποτελέσματα μεγαλύτερης ακρίβειας σε σχέση με την τεχνική VRS-RTK, ενώ η τελευταία με τη σειρά της αποδεικνύεται αποτελεσματικότερη από την τεχνική Network DGPS κάτω από κομοστέγη υψηλού δάσους πλατυφύλλου Δρυός και σε περιβάλλον αστικού τύπου (κτιριακές εγκαταστάσεις σε δασικό περιβάλλον). Μια μεταβλητότητα σε σχέση με το παραπάνω συμπέρασμα, παρατηρείται στις μετρήσεις στον άξονα του δασικού δρόμου, στη δασική χορτολιβαδική έκταση και στο τριγωνομετρικό σημείο όπου οι τεχνικές Single Base και VRS-RTK παρουσιάζονται ισάξιες και σε κάθε περίπτωση ανώτερες σε σχέση με την τεχνική Network DGPS. Όσον αφορά τα περιβάλλοντα μέτρησης, τα καλύτερα αποτελέσματα οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλματος θέσης) για τις τεχνικές Single Base και VRS-RTK παρουσιάστηκαν, κατά σειρά προτεραιότητας, στο τριγωνομετρικό σημείο, στη δασική χορτολιβαδική έκταση, στο περιβάλλον αστικού τύπου (κτιριακές εγκαταστάσεις σε δασικό περιβάλλον), στον άξονα δασικού δρόμου και τέλος κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους πλατυφύλλου Δρυός. Στην τεχνική DGPS η σειρά ήταν διαφορετική με τα καλύτερα αποτελέσματα να εμφανίζονται στη δασική χορτολιβαδική έκταση, μετά στο τριγωνομετρικό σημείο, στο περιβάλλον αστικού τύπου (κτιριακές εγκαταστάσεις σε δασικό περιβάλλον), στον άξονα δασικού δρόμου και τέλος κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους πλατυφύλλου Δρυός. Στη συνέχεια η Αργυροπούλου (2016) επέκτεινε την έρευνα της, με μετρήσεις πρωταρχικά σε περιοχή εντός κάλυψης του δικτύου HEPOS με επιμέρους διπλή τμηματοποίηση σε περιοχή με 57

79 σχεδόν κάλυψη με DPRS και σε περιοχή με αδυναμία κάλυψης με DPRS σε μεγάλο τμήμα της και μετέπειτα σε περιοχή εκτός κάλυψης του δικτύου HEPOS. Η αποτύπωση πραγματοποιήθηκε πάνω και κάτω από την κόμη Δασικής Πέυκης καχεκτικής ανάπτυξης καθώς και σε διαφορετικά δασικά περιβάλλοντα που δεν έχουν πραγματοποιηθεί ανάλογες μετρήσεις και έρευνες. Εφαρμόστημε η μέθοδος της πλευρικής εμπροσθοτομίας για τον προσδιορισμό της θέσης σημείου κάτω από την κόμη των δέντρων, με χρήση συντεταγμένων δύο σημείων τοποθετημένων σε καθαρό ουρανό με χρήση αποστασιόμετρου-ηλεκτρονικής πυξίδας λέιζερ. Μία άλλη παράμετρος που καθόρισε την έρευνα, ήταν η προσπάθεια σύνδεσης των ατμοσφαιρικών συνθηκών που επικρατούσαν λίγες ημέρες πριν και κατά την διάρκεια των αποτυπώσεων στο Δημόσιο Δάσος Λαιλιάς Σερρών και των αποτελεσμάτων που εξήχθησαν. Τα αποτελέσματα ποικίλουν ανάλογα με το περιβάλλον μέτρησης και την εφαρμοζόμενη κάθε φορά τεχνική δικτύωσης GPS. Καλύτερη τεχνική GPS για αποτυπώσεις σε δασικά περιβάλλοντα αποδείχθηκε η Single Base. Όσον αφορά την μεγαλύτερη ακρίβεια στον προσδιορισμό θέσης σημείων κάτω από την κόμη δένδρων σε δασικά περιβάλλοντα καλύτερη μέθοδος, αναδείχθηκε η πλευρική εμπροσθοτομία λαμβάνοντας υπόψη ως προϋποθέση τα εξής: σε ανοικτό ουρανό να γίνεται εφαρμογή της τεχνικής GPS Single Base με χρήση των μόνιμων σταθμών αναφοράς του δικτύου HEPOS και η μέτρηση μεταξύ των σημείων να εκτελείται με την χρήση του αποστασιόμετρου ηλεκτρονικής πυξίδας Laser TruPulse 360 o. 2.3 Δίκτυα μονίμων σταθμών GPS και δικτυακές τεχνικές Δίκτυα μονίμων σταθμών GPS Τη δεκαετία του 1990, εκτός από τις κλασσικές μεθόδους σχετικού στατικού εντοπισμού θέσης, άρχισε να αναπτύσσεται ραγδαία η χρήση τεχνικών RTK (Real Time Kinematic) με τη βοήθεια δικτύων μόνιμων σταθμών. Οι ερευνητές άρχισαν να αξιοποιούν τις παρατηρήσεις των σταθμών αυτών με στόχο τη μοντελοποίηση παραμέτρων (τροχιακά σφάλματα, τροποσφαιρικές και ιονοσφαιρικές επιδράσεις), που επηρεάζουν τον προσδιορισμό θέσης με GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Κατά τη χρήση δικτυακών τεχνικών GNSS, ο χρήστης δε χρησιμοποιεί στοιχεία που προέρχονται από ένα μόνο σταθμό αναφοράς, αλλά και επιπλέον πληροφορία που προέρχεται από ενιαία επεξεργασία μετρήσεων από περισσότερους σταθμούς, οι οποίοι ανήκουν σε ένα δίκτυο. Από τις παρατηρήσεις των μόνιμων σταθμών υπολογίζονται τα σφάλματα σε καθέναν από αυτούς και στη συνέχεια επιφάνειες που περιγράφουν τα σφάλματα εντός της περιοχής του δικτύου. Η 58

80 πληροφορία αυτή διατίθεται στον χρήστη σε μορφή που εξαρτάται από τη δικτυακή τεχνική που χρησιμοποιείται. Ένα επιπλέον πλεονέκτημα της δικτύωσης των μόνιμων σταθμών αναφοράς είναι ότι επιτρέπει την κάλυψη μίας περιοχής με λιγότερους σταθμούς, καθώς αυτοί μπορούν να τοποθετούνται σε μεγαλύτερες αποστάσεις μεταξύ τους, σε σχέση με αυτόνομους, μηδικτυωμένους σταθμούς αναφοράς (Γιαννίου & Μάστορης, 2006). Τα δίκτυα μόνιμων σταθμών GPS, δηλαδή δέκτες GPS που είναι τοποθετημένοι σε συγκεκριμένα σημεία για μεγάλη χρονική περίοδο, ενδυναμώνουν τις επιστημονικές και ερευνητικές δυνατότητες μέσα από τον συντονισμό εκπαιδευτικών και επιστημονικών δραστηριοτήτων σε εθνικό και διεθνές επίπεδο. Αρχικά, οι σταθμοί έδιναν μόνο δεδομένα στατικού εντοπισμού, όμως με την αναβάθμισή τους παρέχουν πλέον και υπηρεσίες σε πραγματικό χρόνο. Με την δημιουργία δικτύων μόνιμων σταθμών GPS ο προσδιορισμός θέσης γίνεται βάσει των δεδομένων όλων των σταθμών του δικτύου και όχι μόνο του σταθμού της «βάσης», γεγονός που επιτρέπει την αύξηση της ακρίβειας και αξιοπιστίας. Κατά συνέπεια, οι συμβατικές τεχνικές δορυφορικού εντοπισμού θέσης όπως είναι το RTK και το DGPS μπορούν να «εκτελεστούν» και σε ένα δίκτυο. Σήμερα λειτουργούν, σε παγκόσμιο επίπεδο, μερικές χιλιάδες μόνιμοι σταθμοί GPS/GNSS συνεχούς λειτουργίας σε πάνω από 50 δίκτυα για την εξυπηρέτηση εφαρμογών εντοπισμού και πλοήγησης σε παγκόσμια, ηπειρωτική, περιφερειακή, εθνική ή τοπική κλίμακα. Τυπικές περιπτώσεις τέτοιων δικτύων σε παγκόσμια κλίμακα είναι το CORS (Continuously Operating Reference Stations), το IGS (International GNSS Service) και το EPN (Euref Permanent Network) (Δεληκαράογλου, 2008) Δίκτυο CORS Το δίκτυο CORS, που είναι από τα μεγαλύτερα στον κόσμο, αποτελείται από 1800 σταθμούς εγκατεστημένους στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής, στον Καναδά, στην Ευρώπη, στην Ιαπωνία και στην Αυστραλία (Εικόνα ). Το δίκτυο έχει αναλάβει το τμήμα ερευνών NGS (National Geodetic Survey) και παρέχει δεδομένα GNSS, που περιλαμβάνουν φάσεις φέροντος κύματος και κωδίκων για τον τρισδιάστατο προσδιορισμό θέσης, τη μετεωρολογία, τον καιρό του διαστήματος και για γεωφυσικές εφαρμογές. Η παρεχόμενη ακρίβεια του δικτύου οριζοντιογραφικά και υψομετρικά κυμαίνεται σε μερικά εκατοστά. Για τη λειτουργία του δικτύου συνεργάζονται κυβερνητικοί, ιδιωτικοί και ακαδημαϊκοί οργανισμοί, όπως οι διεθνείς υπηρεσίες IGS και EPN ( 59

81 Εικόνα Δίκτυο Σταθμών Αναφοράς CORS (Πηγή: Δίκτυο IGS Το δίκτυο IGS είναι ένα παγκόσμιο δίκτυο που αποτελείται από περισσότερους από 350 σταθμούς GPS διπλής συχνότητας συνεχούς λειτουργίας, από περισσότερα από 12 περιφερειακά και λειτουργικά κέντρα δεδομένων, από 3 παγκόσμια κέντρα δεδομένων, από 7 κέντρα ανάλυσης δεδομένων και από ένα πλήθος τοπικών κέντρων ανάλυσης δεδομένων (Εικόνα ) (igscb.jpl.nasa.gov) Σκοπός του δικτύου, όπως και όλων των δικτύων τέτοιας κλίμακας, είναι η συλλογή και διάθεση δεδομένων και ο υπολογισμός αξιόπιστων προϊόντων όπως οι ακριβείς εφημερίδες GPS, οι παράμετροι περιστροφής της γης, οι συντεταγμένες και τα διανύσματα ταχύτητας των σταθμών παρακολούθησης, ο καθορισμός των πλαισίων αναφοράς ITRFyy (International Terrestrial Reference Frame) και ETRFyy (European Terrestrial Reference Frame), οι χρονικές παράμετροι των δεκτών στους σταθμούς παρακολούθησης και των δορυφόρων GPS, η εκτίμηση της ζενίθιας τροποσφαιρικής καθυστέρησης στους σταθμούς παρακολούθησης, η εκτίμηση της ποσότητας TEC και η παραγωγή ιονοσφαιρικών χαρτών για κάθε ημέρα του έτους και η υποστήριξη δορυφορικών αποστολών (Πικριδάς, 2010). 60

82 Εικόνα Δίκτυο Σταθμών Αναφοράς IGS (Πηγή: Πικριδάς, 2010) Δίκτυο EPN Το δίκτυο EPN αποτελεί την υλοποίηση του δικτύου της IGS στην Ευρώπη και αποτελείται από περισσότερους από 240 μόνιμους σταθμούς GPS (Εικόνα ). Οι σταθμοί πληρούν συγκεκριμένες γεωδαιτικές προδιαγραφές, είναι δηλαδή δέκτες δύο συχνοτήτων, συνήθως με δώδεκα κανάλια παρακολούθησης δορυφόρων σε κάθε συχνότητα και κεραία τύπου Choke Ring. Όσοι από αυτούς ανήκουν ταυτόχρονα και στο δίκτυο της IGS ακολουθούν επιπλέον ειδικές διατάξεις θεμελίωσης ( Οι βασικοί στόχοι του δικτύου είναι η δημιουργία του ευρωπαϊκού συστήματος και πλαισίου αναφοράς (ETRS-ETRF), η ανάλυση των δεδομένων, ώστε να είναι δυνατή η μετάβαση από το ευρωπαϊκό σύστημα αναφοράς σε άλλα παγκόσμια συστήματα αναφοράς (ITRS- ITRF), η δημιουργία ιονοσφαιρικών και τροποσφαιρικών μοντέλων για καλύτερη γνώση των αντίστοιχων επιδράσεων, η μελέτη της περιστροφικής κίνησης της γης, η παροχή δεδομένων στους χρήστες για κάθε είδους έρευνα και εφαρμογή σχετικά με τον προσδιορισμό θέσης και τη διαχρονική τους παρακολούθηση. 61

83 Εικόνα : Δίκτυο Σταθμών Αναφοράς EPN (Πηγή: Δικτυακές Τεχνικές RTK Με την πάροδο των χρόνων και την ανάπτυξη της τεχνολογίας, άρχισε να εφαρμόζεται η τεχνική του δικτυακού RTK, εξασφαλίζοντας βελτιωμένη ακεραιότητα, συνοχή και ακρίβεια με τη χρήση ενός αραιότερου δικτύου μόνιμων σταθμών. Η διαφορά από το Single Base RTK είναι ότι το δικτυακό RTK αξιοποιεί τα δεδομένα από όλους τους σταθμούς αναφοράς στο δίκτυο και όχι μόνο από τον πλησιέστερο σταθμό, όπως συμβαίνει με τις συμβατικές τεχνικές (Εικόνα ). Η συλλογή και η επεξεργασία των δεδομένων πραγματοποιείται στο Κέντρο Ελέγχου, από το οποίο στέλνονται οι διορθώσεις στους κινούμενους δέκτες των χρηστών στην περιοχή του δικτύου. Σκοπός είναι η επίτευξη ίδιας ακρίβειας ανεξάρτητα από την απόσταση του δέκτη από τον κοντινότερο σταθμό αναφοράς (Δεληκαράογλου, 2006). 62

84 Εικόνα Σχηματική αναπαράσταση διαφοράς δικτυακού και Single Base RTK (Πηγή: Γιαννίου, 2008α) Τα κυριότερα πλεονεκτήματα των δικτυακών τεχνικών είναι ότι αυξάνουν την ακρίβεια, την αξιοπιστία και την αποδοτικότητα του RTK. Προσφέρουν, επίσης, μεγαλύτερη εμβέλεια καθώς επιτρέπουν την κάλυψη μιας περιοχής µε λιγότερους μόνιμους σταθμούς αναφοράς (αποστάσεις 50-70χλμ). Τέλος, ελαττώνουν τους περιορισμούς που προκύπτουν καθώς αυξάνει το μήκος της βάσης. Τέτοιοι περιορισμοί αφορούν στη μείωση της ακρίβειας, την ανάγκη αύξησης του χρόνου μέτρησης και την αδυναμία χρήσης δεκτών μιας συχνότητας (Γιαννίου, 2008). Οι βασικότερες τεχνικές δικτύωσης RTK είναι: οι Εικονικοί Σταθμοί Αναφοράς - VRS (Virtual Reference Stations), οι Σταθμοί Μετάδοσης Παραμέτρων Επιφανειακών Διορθώσεων - FKP (Flachen Korrektur Parameter) και η τεχνική MAC (Master - Auxiliary Concept). Εικονικοί Σταθμοί Αναφοράς - VRS Ο προσδιορισμός θέσης µε την τεχνική VRS είναι μια πρωτοποριακή μέθοδος που στηρίζεται στη δημιουργία ενός πλασματικού σταθμού GPS, ο οποίος λειτουργεί όπως ένας πραγματικός δέκτης GPS, και αφορά κυρίως εφαρμογές πραγματικού χρόνου (RTK ή DGPS). Η τεχνική αυτή στηρίζεται στην ύπαρξη δικτύου μόνιμων σταθμών GPS σε αποστάσεις μεταξύ τους που δεν ξεπερνούν τα 50 70χλμ. (Εικόνα ) (Φωτίου & Πικριδάς, 2006). 63

85 Εικόνα VRS - Virtual Reference Stations (Πηγή: εληκαράογλου, 2008) Η βασική αρχή είναι η παρεμβολή των δεδομένων ενός πλήθους σταθμών αναφοράς για να προκύψουν τα δεδομένα διορθώσεων για τους κινητούς δέκτες, γεγονός που μειώνει σημαντικά τα συστηματικά σφάλματα των RTK μετρήσεων. Αυξάνεται η επιτρεπτή απόσταση ανάμεσα στο σταθερό και τον κινητό δέκτη και μεγαλώνει η αξιοπιστία του συστήματος. Επιπλέον, αυξάνεται η παραγωγικότητα, μειώνοντας σημαντικά το κόστος των εργασιών και το χρόνο έναρξης των μετρήσεων (initialization time). Σε περίπτωση που για οποιοδήποτε λόγο ένας σταθμός σταματήσει να συμμετέχει στο δίκτυο, τα δεδομένα διορθώσεων υπολογίζονται από τους υπόλοιπους γειτονικούς σταθμούς. Η όλη διαδικασία ξεκινά όταν κάποιος χρήστης GPS πρόκειται να εφαρμόσει τη μέθοδο RTK ή DGPS εντός ενός δικτύου μόνιμων σταθμών, οι οποίοι παρακολουθούνται συνεχώς από κάποιο υπολογιστικό κέντρο στο οποίο στέλνουν τα δεδομένα τους. Ένας εικονικός σταθμός αναφοράς είναι ένας πλασματικός σταθμός αναφοράς που απέχει λίγα μέτρα από τον χρήστη και το κέντρο λήψης σήματος της κεραίας GPS. Για τη συγκεκριμένη θέση, δημιουργούνται δεδομένα παρατηρήσεων από τα δεδομένα των γειτονικών σταθμών αναφοράς, ακριβώς σαν να γίνονταν παρατηρήσεις προς αυτούς από έναν δέκτη GPS. Ο χρήστης που μπορεί να βρίσκεται από λίγα έως και μερικές δεκάδες χιλιόμετρα μακριά από τον κοντινότερο μόνιμο σταθμό και διαθέτει ένα μέσο αµφίδροµης επικοινωνίας µε το υπολογιστικό κέντρο (πχ. radio modems, κινητό τηλέφωνο κλπ), μπορεί να αποκτήσει στην προσεγγιστική του θέση (λύση πλοήγησης), την οποία θα στείλει µε τη βοήθεια του μηνύματος ΝΜΕΑ (National Maritime Electronics Association) στο κέντρο, έναν εικονικό σταθμό αναφοράς, ο οποίος θα βρίσκεται μόλις λίγα μέτρα από το κέντρο λήψης σήματος της κεραίας GPS και που στην πραγματικότητα δεν υπάρχει (Εικόνα ) Έτσι, ο χρήστης μπορεί να εφαρμόσει τη μέθοδο RTK, όπου ο σταθερός δέκτης υλοποιείται από τον εικονικό σταθμό µε στόχο τον προσδιορισμό της θέσης του όσο μακριά και αν βρίσκεται 64

86 από τον κοντινότερο μόνιμο σταθμό αναφοράς. Η συνεισφορά του δικτύου έχει να κάνει µε το γεγονός ότι υπάρχει σε κάθε χρονική στιγμή μέτρησης η γνώση για το μέγεθος και τη συμπεριφορά των σφαλμάτων των παρατηρήσεων (Φωτίου & Πικριδάς, 2006). Εικόνα Λειτουργική αρχή χρήσης των Εικονικών Σταθμών Αναφοράς VRS (Πηγή: εληκαράογλου, 2006) Συνοπτικά, η εφαρμογή της τεχνικής VRS σε ένα δίκτυο σταθμών ακολουθεί τα εξής βήματα (Φωτίου & Πικριδάς, 2006): Αρχικά, μεταφέρονται τα δεδομένα από το δίκτυο των σταθμών αναφοράς στο κεντρικό υπολογιστικό κέντρο. Απαιτούνται τουλάχιστον τρεις σταθμοί αναφοράς, οι οποίοι συνδέονται µε τον κεντρικό σταθμό ελέγχου του δικτύου µέσω ορισμένων συνδέσεων επικοινωνίας. Έπειτα, οι παρατηρήσεις των μόνιμων σταθμών χρησιμοποιούνται για να υπολογισθούν τα σφάλματα των χρονομέτρων των δεκτών και των δορυφόρων, της ιονόσφαιρας και της τροπόσφαιρας. Ακολουθεί η επίλυση των ασαφειών φάσης για τις βάσεις του δικτύου, εφόσον θα χρησιμοποιηθεί η μέθοδος RTK, και όλα τα σφάλματα είναι πλέον γνωστά µε ακρίβεια μερικών εκατοστών. Στη συνέχεια, προσδιορίζεται ένα μοντέλο πρόγνωσης (συνήθως γραμμικό) των σφαλμάτων που απομένουν (συνήθως θόρυβος ή τυχαίο σφάλμα) για κάθε δορυφόρο σε οποιοδήποτε σημείο στην περιοχή του δικτύου. Ο χρήστης που βρίσκεται στο πεδίο στέλνει στο υπολογιστικό κέντρο με μήνυμα ΝΜΕΑ, συνήθως με τη βοήθεια κινητού τηλεφώνου, την προσεγγιστική του θέση (με ακρίβεια 5-15 μέτρων). 65

87 Το κέντρο υπολογίζει αμέσως το μέγεθος των σφαλμάτων για την προσεγγιστική θέση του χρήστη, χρησιμοποιώντας τα μοντέλα πρόγνωσης, και δημιουργεί τις εικονικές παρατηρήσεις για τη θέση αυτή. Το κεντρικό υπολογιστικό κέντρο μεταδίδει τα δεδομένα του εικονικού σταθμού αναφοράς στον χρήστη με μήνυμα RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services). Ο χρήστης εκτελεί τη συνήθη διαδικασία RTK ή DGPS χρησιμοποιώντας τις εικονικές μετρήσεις και λαμβάνοντας διορθώσεις για τις μετρήσεις του από έναν δέκτη που βρίσκεται μόλις λίγα μέτρα μακριά του. Οι εξ υπολογισμού παρατηρήσεις ενός εικονικού σταθμού αναφοράς VRS μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε για εφαρμογές πραγματικού χρόνου (RTK ή DGPS) με τη μορφή διορθώσεων RTCM, όπου το δίκτυο επιλέγει αυτόματα τη θέση του VRS, ώστε να είναι κοντά στον χρήστη, είτε για εφαρμογές μετεπεξεργασίας (post-processing) με τη μορφή αρχείων RINEX (GPS Receiver Independant EXchange format), όπου ο χρήστης ορίζει ένα σημείο στη βέλτιστη θέση που εξυπηρετεί τις μετρήσεις του και ζητά τη δημιουργία αρχείων VRS παρατηρήσεων που αναφέρονται στο συγκεκριμένο αυτό σημείο (Γιαννίου, 2008). Σταθμοί Μετάδοσης Παραμέτρων Επιφανειακών Διορθώσεων- FKP Η τεχνική FKP, προκειμένου να εξασφαλίσει τον ακριβή υπολογισμό των σφαλμάτων GPS/GNSS, που εξαρτώνται από την απόσταση, και την υλοποίηση και διανομή των αναγκαίων διορθώσεων RTK, χρησιμοποιεί μια πολυωνυμική παραμετροποίηση για να περιγράψει την επιρροή των σφαλμάτων GNSS για οποιαδήποτε θέση ενός χρήστη σε μια ορισμένη περιοχή. Αυτό επιτυγχάνεται µε τη θεώρηση μιας επιφάνειας που εκφράζεται από μια σειρά πολυωνυµικών συντελεστών (Εικόνα ) και προσεγγίζει τις διακυμάνσεις αυτών των σφαλμάτων από σημείο σε σημείο στην περιοχή ενδιαφέροντος. Το δίκτυο στέλνει στον χρήστη τις παραμέτρους, που περιγράφουν τα εκάστοτε σφάλματα που υπεισέρχονται στις μετρήσεις, και ο χρήστης, χρησιμοποιώντας τις επιφάνειες αυτές, υπολογίζει τις τιμές των σφαλμάτων στο σημείο στο οποίο βρίσκεται και κάνει τις ανάλογες διορθώσεις στις παρατηρήσεις (Γιαννίου, 2008). Ανάλογα µε τη χρονική και χωρική παραλλαγή των σφαλμάτων, καθορίζεται η πολυπλοκότητα των αντιπροσωπευτικών πολυωνυµικών μοντέλων που απαιτούνται. Η διαδικασία αυτή υλοποιείται μέσω της αµφίδροµης επικοινωνίας του κέντρου ελέγχου, το οποίο στέλνει τις FKP διορθώσεις, και του χρήστη ως αποδέκτη αυτών των διορθώσεων ( εληκαράογλου, 2006). 66

88 Σύμφωνα µε τη θεωρία της τεχνικής FKP, το δίκτυο δε χρειάζεται να γνωρίζει τη θέση του χρήστη. Οι επιφάνειες διορθώσεων που στέλνει είναι κοινές για όλους τους χρήστες που βρίσκονται σε μια ευρύτερη περιοχή και ο κάθε χρήστης υπολογίζει τις διορθώσεις που αντιστοιχούν στη θέση του (Γιαννίου, 2008). Εικόνα Χρήση της τεχνικής FKP (Πηγή: Δεληκαράογλου, 2006) Σε σύγκριση µε την τεχνική VRS, η σημαντική διαφορά της τεχνικής FKP είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί µόνο σε εφαρμογές πραγματικού χρόνου, ενώ η τεχνική VRS είναι κατάλληλη και για εφαρμογές μετεπεξεργασίας των μετρήσεων Κύριοι και Βοηθητικοί Σταθμοί - MAC Στην περίπτωση της τεχνικής MAC, το δίκτυο στέλνει στον χρήστη τις διορθώσεις ενός κύριου σταθμού αναφοράς (Master Station), καθώς και τις διαφορές των διορθώσεων γειτονικών βοηθητικών σταθμών αναφοράς (Auxiliary Stations). Η τεχνική MAC χρησιμοποιείται µόνο για εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Σύμφωνα µε τη θεωρία της τεχνικής MAC, ο χρήστης λαμβάνει όλη την πρωτογενή πληροφορία για τα σφάλματα, χωρίς να υπεισέρχεται κάποια μοντελοποίηση από το δίκτυο. Μπορεί, έτσι, να εφαρμόσει προηγμένους αλγόριθμους ώστε να ελαχιστοποιήσει την επίδραση των σφαλμάτων και να πετύχει τη βέλτιστη ακρίβεια. Σε περίπτωση που τα δίκτυα είναι μεγάλα, δημιουργούνται Cells και Clusters για να μην χρησιμοποιούνται όλοι οι σταθμοί του δικτύου ως βοηθητικοί (Εικόνα ). Στην τεχνική αυτή, αν και τυπικά το δίκτυο δε χρειάζεται να γνωρίζει τη θέση του χρήστη, η πληροφορία αυτή είναι χρήσιμη για την ένταξη του σε κάποιο συγκεκριμένο cell ή cluster (Γιαννίου, 2008). 67

89 Εικόνα Σχηματική αναπαράσταση της τεχνικής MAC (Πηγή: Γιαννίου, 2008) Κύριες και Βοηθητικές Διορθώσεις - IMAX και MAX Η τεχνική MAX είναι όμοια με την τεχνική MAC. Βασίζεται στη δημιουργία των cells και clusters κατά τη διάρκεια της μέτρησης. Το λογισμικό του κινητού δέκτη εντοπίζει τους σταθμούς στην περιοχή ενδιαφέροντος και επιλέγει έναν κύριο (master) και βοηθητικούς (auxiliaries) σταθμούς. Στην τεχνική αυτή, ο κύριος σταθμός δεν είναι απαραίτητα και ο κοντινότερος στον κινητό δέκτη (Εικόνα ). 68

90 Εικόνα Τεχνική MAX (Πηγή: Σε ένα δίκτυο σταθμών, η τεχνική MAX εφαρμόζεται ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα ( Μεταφορά ανεπεξέργαστων δεδομένων των παρατηρήσεων από τους σταθμούς αναφοράς του δικτύου στο κεντρικό υπολογιστικό κέντρο. Διαδικασία υπολογισμών στο δίκτυο, περιλαμβάνοντας επίλυση ασαφειών για τη μείωση τους στους σταθμούς σε ένα ορισμένο επίπεδο ασαφειών. Αποστολή μηνύματος ΝΜΕΑ από τον χρήστη στο υπολογιστικό κέντρο τη θέση του. Επιλογή των καταλληλότερων σταθμών αναφοράς ανάλογα με τη θέση του δέκτη. Μεταφορά δεδομένων μέσω μηνύματος RTCM, χρησιμοποιώντας διορθώσεις για τον κύριο σταθμό αναφοράς και διαφορές διορθώσεων για τους βοηθητικούς σταθμούς. Υπολογισμός ακριβούς θέσης του δέκτη, χρησιμοποιώντας το σύνολο των πληροφοριών που παρέχονται από το δίκτυο. Η τεχνική IMAX είναι παραπλήσια της MAX και συνεπώς και της MAC. Η βασική διαφορά από την τεχνική MAX είναι ότι βασίζεται σε ήδη προϋπάρχοντα cells και clusters. Συνεπώς, ο κύριος σταθμός αναφοράς (master), που επιλέγεται από το λογισμικό Spider, είναι ο πλησιέστερος στον κινητό δέκτη. Το λογισμικό Spider υπολογίζει μια σειρά από διορθώσεις βασισμένες στη θέση του κινητού δέκτη σε κάθε εποχή. Οι διορθώσεις αυτές αφορούν τις αρχικές πληροφορίες παρατήρησης θέσης του σταθμού αναφοράς και αποστέλλονται στον χρήστη σε συμπαγή μορφή. Η πραγματική απόσταση από τη βάση μπορεί να υπολογιστεί από τις συντεταγμένες του σταθμού βάσης και ο δέκτης είναι σε θέση να διαθέσει τις ρυθμίσεις του ώστε να εκτιμηθεί η εναπομένουσα καθυστέρηση λόγω ιονόσφαιρας. Η προσέγγιση αυτή είναι ασφαλέστερη 69

91 δεδομένου ότι ειδοποιεί τον δέκτη όταν υπάρχουν σφάλματα μήκους στις πληροφορίες παρατήρησης. Υπάρχει αμφίδρομη επικοινωνία με το λογισμικό του δικτύου μέσω μηνυμάτων RTCM 3.0 και RTCM 2.3 (Εικόνα ). Εικόνα Τεχνική IMAX (Πηγή: Σε ένα δίκτυο σταθμών, η τεχνική IMAX εφαρμόζεται ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα ( Μεταφορά ανεπεξέργαστων δεδομένων των παρατηρήσεων από τους σταθμούς αναφοράς του δικτύου στο κεντρικό υπολογιστικό κέντρο. Διαδικασία υπολογισμών στο δίκτυο, περιλαμβάνοντας επίλυση ασαφειών για τη μείωση τους στους σταθμούς σε ένα ορισμένο επίπεδο ασαφειών. Αποστολή μηνύματος ΝΜΕΑ από τον χρήστη στο υπολογιστικό κέντρο τη θέση του. Επιλογή των καταλληλότερων σταθμών αναφοράς ανάλογα με τη θέση του δέκτη. Ως κύριος σταθμός επιλέγεται ο πλησιέστερος στον δέκτη. Μεταφορά δεδομένων μέσω μηνύματος RTCM, χρησιμοποιώντας διορθώσεις από τον κύριο σταθμό αναφοράς. Υπολογισμός ακριβούς θέσης του δέκτη, χρησιμοποιώντας το σύνολο των πληροφοριών που παρέχονται από το δίκτυο. 70

92 2.4 Μόνιμοι Σταθμοί Αναφοράς στην Ελλάδα Γενικά Στην Ελλάδα, λειτουργούν μόνιμα δίκτυα σταθμών και ανεξάρτητοι σταθμοί GNSS από κρατικούς φορείς, εκπαιδευτικά ερευνητικά ιδρύματα και ιδιωτικές εταιρείες. Εκτός από τους μόνιμους σταθμούς EPN για τους οποίους έγινε λόγος στο προηγούμενο κεφάλαιο, παρουσιάζονται συνοπτικά τα δίκτυα μόνιμων σταθμών που λειτουργούν στη χώρα (Πίνακας ): Α/Α Μόνιμοι σταθμοί αναφοράς στην Ελλάδα Αριθμός σταθμών 1 Σταθμοί της Κτηματολόγιο ΑΕ HEPOS (1) 98 2 Σταθμοί της εταιρείας Geotech (2) 4 3 Σταθμοί της εταιρείας GEONSE+ JGC (δίκτυο GEONSE- 27 JGC_Net) (3) 4 Σταθμοί της εταιρείας Metrica (4) 38 5 Σταθμοί της εταιρείας Tree (δίκτυο URANUS) (5) Σταθμοί του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (ΝΟΑΝΕΤ) (6) 22 Πίνακας : Μόνιμοι σταθμοί αναφοράς στην Ελλάδα (Πηγή: (1) (2) (3) (4) (5) (6) Ειδικότερα σε πανεπιστημιακό επίπεδο, για ερευνητικούς και εκπαιδευτικούς λόγους εγκαταστάθηκαν και τέθηκαν σε λειτουργία, από τα πανεπιστήμια, οι εξής σταθμοί αναφοράς: Ο μόνιμος σταθμός ΤΑΜΤ στο κτίριο του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών (ΑΤΜ) της πολυτεχνικής σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίιου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ), οι μόνιμοι σταθμοί του δικτύου EPN, AUT1, DUTH και LARM στη Λάρισα (υπεύθυνοι σταθμών Χ. Πικρίδας και Α. Φωτίου). Ο μόνιμος σταθμός GNSS στην Θεσσαλονίκη του Εργαστηρίου Γεωδαισίας του Τομέα Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. (Χ. Πικρίδας κ.α., 2010, Α. Φωτίου κ.α., 2013) Οι δέκα μόνιμοι σταθμοί GNSS στη Δυτική Κρήτη, οι οποίοι ιδρύθηκαν και λειτουργησαν το εργαστήριο Γεωδαισίας και Γεωπληροφορικής του Πολυτεχνείου Κρήτης για την παρακολούθηση τεκτονικών παραμορφώσεων. Ο μόνιμος σταθμός EGNOS που λειτουργεί από το Μάίο του 2011 στο Πολυτεχνείο Κρήτης (Μέρτικας κ.α., 2012). 71

93 Η παρούσα εργασία ασχολείται με τους μόνιμους σταθμούς αναφοράς της εταιρείας Metrica Η εταιρεία METRICA Α.Ε Η Εταιρία METRICA Α.Ε ιδρύθηκε με την σημερινή της μορφή το 2005, με έδρα την Μεταμόρφωση Αττικής, ενώ προϋπήρχε στο χώρο πάνω από είκοσι χρόνια με διαφορετικές επωνυμίες. Κύρια δραστηριότητα της είναι η αντιπροσώπευση μετρητικών συστημάτων υψηλής ακρίβειας στην Ελλάδα. Βασίζεται στην τεχνογνωσία του έμπειρου προσωπικού της, το οποίο έχει παρουσία στον χώρο των μετρητικών εφαρμογών πάνω από 20 χρόνια. Στο δυναμικό της Εταιρίας βρίσκονται Αγρονόμοι Τοπογράφοι Μηχανικοί, Μηχανολόγοι Μηχανικοί, Ηλεκτρολόγοι Μηχανικοί, Χημικοί Μηχανικοί, Δασολόγοι και Γεωλόγοι. Αντιπροσωπεύει τα προϊόντα τοι οίκου Leica και διαθέτει επαγγελματικού επιπέδου τεχνογνωσία με σκοπό να παρέχονται υπηρεσίες συμβουλευτικού χαρακτήρα για την επιλογή του κατάλληλου εξοπλισμού. Προτείνονται λύσεις για απλές και σύνθετες εφαρμογές στους τομείς της Τοπογραφίας, Βιομηχανίας, Ναυτιλίας καθώς και του Περιβάλλοντος. H METRICA Α.Ε, στο πλαίσιο διασφάλισης ποιότητας, λειτουργεί από τον Μάιο του 2007 με βάση το Πιστοποιητικό Διαχείρησης Ποιότητας ISO 9001: 2008 από τον φορέα ABS Quality Evaluations. Επίσης διαθέτει Πιστοποιητικό Περιβαλλοντικής Διαχείρισης ΣΠΔ (Environmental Management System, EMS) ISO 14001: 2004 και πιστοποιητικό λειτουργίας και εξοπλισμού του εργαστηρίου service σύμφωνα με τα Ευρωπαικά πρότυπα που ακολουθεί η Leica Geosystems AG. Από τον Φεβρουάριο του 2011, οι ογκομετρικοί έλεγχοι δεξαμενών υγρών καυσίμων διενεργούνται με βάση τα ISO , ISO , ISO , API Standard Περιγραφή της αρχιτεκτονικής της Metrica Α.Ε Η Metrica A.E. είναι ιδιωτική εταιρεία στην Ελλάδα που έχει εγκατεστημένο και ήδη σε λειτουργία, μόνιμο δίκτυο σταθμών αναφοράς GNSS (GPS GLONASS). Tο δίκτυο καλύπτει το σύνολο του Ελλαδικού χώρου με ακρίβεια DGPS (50cm), ενώ όλες οι περιοχές στις οποίες έχουν εγκατασταθεί σταθμοί (97 σήμερα) καλύπτονται με ακρίβεια RTK (1-3cm 3D) ενώ υπάρχει πάντα η πρόβλεψη για εγκατάσταση και άλλων νέων σταθμών. Επιπροσθέτως, υπάρχει η δυνατότητα για λήψη στατικών παρατηρήσεων για μετεπεξεργασία από τον FTP Server της. Η συνολική εικόνα του δικτύου απεικονίζεται παρακάτω: 72

94 Εικόνα Οι μόνιμοι σταθμοί του δικτύου METRICAΝΕΤ (Ιούλιος 2017) (Πηγή: Φωτίου Α., Ρωσσικόπουλος Δ., Πικριδάς Χ., 2017) Όσον αφορά το δίκτυο SmartNet Greece, με την πρόσφατη συμφωνία της εταιρίας με τη Leica Geosystems και το Smartnet Europe κατέστησε το MetricaNet μέλος του Πανευρωπαϊκού δικτύου με αποτέλεσμα τον διαρκή έλεγχο, υποστήριξη καθώς και την πλήρη πρόσβαση σε νέες εκδόσεις SW και στη νέα τεχνολογία. Παρέχονται υπηρεσίες μετεπεξεργασίας όπως η λήψη στατικών παρατηρήσεων (RINEX VRINEX) και επίλυσης παρατηρήσεων (Computation Service) μέσω μιας ολοκληρωμένης διαδικτυακής εφαρμογής (SpiderWeb).Το δίκτυο SmartNet Greece διαθέτει όλες τις μορφές δικτυακών δεδομένων (FKP, VRS, MAX, Imax) σε ολόκληρη την ηπειρωτική Ελλάδα, νήσους Ιονίου και Κυκλάδες, καθώς και Single Base δεδομένα σε μεμονωμένα νησιά. Επίσης, συνεργάζεται με το δίκτυο σταθμών αναφοράς της Βουλγαρίας SmartNet BG, με το Τομέα Γεωφυσικής Γεωθερμίας του Εργαστηρίου Τηλεανίχνευσης του Πανεπιστημίου Αθηνών για ανταλλαγή δεδομένων καθώς και με το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών και την Ε-65 για την ανταλλαγή δεδομένων και τον έλεγχο του δικτύου. Αξιοσημείωτη είναι η συνεργασία με το Α.Π.Θ. για συνεχή παρακολούθηση των σταθμών αναφοράς, δημιουργία ενιαίου μετασχηματισμού και πιστοποίηση του δικτύου. Τέλος, δεδομένα του δικτύου MetricaNet θα λαμβάνουν επισήμως 2 πανεπιστήμια του εξωτερικού (University of Nevada, University of Arizona) προκειμένου να διεξάγουν έρευνες για την ανάπτυξη των σεισμικών μοντέλων παγκοσμίως, καθώς και το «Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia» με έδρα τη Bologna της Ιταλίας. 73

95 Εικόνα Δίκτυο Σταθμών Αναφοράς της εταιρείας Metrica (Πηγή: Περιγραφή του τρόπου λειτουργίας της Metrica H τεχνική της δικτύωσης των σταθμών αναφοράς προϋποθέτει ότι οι µετρήσεις των δεκτών GPS των σταθμών αναφοράς θα µεταφέρονται σε πραγµατικό χρόνο σε ένα Κέντρο Ελέγχου όπου θα γίνεται η από κοινού επεξεργασία τους για τον υπολογισµό των παραµέτρων δικτυακής λύσης. Για το λόγο αυτό, κάθε σταθμός αναφοράς θα είναι µόνιµα συνδεδεµένος µε το Κέντρο Ελέγχου µέσω τηλεπικοινωνιακής ζεύξης. Επίσης για κάθε σταθµό αναφοράς προβλέπεται και εφεδρική σύνδεση µε το Κέντρο Ελέγχου, η οποία θα ενεργοποιείται αυτόµατα σε περίπτωση αστοχίας της κύριας γραµµής επικοινωνίας. Η εφεδρική σύνδεση θα υλοποιείται µε διαφορετικό τρόπο απ ότι η κύρια γραµµή, προκειµένου να αποκλείεται η περίπτωση ταυτόχρονης αστοχίας της κύριας και της εφεδρικής γραµµής. Αν και η µεταφορά των δεδοµένων θα γίνεται ως επί το πλείστον από τους σταθμούς αναφοράς προς το Κέντρο Ελέγχου, πρέπει να είναι εφικτή και η µεταφορά δεδοµένων από το Κέντρο Ελέγχου προς κάθε σταθμό αναφοράς προκειµένου να υπάρχει δυνατότητα ελέγχου και ρύθµισης του δέκτη GPS καθώς και αναβάθµισης του λογισµικού λειτουργίας του δέκτη (firmware). Για τους λόγους αυτούς τόσο οι κύριες όσο και οι εφεδρικές τηλεπικοινωνιακές γραµµές θα υλοποιούν αµφίδροµη επικοινωνία µεταξύ σταθμού αναφοράς και Κέντρου Ελέγχου (Γιαννίου & Μάστορης, 2006). Αναλυτικότερα, η επικοινωνία µε τους χρήστες έχει τα εξής χαρακτηριστικά: 74

96 υνατότητα µεταφοράς δεδοµένων των σταθµών αναφοράς στο Κέντρο Ελέγχου, µέσω κατάλληλης τηλεπικοινωνιακής υποδοµής (κύριες και δευτερεύουσες γραµµές επικοινωνίας) που παρέχουν εγγυηµένο εύρος ζώνης σύµφωνα µε τις προδιαγραφές, καθώς και της αποστολής διορθώσεων προς τους χρήστες σε µορφότυπο RTCM, τόσο για δεδοµένα VRS και FKP, όσο και για συµβατικά δεδοµένα των µεµονωµένων νησιωτικών σταθµών. υνατότητα αποστολής των διορθωτικών µηνυµάτων στους χρήστες µέσω GSM σύνδεσης, µε συνολική καθυστέρηση διανοµής προς του χρήστες που δεν ξεπερνά τα 3 sec. επικοινωνία αυτή είναι αµφίδροµη µέσω πρωτοκόλλου TCP/IP. Ανάλογη δυνατότητα σύνδεσης µέσω σύνδεσης GPRS χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο NTRIP που έχει σχεδιαστεί ειδικά για τη συνεχή ροή / µετάδοση διορθώσεων ή πληροφοριών στους χρήστες των συστηµάτων GNSS µέσω του ιαδικτύου. υνατότητα λήψης από τους χρήστες, µέσω διαδικτυακού εξυπηρετητή (Webserver), δεδοµένων RINEX των µετρήσεων των σταθµών αναφοράς και εικονικών σταθµών VRS, καθώς και συνοδευτικών τροχιακών εφηµερίδων, προκειµένου να µπορούν να τα αξιοποιήσουν µέσω επεξεργασίας µετά το πέρας των µετρήσεων (post-processing) ( εληκαράογλου, 2006). Στο Κέντρο Ελέγχου εκτελούνται κατά κύριο λόγο οι εξής λειτουργίες: Η συγκέντρωση των δεδοµένων των ΣΑ και η προώθησή τους στο λογισµικό δικτύωσης, Η λειτουργία του λογισµικού δικτύωση, Η εξυπηρέτηση των χρηστών εφαρµογών τόσο πραγµατικού χρόνου (RTK) όσο και επεξεργασίας στο γραφείο (post-processing), Η παρακολούθηση της λειτουργίας του συστήµατος και η λειτουργία της ανοιχτής γραµµής επικοινωνίας µε τους χρήστες, Η αρχειοθέτηση των δεδοµένων. Με βάση τα τεχνικά χαρακτηριστικά του το ΚΕ, µπορεί να εξυπηρετήσει ταυτόχρονα έως 150 παράλληλους χρήστες εφαρµογών πραγµατικού χρόνου και 60 παράλληλες συνδέσεις GSM, µε δυνατότητα µελλοντικής επέκτασης. Οι ΣΑ αναφοράς βρίσκονται σε συνεχή λειτουργία και αποστέλλουν ανά δευτερόλεπτο τις µετρήσεις τους προς το Κέντρο Ελέγχου. Η αποστολή των µετρήσεων στο ΚΕ γίνεται σε 24ωρη βάση και σε πραγµατικό χρόνο. Το λογισµικό δικτύωσης του ΚΕ συγχρονίζει τις µετρήσεις που αναφέρονται στην ίδια εποχή (epoch), στο ίδιο δηλαδή δευτερόλεπτο του χρόνου GPS, και τις επεξεργάζεται για τη µοντελοποίηση των σφαλµάτων και τον υπολογισµό των δεδοµένων σταθµού αναφοράς, τα οποία απαιτούνται για το σχετικό προσδιορισµό θέσης µε GPS. Οι χρήστες θα µπορούν να παίρνουν τα δεδοµένα είτε σε πραγµατικό χρόνο µέσω GSMmodem ή 75

97 GPRS για εφαρµογές RTΚ, είτε µέσω διαδικτυακού εξυπηρετητή (web server) για εφαρµογές επεξεργασίας στο γραφείο. Οι υπηρεσίες που παρέχει η Metrica διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες: -Υπηρεσίες «πραγµατικού χρόνου», στις οποίες η θέση σηµείου προσδιορίζεται κατά τη στιγµή της µέτρησης και µπορούν να παρέχουν ακρίβεια λίγων εκατοστών (τεχνικές RTK) είτε ακρίβεια της τάξης του µισού µέτρου (τεχνικές DGPS). -Υπηρεσίες «µετεπεξεργασίας», όπου η θέση ενός σηµείου προσδιορίζεται εκ των υστέρων µετά από επεξεργασία µετρήσεων στο γραφείο. Οι υπηρεσίες αυτές υλοποιούνται µέσω της τεχνικής στατικών εντοπισµών (χρήση αρχείων Rinex) και παρέχουν τη µέγιστη ακρίβεια που µπορεί να φτάσει έως το επίπεδο λίγων χιλιοστών Υπηρεσίες πραγματικού χρόνου και απαραίτητος εξοπλισμός Για εφαρµογές RTK οι χρήστες θα συνδέουν το δέκτη µε ένα GSM ή GPRS modem, µέσω του οποίου θα καλούν το Κέντρο Ελέγχου της Metrica, το οποίο αυτόµατα θα αποστέλλει τα απαιτούµενα δεδοµένα διορθώσεων. Για εφαρµογές επεξεργασίας στο γραφείο ο χρήστης θα συνδέεται µε το διαδικτυακό εξυπηρετητή στο ΚΕ και θα λαµβάνει δεδοµένα RINEX µε ρυθµό καταγραφής και διάρκεια που θα ορίζει αυτός. Τα δεδοµένα αυτά µπορεί να είναι είτε αυτά που κατέγραψε ένας (πραγµατικός) ΣΑ είτε αυτά που υπολογίστηκαν από το ΚΕ για έναν εικονικό ΣΑ, τις συντεταγµένες του οποίου προσδιόρισε ο χρήστης. Oι δέκτες που κατασκευάζονται τα τελευταία χρόνια είναι πλήρως συµβατοί µε τον τρόπο λειτουργίας της Metrica και το µόνο που θα χρειάζεται είναι η προµήθεια ενός GSM ή GPRS modem. Μάλιστα, σε πολλά σύγχρονα µοντέλα δεκτών το modem αυτό είναι ενσωµατωµένο στο δέκτη, αυξάνοντας έτσι την ευχρηστία του. Οι δέκτες της αµέσως προηγούµενης γενιάς δεκτών είναι συνήθως αναβαθµίσιµοι µέσω ανανέωσης του firmware, του λογισµικού τους. ιευκρινίζεται πάντως ότι η δυνατότητα αναβάθµισης ενός παλαιότερου δέκτη περιορίζεται συνήθως σε συγκεκριµένες τεχνικές πραγµατικού χρόνου, ανάλογα µε τις απαιτήσεις της κάθε τεχνικής. Οι τεχνικές µε τις µικρότερες απαιτήσεις αναβάθµισης των δεκτών είναι η τεχνική Single-Base και η δικτυακή τεχνική VRS. Ουσιαστικά, οι τεχνικές αυτές το µόνο που απαιτούν επιπλέον είναι η αποστολή από το δέκτη προς το Κέντρο Ελέγχου της προσεγγιστικής του θέσης (µέσω ενός µηνύµατος ΝΜΕΑ). Η προσεγγιστική αυτή θέση είναι απαραίτητη προκειµένου το σύστηµα να του στείλει διορθώσεις από τον πλησιέστερο σταθµό αναφοράς (Single-Base) ή από έναν εικονικό σταθµό αναφοράς (VRS) τον οποίο θα δηµιουργήσει στη θέση αυτή. Οι διορθώσεις που στέλνει στη συνέχεια το Κέντρο Ελέγχου µπορούν να είναι στην ίδια µορφή (π.χ. RTCM 2.3) 76

98 µε αυτές που χρησιµοποιούσαν οι δέκτες RTK όλα τα προηγούµενα χρόνια κατά την εκτέλεση του «συµβατικού» RTK, δηλαδή µε χρήση σταθµού αναφοράς που εγκαθιστούσε ο χρήστης. Αντίθετα οι τεχνικές FKP και MAC στηρίζονται σε νεότερους αλγόριθµους και για το λόγο αυτό απαιτούν ριζικότερη αναβάθµιση του εξοπλισµού. Σε παλαιότερα συστήµατα αυτή η αναβάθµιση συχνά δεν µπορεί να γίνει µόνο µε αναβάθµιση του firmware (λογισµικό) του δέκτη/χειριστηρίου, αλλά απαιτείται και νέο hardware (ηλεκτρονικό σύστηµα οργάνων) για να υποστηρίξει τις αυξηµένες απαιτήσεις επεξεργαστικής ισχύος. Παγκοσµίως, η σύγχρονη τάση για τη σύνδεση χρηστών στα δίκτυα RTK είναι η χρήση GPRS καθώς είναι και πιο οικονοµικό και πιο γρήγορο. Στην Ελλάδα όµως προκειµένου να διευκολυνθούν οι χρήστες σε περιοχές όπου δεν υπάρχει κάλυψη GPRS, υπάρχει και η δυνατότητα σύνδεσης µέσω GSM (Μάστορης, 2008α) Υπηρεσίες μετεπεξεργασίας και απαραίτητος εξοπλισμός Οι υπηρεσίες µετεπεξεργασίας (post-processing) της Metrica επιτρέπουν τον προσδιορισµό θέσης µε υψηλή ακρίβεια. Για τη χρήση των υπηρεσιών αυτών ο χρήστης µετράει µε ένα γεωδαιτικό δέκτη GPS στα σηµεία που θέλει να προσδιορίσει και στη συνέχεια η ίδια η εταιρεία επεξεργάζεται τα δεδοµένα αυτών των µετρήσεων σε συνδυασµό µε δεδοµένα σταθµού αναφοράς για τον καλύτερο δυνατό υπολογισµό των συντεταγµένων των σηµείων Προϋποθέσεις για τη χρήση των υπηρεσιών της Metrica Για την χρήση των υπηρεσιών της Metrica είναι απαραίτητα τα παρακάτω: Η Ύπαρξη απαιτούµενου εξοπλισµού. Η Γνώση τεχνικών γεωδαιτικού εντοπισµού µε GPS. Η Αίτηση Εγγραφής στο σύστηµα. Η Υπογραφή σύµβασης χρήσης του συστήµατος Διαδικασία εγγραφής Η διαδικασία ξεκινά με την καταβολή του προσωπικού Α.Φ.Μ στην εταιρεία εφόσον πρόκειται για νέο χρήστη και στην συνέχεια ορίζεται το ποσό πληρωμής, αναλόγως με την διάρκεια της σύμβασης που θα συμφωνηθεί, έναντι του οριζόμενου αντιτίμου στον «Τιμοκατάλογο υπηρεσιών παροχής ψηφιακών δεδομένων» της Εταιρείας, ο οποίος υπόκειται σε αναθεώρηση από την ίδια. Η συμφωνία αυτή μεταξύ της Εταιρείας και του χρήστη αποκαλείται «Σύμβαση Παροχής Ψηφιακών Δεδομένων GNSS από την MetricaNet GNSS» και διέπεται από 77

99 Γενικούς Όρους, του οποίους ο χρήστης τους αποδέχεται ανεπιφύλακτα με την υπογραφή του ως δίκαιους, εύλογους και δεσμευτικούς. Ο νέος χρήστης λαμβάνει από την εταιρεία ένα προσωπικό όνομα χρήστη (user name) και μία λέξη κλειδί (password) τα οποίο αποθηκεύει στο γεωδαιτικό σταθμό του, έτσι ώστε με την εκκίνηση του GPS να γίνεται και ταυτόχρονη σύνδεση με την εταιρεία. σύνδεση µε το Κέντρο Ελέγχου πραγµατοποιείται µε δύο τρόπους : 1.Μέσω GPRS: Αναγνώριση χρήστη µέσω: Username & Password. Χρήση πρωτοκόλλου NTRIP. Επιλογή µεθόδου µέσω Source-Table και Mountpoint. 2. Μέσω GSM modem: Αναγνώριση χρήστη µέσω αριθµού κλήσης (αριθµός κάρτας SIM). Επιλογή µεθόδου µέσω καλούµενου αριθµού. Ο χρήστης δεν είναι απαραίτητο να προµηθευτεί νέα σύνδεση κινητής τηλεφωνίας για χρήση αποκλειστικά µε την Metrica. Μπορεί απλά να ενεργοποιήσει τις αντίστοιχες υπηρεσίες σε µία σύνδεση που ήδη χρησιµοποιεί για τηλεφωνικές συνδιαλέξεις. Μοναδική προϋπόθεση λοιπόν είναι να έχει ενεργοποιηµένες τις υπηρεσίες που επιτρέπουν τη χρήση GSM modem, ή/και GRPS. Στην περίπτωση του GSM modem η αναγνώριση του χρήστη γίνεται µέσω του αριθµού κλήσης της σύνδεσης κινητής τηλεφωνίας (κάρτα SIM). Γι αυτό και δεν πρέπει να είναι ενεργοποιηµένη η απόκρυψη του αριθµού κλήσης γιατί µέσω αυτού γίνεται η αναγνώριση του χρήστη για να του επιτραπεί η πρόσβαση στο σύστηµα Το Γεωδαιτικό Σύστημα και πλαίσιο Αναφοράς της Metrica Στο πλαίσιο συνεργασίας της Metrica Α.Ε. με το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και ειδικότερα με το Τμήμα Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών του Τομέα Γεωδαισίας και Τοπογραφίας, εκπονήθηκε ερευνητικό πρόγραμμα με τίτλο Επίλυση δικτύου μόνιμων σταθμών αναφοράς GNSS στην Ελλάδα και μετασχηματισμοί συντεταγμένων. Ο κύριος στόχος του προγράμματος ήταν η επίλυση συνόρθωση και πιστοποίηση του δικτύου αναφοράς METRICANET (SmartNet Greece) καθώς και η ένταξή του στο σύστημα HTRS07 του HEPOS. Η ένταξη του δικτύου METRICANET GNSS στο σύστημα αναφοράς HTRS07, που χρησιμοποιεί η ΕΚΧΑ Α.Ε. (Εθνικό Κτηματολόγιο & ΧΑρτογράφηση Α.Ε.) για τις συντεταγμένες του δικτύου HEPOS, πραγματοποιήθηκε με βάση τον 7-παραμετρικό 78

100 μετασχηματισμό ομοιότητας (Helmert Transformation). Η χρονική μετάθεση των συντεταγμένων του δικτύου METRICANET στην εποχή αναφοράς του HEPOS υλοποιήθηκε μέσω των ταχυτήτων μετακίνησης, που συνεχώς επαναπροσδιορίζει η Ε.Ο-AΠΘ με υψηλή ακρίβεια για τον ελλαδικό χώρο. Η ακρίβεια της βέλτιστης προσαρμογής, με βάση τον μετασχηματισμό, για την 3-Δ θέση είναι συνολικά 2.9mm (rmse) και ειδικότερα, (2.2mm, 2.9mm) για την οριζόντια θέση (Νorth, East) και 3.5mm για την κατακόρυφη θέση (Up). Τα αποτελέσματα είναι πλήρως ικανοποιητικά και αναμενόμενα. Σύμφωνα με δειγματοληπτικούς ελέγχους που πραγματοποίησε η Ε.Ο.-ΑΠΘ για το δίκτυο METRICANET GNSS, η ακρίβεια προσδιορισμού θέσης στο ισχύον Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς του 1987 (ΕΓΣΑ87) και με χρήση δικτυακών τεχνικών πραγματικού χρόνου (ΝRΤΚ) είναι πλήρως συμβατή με την ακρίβεια που προκύπτει από τη χρήση του δικτύου HEPOS. Οι διαφορές στην 2-Δ θέση (οριζόντια θέση), που προκύπτει από τη χρήση και των δύο δικτύων, δεν ξεπερνούν τα 1 έως 2 cm (rmse). Για το ορθομετρικό υψόμετρο, το υψομετρικό datum στην Ελλάδα δεν μπορεί να εγγυηθεί παρόμοιες ακρίβειες μέσα από ένα ενιαίο μοντέλο μετασχηματισμού, και συνεπώς ο χρήστης μπορεί να εφαρμόσει τοπικά, στην περιοχή εργασιών, έναν κατάλληλο μετασχηματισμό (βέλτιστη προσαρμογή επιπέδου ή επιφάνειας δευτέρου βαθμού) και να ελέγξει την ακρίβεια (Φωτίου Ι., 2017). 79

101 3. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 3.1 Επιλογή της περιοχής μελέτης Προκειμένου να ελεγχθεί η ακρίβεια στον προσδιορισμό θέσης σε δασογενή περιβάλλοντα, γίνεται εφαρμογή της τεχνικής RTK (Real Time Kinematic) με χρήση των δικτύων μόνιμων σταθμών (GNSS) της εταιρείας της Metrica. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε όλα τα σημεία δύο φορές, μία με ύψος στυλεού του δέκτη στα 2,00μ. και μία με ύψος στυλεού στα 4,00μ. Ως μέτρο σύγκρισης για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων από την εφαρμογή της παραπάνω τεχνικής αποτέλεσε η φύση του δασογενούς περιβάλλοντος, εξετάζοντας τις ακόλουθες πέντε διαφορετικές περιπτώσεις που συναντώνται σε υψηλή συστάδα κωνοφόρων: α. αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού δρόμου πλάτους 4-5μ. που διέρχεται μέσα από συστάδα κωνοφόρων αποτελούμενη από Τραχεία Πεύκη (Pinus brutia) και Κυπαρίσσι (Cupressus arisonica) μέσου ύψους 6-8μ. (Εικόνα 3.1-1), Εικόνα Δασικός δρόμος 80

102 β. αποτύπωση σημείων άξονα δασικού μονοπατιού πλάτους 1-2μ. που διέρχεται μέσα από συστάδα κωνοφόρων αποτελούμενη από Τραχεία Πεύκη (Pinus brutia) και Κυπαρίσσι (Cupressus arisonica) μέσου ύψους 6-8μ. (Εικόνες 3.1-2) Εικόνες Μονοπάτι σε υψηλή συστάδα κωνοφόρων 81

103 γ.) αποτύπωση σημείων σε ξέφωτο εμβαδού 540,84 μ 2 εντός συστάδας κωνοφόρων αποτελούμενη από Τραχεία Πεύκη (Pinus brutia) και Κυπαρίσσι (Cupressus arisonica) μέσου ύψους 8-10μ. Η απόσταση των σημείων του ξέφωτου από την συστάδα κυμαίνεται από 2 έως 10μ. (Εικόνες ), Εικόνα Ξέφωτο σε υψηλό δάσος κωνοφόρων Εικόνα Ξέφωτο σε υψηλό δάσος κωνοφόρων 82

104 δ) κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους κυπαρισσιού (Cupressus arisonica) μέσου ύψους 8-10μ. (Εικόνα 3.1-5) και Εικόνα Κομοστέγη υψηλού δάσους Κυπαρίσσι Αριζόνας ε) κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους Τραχείας πεύκης (Pinus brutia) μέσου ύψους 8-10μ. (Εικόνα ) 83

105 Εικόνα Κομοστέγη υψηλού δάσους Τραχεία πεύκη Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε ( Εικόνα 3.1-7): α) αποτύπωση σημείων στον άξονα ενός δασικού δρόμου για μήκος περίπου 158,00μ. στη δασική θέση Ύψωμά Βασιλάκη της συστάδας 2β του δημοσίου δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας, β) αποτύπωση σημείων στον άξονα υπάρχοντος μονοπατιού εντός της συστάδας 2β του δημοσίου δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας, γ) αποτύπωση σημείων σε χορτολιβαδική έκταση (ξέφωτο) της συστάδας 2β του δημοσίου δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας, 84

106 δ) αποτύπωση σημείων κάτω από υψηλό δάσος πεύκης της συστάδας 2β του δημοσίου δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας και ε) αποτύπωση σημείων κάτω από υψηλό δάσος κυπαρισσιού της συστάδας 2β του δημοσίου δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Τέλος, η περιοχή αποτυπώνεται με σύγχρονα γεωδαιτικά όργανα όπως ο γεωδαιτικός σταθμός Leica TCR 407 και ο διπλόσυχνος δέκτης Leica GS09 GNSS της εταιρίας Leica και γίνεται σύγκριση όλων των αποτελεσμάτων που προκύπτουν. Εικόνα Περιοχή Μελέτης 3.2 Δημόσιο Δασικό Σύμπλεγμα Συμβόλου όρους Καβάλας Γεωγραφική θέση του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Το Δημόσιο δασικό σύμπλεγμα Συμβόλου όρους, εκτείνεται στις Νοτιοδυτικές απολήξεις της οροσειράς της Ροδόπης στον Νόμο Καβάλας. Περιλαμβάνεται μεταξύ γεωγραφικού μήκους 23 ο 50" 24 ο 25" ανατολικά του Greenwich και βόρειου γεωγραφικού πλάτους 40 ο 57" 40 ο 44" Πολιτική θέση του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Διοικητικά υπάγεται στην Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας Θράκης, και στους Δήμους Καβάλας και Παγγαίου της περιφερειακής ενότητας Καβάλας Ειδικότερα : 85

107 Στον Δήμο Καβάλας, υπάγεται τμήμα του συμπλέγματος. Ο Δήμος Παγγαίου, έχει τις εξής τέσσερις δημοτικές ενότητες στις οποίες εκτείνεται το σύμπλεγμα: 1. Δημοτική ενότητα Ελευθερούπολης με τις παρακάτω κοινότητες μέρος των οποίων βρίσκεται μέσα στο σύμπλεγμα: Ελευθερούπολης, Αμισιανά, Κοκκινόχωμα, Αντιφίλιπποι. 2. Δημοτική ενότητα Ελευθερών με τις παρακάτω κοινότητες βρίσκεται ολόκληρη μέσα στο σύμπλεγμα: Ελευθεραί, Νέα Πέραμος, Άγιος Ανδρέας, Ελαιοχώρι, Μυρτόφυτο, Νέα Ηρακλείτσα, Φωλεά. 3. Δημοτική ενότητα Ορφανού με τις παρακάτω κοινότητες βρίσκεται ολόκληρη μέσα στο σύμπλεγμα: Ακροπόταμος, Κάρυανη, Ορφάνιο και τμηματικά με τις Γαληψού, Ποδοχωρίου, Οφρυνίου. 4. Δημοτική ενότητα Πιερέων μόνο οι κοινότητες Σιδηροχωρίου και Μεσιάς βρίσκονται ολόκληρα μέσα στο σύμπλεγμα, ενώ οι υπόλοιπες κοινότητες ήτοι Μουσθένης, Δωματιών, Μελισσοκομείου, Μεσορόπης και Πλατανοτόπου, περιλαμβάνονται τμηματικά. Δασικά ανήκει στο Δασαρχείο Καβάλας, στην Δ/νση Δασών Καβάλας και στην Δ/νση Συντονισμού και Επιθεώρησης Δασών της Αποκεντρωμένης Διοίκησης Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης. Δικαστικά ανήκει στα Ειρηνοδικεία Καβάλας και Ελυθερούπολης, στο Πρωτοδικείο Καβάλας και στο Εφετείο Κομοτηνής. Οικονομικά στη Δημόσια Οικονομική Εφορία Καβάλας Όρια του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Ανατολικά συνορεύει με τον επαρχιακό δρόμο Καβάλας Δράμας Νότια με την Ακτογραμμή. Δυτικά με τα διοικητικά όρια του Νομού Καβάλας. Βόρεια συνορεύει με το Παλαιό Επαρχιακό δρόμο Θεσσαλονίκης Καβάλας. Το δάσος (Χάρτης Προσανατολισμού 3.2-1) ολόκληρο καταλαμβάνει την ΝΔ γωνία της Ανατολικής Μακεδονίας και εκτείνεται σε μία επιμηκή ορεινή περιοχή στη ΝΑ πλευρά του Νομού Καβάλας. Έχει γενική κατεύθυνση από Β-ΒΑ προς Ν-ΝΔ. Αρχίζει από το υψόμετρο της Θάλασσας μέχρι ύψους 700 μ.(κορυφή Τσαλή). 86

108 ΧΑΡΤΗΣ Χάρτης προσανατολισμού περιοχής μελέτης. Η συνολική έκταση του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου Όρους ανέρχεται σε ,84 στρέμματα από τα οποία τα ,23 είναι δασοσκεπής έκταση, τα ,33 είναι μερικώς δασοσκεπής έκταση, τα 2.494,54 είναι άγονη έκταση και τα ,77 είναι αγροί και λοιπές εκτάσεις και 6.705,97 είναι οικισμοί (Πίνακας ) Είδος εκμετάλλευσης Έκταση σε στρέμματα Έκταση σε ha Ποσοστό % Δασοσκεπής ,23 186,610 44,01 Μερικώς δασοσκεπής ,33 56,381 13,29 Αγροί & λοιπές εκτάσεις ,77 171,847 40,44 Άγονη γη 2.494,54 2,494 0,59 Οικισμοί 6.705,97 6,705 1,58 Γενικό σύνολο ,84 424, ,0 Πίνακας Έκταση Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Το Δάσος του Δημοσίου Δασικού Σύμπλέγματος Συμβόλου όρους διαιρείται σε 5 διαχειριστικές κλάσεις και 150 συστάδες. Οι διαχειριστικές κλάσεις που συναντώνται είναι οι εξής: 87

109 Κλάση Αναδασώσεων κωνοφόρων Κλάση Μικτού δάσους φυλοβόλλων και αειφύλλων πλατυφύλλων Κλάση αειφύλλων πλατυφύλλων Κλάση Υδροχαρούς Βλάστησης Κλάση Βοσκοτόπων (πρινολίβαδα - θαμνολίβαδα αειφύλλων πλατυφύλλων - ποολίβαδα) Η διάκριση των συστάδων τμημάτων έγινε ώστε τα όρια τους να ακολουθούν φυσικές γραμμές, τα διοικητικά όρια των Δήμων και Δημοτικών Ενοτήτων, καθώς και την οριογραμμή των εποικιστικών εκτάσεων. Το δάσος διαιρέθηκε σε 64 τμήματα Γεωλογικές, πετρογραφικές και εδαφικές συνθήκες Ορεογραφικά, ολόκληρη η περιοχή του δάσους, σαν το μεγαλύτερο μέρος του ορεινού συγκροτήματος (Σύμβολο όρος) αποτελεί μέρος της ευρύτερης κρυσταλοπαγούς μάζας «Ρίλα Ροδόπης», η οποία καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της Ανατολικής Θράκης και Ανατολικής Μακεδονίας. Γεωλογικά η περιοχή συγκροτείται από πυριγενείς κατά κύριο λόγο και μεταμορφοσιγενείς σχηματισμούς του μεσοζωικού και ειδικότερα της τριαδικής περιόδου. Στα χαμηλότερα προς την θάλασσα, σε πολύ μικρή κλίμακα απαντούν ιζηματογενείς σχηματισμοί της τεταρτογενούς περιόδου κολλουβιακής ή αλλουβιακής φύσεως Γενικά μπορούμε να πούμε, ότι στην προκειμένη περιοχή υπάρχουν τρείς γεωλογικές ζώνες: Μία κατά μήκος της κεντρικής οροσειράς που αποτελείται από διάφορες μορφές ασβεστόλιθου που κατά θέσεις εναλλάσσονται με μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους. Τα μάρμαρα αυτά έχουν τέφρο χρώμα που οφείλεται στην παρουσία του χαλαζία, μοσχοβίτη και βιοτίτη και συνεχίζεται και πέρα από το ρέμα του Μαρμαρά. Δεύτερη ζώνη προς την θάλασσα που συγκροτείται από ιζηματογενή πετρώματα γρανίτη που είναι γρανιοδιορίτης με επικρατούσα κύρια ορυκτά καλιούχους άστριους, πλαγιόκλαστα, χαλαζία βιοτίτη και κεροστίλβη. Μέσα στο κυρίως ογκο του γρανίτη απαντώται, σε στενές και σφαιροειδείς ενστρώσεις και ελαφρώς χρωματισμένα μάρμαρα ασβεστολιθικής σύστασης. Τέλος στην περιοχή της Πιέρειας κοιλάδας υπάρχει μία τρίτη ζώνη στην οποία απαντώνται γνέυσιοι και γνευσιακοί σχιστολιθοι με κύρια ορυκτά χαλαζία, αλβίτη, βιοτίτη και μοσχοβίτη. Στην οριογραμμή της Πιέρειας κοιλάδας με το δάσος, εμφανίζονται αλλουβιακά, ριπίδια από γρανίτη. Πρόκειται για υλικά αποσάθρωσης από γνεύσιο, μάρμαρα και γρανίτη, τα οποία τοπικώς είναι πολύ συνεκτικά και σκληρά. Το ίδιο φαινόμενο επαναλαμβάνεται και στην ζώνη του ασβεστόλιθου. 88

110 Το έδαφος προέρχεται από την αποσάθρωση των παραπάνω πετρωμάτων. Εδάφη από πυριγενή πετρώματα, στα οποία συναντούμε όγκους από αναλοίωτους γνεύσιους ή και γρανίτες και οι οποίοι λόγω της σχιστότητας τους παρουσιάζουν όψη αποσαθρωμένων πετρωμάτων, με τα συστατικά τους στοιχεία να αποχωρίζονται σε χονδρόκοκο χαλαζιακή και μαρμαρυγιακή άμμο, είναι κυρίως σκελετικά εδάφη του τύπου όξινων ορφών δασικών εδαφών. Εδάφη από ασβεστολιθικά πετρώματα (ασβεστόλιθοι, ασβεστομιγείς μάργες, ασβεστοκροκαλλοπαγή) είναι γενικώς εδάφη με έντονη διάβρωση, είναι αβαθή πολύ ξηρά, ιδίως κατά το θέρος, έχουν πηλώδη υφή (αμμώδης, έως αργιλώδης πηλός) έχουν έντονη αλκαλική αντίδραση και έχουν ελαχίστου βάθους επιφανειακό ορίζοντα. Ο ελάχιστος χούμος που υπάρχει τύπου mull, δηλαδή καλώς κατεργασμένος, είναι περιορισμένος (5cm), ενώ το βάθος του εδάφους ποικίλει κατά θέσεις από 15cm έως 20cm Συνθήκες δασοπονικής εκμετάλλευσης του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Στην διαμόρφωση του χλωριδικού χαρακτήρα της περιοχής συντέλεσαν αποφασιστικά η γεωγραφική θέση της περιοχής, η πολύμορφος ορογραφία, η γεωλογική σύσταση του υπεδάφιου πετρώματος, το κλιματεδαφικό μικρό και μακρό περιβάλλον, οι διάφορες ανθρωπογενείς επιδράσεις καθώς και διαφορα γεωιστορικά γεγονότα, τα οποία επενέργησαν παλαιότερα στην περιοχή. Με τον συνδυασμό των παραπάνω επιδράσεων, δημιουργήθηκαν οι κατάλληλες προϋποθέσεις για την εγκατάσταση μιας ποικιλόμορφης χλωρίδας, η οποία είναι εμπλουτισμένη από διαφόρου προελεύσεως φυτικά είδη. Έτσι διακρίνουμε δύο ζώνες: την Ευμεσογειακή ζώνη βλάστησης Quercetalia ilicis και την Παραμεσογειακή ζώνη βλάστησης Quercetalia pubescentis. Η πρώτη αντιπροσωπεύεται με την υποζώνη Quercion ilicis και έχει, κατά θέσεις, περιορισμένη εμφάνιση στα κατώτερα τμήματα. Το μεγαλύτερο μέρος καταλαμβάνει η Παραμεσογειακή ζώνη βλάστησης Quercetalia pubescentis. Από φυτοκοινωνιολογική άποψη η περιοχή αυτή ανήκει στην υποζώνη Ostryo- Carpinion και ειδικότερα στον αυξητικό χώρο Coccifero carpinetum. Τα υπολείμματα της χνοώδους δρυός (Quercus pubescens) που υπάρχουν φανερώνουν ότι στο παρελθόν η περιοχή καλυπτόταν από δάσος του είδους αυτού με υπόροφο αείφυλλα πλατύφυλλα. Πάνω από τον αυξητικό αυτό χώρο, υπάρχει σε πολύ μικρή έκταση και σε πολύ περιορισμένες θέσεις ο αυξητικός χώρος του Quercetum confertae (frainetto) από υπερθαλάσσιο ύψος πάνω από 500μ. Επίσης πάνω από αυτό το χώρο υπάρχει σε πολύ μικρή έκταση, σε σπάνιες θέσεις και σε 89

111 ελάχιστη αναλογία, ο αυξητικός χώρος του Quercetum montanum, με εμφάνιση της απόδισκης δρυός (Quercus sessiliflora) με μορφή ελαχίστων ατόμων. Μια άλλη επίσης δασοπονική ένωση που απαντάται στο δάσος είναι η υδροχαρής βλάστηση. Πρόκειται για μια αζωνική φυτοδιάπλαση στο δάσος που συγκροτείται κυρίως από υδροχαρή δασοπονικά είδη: κυρίως απαντά ο ανατολικός πλάτανος (Platanus orientalis), ελάχιστα άτομα σκλήθρου (Alnus glutinosa), ελάχιστα άτομα ιτιάς (Salix purpurea) και ελάχιστα άτομα λεύκης λευκής (Populus alba). Η ένωση αυτή απαντάται στα υγροφόρα ρέματα που έχουν νερό όλο τον χρόνο. Σπάνια είδη που απαντούν στο δάσος με εντελώς αραιά μορφή κατ άτομο ή με μικρές ομάδες ή λόχμες, είναι τα παρακάτω: Φλαμουριά (Tilia tomentosa), Φλαμουριά η μεγαλόφυλλος (Tilia grandifolia), Αρκουδοπούρναρο (Illex aquifolium). Τα είδη αυτά απαντούν σε πολύ περιορισμένες θέσεις και δεν μπορούμε να πούμε ότι συγκροτούν ιδιαίτερο αυξητικό χώρο. Τέλος μεταξύ των ειδών που εισήχθησαν τεχνητά με αναδασώσεις είναι η παραθαλάσσια πεύκη, η τραχεία πεύκη, η τούγια, η πικροδάφνη, το σπάρτο, το κυπαρίσσι αριζόνας, η ψευδακακία κ.α Κλιματικές συνθήκες του Δημοσίου δασικού συμπλέγματος Συμβόλου όρους Καβάλας Η περιοχή ανήκει στον ενδιάμεσο ή μεταβατικό τύπο μεταξύ του μεσογειακού και του υπομεσογειακού κλιματικού τύπου. Οι μεν πλευρές της θάλασσας έχουν μεσογειακό κλίμα ενώ οι πλευρές που βλέπουν προς το εσωτερικό έχουν ελαφρώς υπομεσογειακό κλίμα. Χαρακτηρίζεται επίσης το κλίμα της περιοχής από ένα μέτριο ύψος βροχής που κατανέμεται εποχιακά στους περισσότερους μήνες του χρόνου. Παρουσιάζεται μια φυσιολογική ξηρά εποχή κατά το τετράμηνο Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος και σχετικά βαρείς χειμώνες χωρίς όμως εξαιρετικούς και παρατεταμένους παγετούς. Η μέση ετήσια θερμοκρασία αέρος είναι 14,9 ο C, η μέση μέγιστη θερμοκρασία αέρος είναι 30,4 ο C. Η μέση ελάχιστη θερμοκρασία αέρος είναι 1,4οC. Η μέση ετήσια σχετική υγρασία ανέρχεται σε 66,8%, το δε συνολικό μέσο ετήσιο ύψος κατακρημνισμάτων είναι 563,3mm. Το μέσος ύψος βροχής του τετραμήνου Ιουνίου Σεπτεμβρίου είναι 101,0mm. Οι άνεμοι που επικρατούν είναι κυρίως οι ΒΔ και ακολουθούν οι Δ και οι ΒΑ, οι οποίοι είναι ψυχροί και ξηροί ενώ κατά το θέρος οι Ν και ΝΑ, δροσεροί και υγροί που είναι και ελάχιστοι. Η ένταση των ΒΔ φαίνεται να είναι αυξημένη τους μήνες Φεβρουάριο και Μάρτιο, αλλά και τους μήνες Οκτώβριο, Νοέμβριο και Δεκέμβριο. Μειωμένη εμφανίζεται η ταχύτητα των ανέμων κατά τους καλοκαιρινούς μήνες (Ιούνιο, Ιούλιο, Αύγουστο, Σεπτέμβριο). 90

112 3.3 Περιγραφή της περιοχής μελέτης στο Δημόσιο Δασικό Σύμπλεγμα Συμβόλου όρους Καβάλας. α) Η δασική θέση Ύψωμα Βασιλάκη του Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου όρους βρίσκεται στο δασικό τμήμα με αριθμό 2 που φέρει την ομώνυμη ονομασία Ύψωμα Βασιλάκη. Το τμήμα 2 και ειδικότερα η συστάδα β βρίσκεται βορειοδυτικά του Δασαρχείου Καβάλας και έχει έκταση 1,729 Ηα από τα οποία τα 1,5 Ηα περίπου είναι αγροί και τα υπόλοιπα 0,229 Ηα είναι αναδασωμένες με κωνοφόρα που εισήχθησαν τεχνητά σε υποβαθμισμένες διαβρωμένες και γυμνές εκτάσεις (Χάρτης 3.3-1). Στην αναδασωμένη αυτή έκταση πραγματοποιήθηκαν όλες οι μετρήσεις τόσο πάνω σε άξονα δασικού δρόμου, μονοπατιού, ξέφωτου αλλά και οι μετρήσεις κάτω από κομοστέγη υψηλού δάσους Κωνοφόρων ειδικότερα κάτω από Τραχεία Πεύκη όσο και από Κυπαρίσσι Αριζόνας. Ο δασικός δρόμος ξεκινάει από την ανατολική είσοδο της συστάδας 2β στα σύνορα με την νέα Εθνική οδό με αρχή πάνω στον αγροτικό δρόμο από τον Αγ. Σύλλα προς τις αγροτικές εκτάσεις και υψόμετρο περίπου 210μ, κατευθύνεται δυτικά και καταλήγει στο ξέφωτο εκτάσεως 500 μ 2. Οι κλίσεις εδάφους κυμαίνονται από 0% έως 15% σε όλη σχεδόν την περιοχή έρευνας. Οι μικρότερες κλίσεις από 0% έως 7% εμφανίζονται τόσο στην αρχή του δρόμου, του μονοπατιού όσο και στο ξέφωτο ενώ οι κλίσεις από 7% έως 15% παρουσιάζονται κατά θέσεις μέσα στην συστάδα των υψηλών κωνοφόρων. Ειδικότερα στην περιοχή μελέτης το έδαφος παρουσιάζει νοτιοανατολικό προσανατολισμό στην αρχή του δρόμου για τα πρώτα 250 μέτρα περίπου, και στη συνέχεια εναλλάξ βόρειο και βορειοδυτικό προσανατολισμό στο μεγαλύτερο τμήμα του. 91

113 ΧΑΡΤΗΣ Χάρτης βλάστησης περιοχής μελέτης. Το έδαφος στην περιοχή μελέτης είναι αβαθές και επικρατούν οι διάφορες μορφές ασβεστόλιθου με κατά θέσεις μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους. Σε όλο το τμήμα 2 εμφανίζεται η Ευμεσογειακή ζώνη βλάστησης Quercetalia ilicis και αντιπροσωπεύεται με την υποζώνη Quercion ilicis. Στο μεγαλύτερο μέρος της συστάδας 2β περιλαμβάνονται γεωργικές καλλιέργειες και ιδιοκτησίες, ενώ οι αναδασώσεις Τραχείας πεύκης, που απαντώνται στην περιοχή μελέτης, είναι ικανοποιητικής μορφής, αυξητικότητας και εξέλιξης. 92

114 3.4 Υλικά και μέθοδος Γεωδαιτικός εξοπλισμός και συναφή προγράμματα - Υλικά Τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για την αποτύπωση των συντεταγμένων των σημείων στην περιοχή έρευνας ήταν: α) ο γεωδαιτικός σταθμός (total station) LEICA TCR 407 του οποίου οι μετρήσεις χρησιμοποιήθηκαν ως «αληθείς τιμές» και β) ο διπλόσυχνος δέκτης Leica GS09 GNSS με τον οποίο έγινε η εφαρμογή της τεχνικής Single-Base RTK του συστήματος των δικτύων μόνιμων σταθμών (GNSS) της ιδιωτικής εταιρίας Metrica. Επιμέρους υλικά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ήταν: - Ανακλαστήρας τοποθετημένος σε ακόντιο σε ύψος ίσο με αυτό του σκοπευτή για την σκόπευση με τον γεωδαιτικό σταθμό. - Μεγάλα καρφιά μήκους 20 εκατοστών, για τη σήμανση των σημείων στάσεως του γεωδαιτικού σταθμού (total station). - Κορδέλα σήμανσης με την οποία σημειώνονταν όλα τα σημεία και οι στάσεις. - Κόκκινο σπρέι με το οποίο σημειώνονταν όλα τα σημεία και οι στάσεις - Σφυρί - Μετροταινία με τη οποία μετρήθηκε και το μήκος του μονοπατιού και του δασικού δρόμου. Τα προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν για την επεξεργασία των στοιχείων υπαίθρου ήταν το πρόγραμμα Η/Υ Leica Geo Office Tools (LGO Tools) που χρησιμοποιήθηκε για την μεταφορά δεδομένων από τον γεωδαιτικό σταθμό σε ηλεκτρονικό υπολογιστή και το πρόγραμμα AutoCad MAP Όλα τα παραπάνω τοπογραφικά όργανα ανήκουν στον εξοπλισμό του Εργαστηρίου Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας Γεωδαιτικός σταθμός (Total Station) Ο γεωδαιτικός σταθμός ή Total Station είναι όργανο κατάλληλο για μετρήσεις οριζόντιων, κατακόρυφων γωνιών και αποστάσεων με ηλεκτρονικό τρόπο. 93

115 Είναι ο συνδυασμός των ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μηκών (E.D.M.) και των ηλεκτρονικών θεοδολίχων σε μία μονάδα, ώστε και οι δύο λειτουργίες να γίνονται από το ίδιο όργανο, που δεν ξεπερνά σε βάρος και όγκο ένα απλό θεοδόλιχο. Στο συνδυασμό αυτό ενσωματώνεται και ηλεκτρονικός υπολογιστής και έτσι είναι δυνατοί αυτόματοι υπολογισμοί οριζόντιων αποστάσεων, υψομετρικών διαφορών και συντεταγμένων, ενώ παράλληλα είναι δυνατή η αντιστοίχιση των τιμών αυτών σε κατάλληλα κωδικοποιημένα σημεία, ώστε να υπάρχουν και ποιοτικές πληροφορίες (π.χ. όριο, φρύδι πρανούς, κορυφή όδευσης κλπ.) για το σημείο μέτρησης εκτός από τις γεωμετρικές. Όλες αυτές οι πληροφορίες καταχωρούνται σε μικρές καταγραφικές μονάδες που συνοδεύουν αυτού του είδους τα όργανα. Από τα παραπάνω προκύπτουν σαφώς τα πλεονεκτήματα αυτών των οργάνων στις εργασίες υπαίθρου, αφού δεν απομένει στο χρήστη παρά να κάνει σωστά τις ρυθμίσεις στάσης και να σκοπεύει, απαλλαγμένος από το μόνιμο κίνδυνο ύπαρξης χονδροειδών σφαλμάτων τόσο κατά την ανάγνωση όσο και κατά την καταγραφή των μετρήσεων. Φυσικό επακόλουθο είναι ο παρατηρητής να μπορεί να εργαστεί για περισσότερο διάστημα χωρίς κόπωση ενώ το συνεργείο μπορεί να μειωθεί κατά ένα άτομο εφόσον ο γραφέας αντικαθίσταται από την καταγραφική μονάδα. Σε σχέση με το σύστημα Θεοδόλιχο και EDM οι γεωδαιτικοί σταθμοί πλεονεκτούν στα παρακάτω σημεία: Είναι πάντα δυνατή η σκόπευση σε δύο θέσεις τηλεσκοπίου. Δεν χρειάζονται αναγωγές στο γραφείο, αφού αυτές γίνονται επί τόπου αυτόματα χωρίς χρονική καθυστέρηση γιατί διαθέτουν προγράμματα Η/Υ για την επίλυση συνθετότερων τοπογραφικών προβλημάτων στο πεδίο. Ειδικά στις χαράξεις είναι δυνατός ο έλεγχος της τοποθέτησης των σημείων αυτόματα με την προϋπολογισμένη οριζόντια απόσταση, χωρίς να χρειάζονται για κάθε στάση στοχοφόρου ιδιαίτεροι υπολογισμοί. Πλεονεκτήματα προκύπτουν και για τις εργασίες γραφείου. Για να γίνει πλήρης εκμετάλλευση των παρεχόμενων δυνατοτήτων, είναι απαραίτητη η ύπαρξη Η/Υ και η μέσω κάποιου interface μεταφορά των καταγραμμένων μετρήσεων και αναγωγών σ αυτόν. Μ αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η πλήρης επεξεργασία των στοιχείων μέχρι ακόμα και την τελική σχεδίαση, αφού μπορεί στην οθόνη του Η/Υ να γίνει διανομή πινακίδων, το ραππορτάρισμα, η σχεδίαση, οι διορθώσεις κ.λ.π. Παράλληλα δίνεται η δυνατότητα δημιουργίας μιας τράπεζας δεδομένων (data bank). 94

116 Στα πλεονεκτήματα μπορεί να προστεθεί και η δυνατότητα μετάδοσης των στοιχείων υπαίθρου που υπάρχουν στην καταγραφική μονάδα μέσω κάποιου modem στο γραφείο, ώστε να ελεγχθούν πριν καν η ομάδα εργασίας υπαίθρου εγκαταλείψει το χώρο αυτό. Έτσι πλέον τα τρία στάδια της εργασίας αποτύπωσης (Στοιχεία πεδίου-υπολογισμοίσχεδίαση) γίνονται με ηλεκτρονικά μέσα και αυτόματη (On line) διαδικασία. Η ακρίβεια μέτρησης απόστασης κυμαίνεται από ± (5mm+5ppm) μέχρι ± (2mm+2ppm). Όπου ppm σημαίνει parts per million δηλαδή 5ppm σημαίνει 5mm σφάλμα στα mm=1Km. Η εμβέλεια των οργάνων κυμαίνεται από μ. με ένα ανακλαστήρα. Η σειρά των εργασιών αποτύπωσης με γεωδαιτικό σταθμό είναι: κέντρωση και πέρασμα των συντεταγμένων στο όργανο, προσανατολισμός από γνωστό σημείο και αποτύπωση όλων των ορατών σημείων που συνδέονται με ευθεία γραμμή (Δούκας, 2001) Ο γεωδαιτικός σταθμός Leica TCR 407 O γεωδαιτικός σταθμός Leica TCR 407 (Εικόνα ) είναι υψηλής ποιότητας ηλεκτρονικός γεωδαιτικός σταθμός. Είναι ιδανικός για απλές εργασίες τοπογράφησης και χάραξης στο χώρο της κατασκευής (Εικόνα ). Τα ειδικά χαρακτηριστικά του είναι (Εγχειρίδιο χρήσης): Εύκολος χειρισμός και γρήγορη εκμάθηση. Πλήκτρα αμφίδρομης επικοινωνίας, μεγάλη και ευκρινής οθόνη LCD. Μικρό μέγεθος, ελαφρύ και εύχρηστο. Μετρήσεις χωρίς ανακλαστήρα με την ενσωματωμένη ορατή ακτίνα λέιζερ (προϊόντα TCR). Πρόσθετο πλήκτρο μέτρησης στο πλευρικό κάλυμμα. Ατέρμονες μηχανισμοί κίνησης για οριζόντιες και κάθετες γωνίες. Στάνταρ αλφάδι λέιζερ. 95

117 Εικόνα Ο γεωδαιτικός σταθμός Leica TCR 407 Μερικά από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του γεωδαιτικού σταθμού Leica TCR 407 δίνονται παρακάτω: Τηλεσκόπιο: Μεγέθυνση 30 Είδωλο Διάμετρος τηλεσκοπίου Ελάχιστη απόσταση εστίασης Εστίαση Εύρος πεδίου ορθό 40mm 1,7 m ακριβής 1 ο 30 (1,7gon) Μέτρηση γωνιών: η μέτρηση των γωνιών είναι συνεχής και η ενημέρωση γίνεται ανά 30 δευτερόλεπτα. Δίνεται η δυνατότητα επιλογής μονάδων μέτρησης επιλέγοντας ανάμεσα σε: 360 ο στο εξηκονταδικό σύστημα, 400gon, 360 ο στο δυαδικό σύστημα, mil. Ακρίβεια, τυπική απόκλιση Hz,V (κατά ISO ) φτάνει τα 7 (2mgon). Οθόνη: Θερμαινόμενη LCD Pixel 96

118 Διαστάσεις: 8 γραμμών 31 χαρακτήρες ανά γραμμή Ύψος (συμπ. τρικόχλιου και λαβής μεταφοράς) Πλάτος Μήκος Βάρος: (Συμπ/νης μπαταρίας και τρικόχλιου) Χωρητικότητα μπαταρίας 360mm±5mm 203 mm 151 mm 5,2 Kg 4200mAh Αριθμός μετρήσεων (γωνίας + απόστασης) Μπαταρία GEB111 περίπου Μπαταρία GEB121 περίπου Αυτόματες διορθώσεις: Σφάλμα σκοπευτικού άξονα Σφάλμα κατακόρυφου άξονα Καμπυλότητα εδάφους Διάθλαση Διόρθωση κλίσης Ναι Ναι Ναι Ναι Ναι (Εγχειρίδιο χρήσης Leica TCR 407). 97

119 Leica Geo Office Tools (LGO Tools) Η μεταφορά των δεδομένων από τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407 σε Η/Υ (Εικόνα ) πραγματοποιήθηκε μέσω καλωδίου που συνδέεται σε σειριακή θύρα και με τη χρήση του αντίστοιχου πακέτου προγραμμάτων Η/Υ Leica Geo Office Tools (LGO Tools) που συνοδεύει το όργανο. Το πακέτο προγραμμάτων Η/Υ Leica Geo Office Tools (LGO Tools) για την υποστήριξη της χρήσης του οργάνου περιλαμβάνει αρκετά προγράμματα όπως τα Data Exchange Manager, Coordinate Editor, Codelist Manager και Software Upload. Με τη βοήθεια των παραπάνω προγραμμάτων προέκυψαν αρχεία τύπου dxf, στη συνέχεια τα δεδομένα εισήχθησαν ως σημειακά διανυσματικά δεδομένα στο AutoCad Map Εικόνα Μεταφορά δεδομένων από το γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407 σε Ηλεκτρονικό Υπολογιστή Δέκτες GPS Οι δέκτες GPS, είναι μικρών διαστάσεων και βάρους, εύχρηστος για την εκτέλεση των μετρήσεων, λειτουργεί σχεδόν σε όλες τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, μέρα και νύχτα, και μπορεί να κεντρώνεται όπως ένα απλό θεοδόλιχο. Δεν απαιτείται ορατότητα μεταξύ των προς προσδιορισμό σημείων και το γεγονός αυτό αποτελεί από μόνο του ένα τεράστιο πλεονέκτημα σε σχέση με τις κλασικές μεθόδους. Όμως, απαιτείται ορατότητα μεταξύ δέκτη και δορυφόρων για τη λήψη του σήματος, δηλαδή απαιτείται ικανοποιητικός ορίζοντας για τη λήψη τουλάχιστον 4 δορυφόρων ώστε η ακρίβεια προσδιορισμού να είναι αρκετά αυξημένη. 98

120 Οι ακρίβειες που επιτυγχάνονται με το GPS, ανάλογα με τις δυνατότητες του δέκτη τη μεθοδολογία μέτρησης κυμαίνονται από μερικές δεκάδες μέτρα έως και μερικά χιλιοστά του μέτρου (Ανδριτσάνος κ.α, 1997). Κάθε δέκτης GPS αποτελείται από την κεραία του (εσωτερική ή εξωτερική) και τον κυρίως δέκτη. H κεραία λαμβάνει το εξασθενημένο δορυφορικό σήμα από όλους τους δορυφόρους που θεωρητικά βρίσκονται πάνω από τον ορίζοντα, το ενισχύει και το διοχετεύει εσωτερικά στο δέκτη για περαιτέρω επεξεργασία. Λαμβάνει είτε μόνο τη συχνότητα L1 (δέκτες μονής συχνότητας) είτε την συχνότητα L1 και την συχνότητα L2 μαζί (δέκτες διπλής συχνότητας). Σε γενικές γραμμές ο κυρίως δέκτης αποτελείται από τον μικροεπεξεργαστή, ο οποίος ελέγχει όλες τις λειτουργίες του και υπολογίζει τη θέση σε πραγματικό χρόνο (λύση ναυσιπλοΐας), τη μονάδα αποθήκευσης δεδομένων, τη μονάδα επικοινωνίας με τον χρήστη (keyboard and display unit) και με υπολογιστή, τη μονάδα παροχής ενέργειας (μπαταρίες ή παροχή ηλεκτρικού ρεύματος) και το τμήμα των ραδιοσυχνοτήτων (RF section) για την παρακολούθηση των δορυφόρων και την εκτέλεση των μετρήσεων. Το τμήμα των ραδιοσυχνοτήτων περιλαμβάνει: ταλαντωτές ή ρολόγια χαλαζιακού τύπου που παράγουν ημιτονοειδή σήματα μιας συχνότητας αναφοράς. πολλαπλασιαστές για τη δημιουργία μεγαλυτέρων συχνοτήτων από την αρχική. φίλτρα για την απομάκρυνση ανεπιθύμητων συχνοτήτων. μίκτες για τον πολλαπλασιασμό δύο διαφορετικών σημάτων. δίαυλους ή κανάλια για την αναγνώριση και παρακολούθηση του σήματος από έναν συγκεκριμένο δορυφόρο (κανάλια απλής και διπλής συχνότητας) καθώς και για την εκτέλεση μετρήσεων στους βρόγχους παρακολούθησης (tracking loops). O αριθμός των καναλιών σχετίζεται άμεσα με τον αριθμό των δορυφόρων που μπορεί ο δέκτης να παρακολουθεί ταυτόχρονα. Οι σύγχρονοι πολυκάναλοι δέκτες αφιερώνουν αποκλειστικά ένα κανάλι για κάθε δορυφόρο. Παλαιότεροι δέκτες χρησιμοποιούσαν ένα ή δύο κανάλια τα οποία εναλλάσσονταν, αργά ή γρήγορα, από δορυφόρο σε δορυφόρο (ακολουθιακοί δέκτες, πολυπλέκτες). Ένας πολυκάναλος δέκτης (multi-channel receiver) πρέπει να διαθέτει τουλάχιστον 4 κανάλια, π.χ. για το σήμα της L1 ώστε να προσδιορίζεται η θέση και η διόρθωση 99

121 του ρολογιού του δέκτη σε κάθε χρονική στιγμή. Οι σύγχρονοι δέκτες διαθέτουν περισσότερα κανάλια για να λαμβάνουν θεωρητικά όλους σχεδόν τους δορυφόρους πάνω από τον ορίζοντα (all in view), π.χ., (12 L1, C/A, P), (12 L2, P). Πολλές φορές ο μικροεπεξεργαστής ή και η μονάδα αποθήκευσης αποτελούν ξεχωριστή διάταξη (controller), στην ουσία έναν υπολογιστή χειρός με ικανοποιητικού μεγέθους οθόνη LCD, ώστε η επικοινωνία, ο έλεγχος και ο προγραμματισμός του δέκτη, η εμφάνιση μηνυμάτων, η προετοιμασία διεξαγωγής των μετρήσεων (mission planning) καθώς και οι υπολογισμοί να γίνονται εύκολα από τον χρήστη (user-friendly), (Φωτίου & Πικριδάς, 2004) Οι βασικοί τύποι δεκτών που υπάρχουν σήμερα διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες: αυτοί που έχουν την δυνατότητα λήψης ψευδοαποστάσεων από τον C/A-κώδικα, αυτοί που έχουν την δυνατότητα λήψης της φέρουσας συχνότητας και του C/A-κώδικα, αυτοί που έχουν την δυνατότητα λήψης του Ρ-κώδικα και αυτοί που έχουν την δυνατότητα λήψης του Υ-κώδικα (Βέργος κ.α., 2003). Για την τοπογραφία υπάρχουν στην αγορά δύο κατηγορίες δεικτών: Οι γεωδαιτικοί δέκτες ακριβείας, που έχουν εφαρμογή στο στρατό με προστατευόμενους κωδικούς και ακρίβεια ±1 μέτρο (Δούκας, 2001). Οι γεωδαιτικοί δέκτες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: Μίας (L1) και δύο συχνοτήτων (L1, L2), με δυνατότητα εκτέλεσης μετρήσεων κώδικα και φάσης. Οι δέκτες χαμηλού κόστους, μιας συχνότητας που ανάλογα με τη μέθοδο μέτρησης η ακρίβεια κυμαίνεται από 0,6-50 μέτρα (Δούκας, 2001). Οι δέκτες αυτοί εκτελούν μετρήσεις στο κώδικα C/A, διαθέτουν απλό λογισμικό και είναι εύκολοι στο χειρισμό GPS Leica GS09 GNSS Ο δέκτης GPS Leica GS09 GNSS (Εγχειρίδιο χρήσης) είναι ένας διπλόσυχνος δέκτης (L1+L2) ο οποίος αποτελείται από τον δέκτη GS09 SmartAntenna και το χειριστήριο CS09 (Εικόνα ) τα οποία συνδυάζονται με τα κατάλληλα παρελκόμενα. Τα κυριότερα τεχνικά χαρακτηριστικά (εγχειρίδιο χρήσης) του δέκτη αυτού είναι: Τύπος: Διπλής συχνότητας (L1+L2) +RTK GPS+GLONASS

122 Κανάλια: 120. RTK: SmartTrack, SmartCheck, Smart RTK 1 Bluetooth. Θύρες: 1 Bluetooth, 1USB/καλώδιο RS232, 5-pin clip. Κεραία: SmartTrack. Τροφοδοσία: Li-Ion 1.9 Ah/7.2 V και Ni-MH 8.0 Ah/12 V. Βάρος: 2,85 κιλά. Εμβέλεια RTK: 5km δυνατότητα απεριόριστης εμβέλειας. Ενημέρωση θέσης: 1Hz με δυνατότητα επέκτασης 5Hz. Ταχύτητα μέτρησης: < 0,03 sec. Ακρίβειες: α) οριζοντιογραφική 10mm+1ppm, RTK. β) υψομετρική 20mm+1ppm, RTK, Καταγραφή δεδομένων: Raw data, συντεταγμένες. Data format: Leica, Leica Lite, Leica 4G, CMR. CMR+, RTCM 2.1, RTCM 2.3, RTCM 3.0, RTCM 3.1. Αποθήκευση δεδομένων: CFcard 256MB, 1GB, 4GB. Χειριστήριο: έγχρωμο touchscreen αλφαριθμητικό πληκτρολόγιο με ¼ VGA οθόνη και ελληνικό μενού. Ανθεκτικότητα: Καλύπτει τις πιο αυστηρές προδιαγραφές MIL-STD (πτώση, στεγανότητα, θερμοκρασία) IP67. Τεχνικές δικτυακής επίλυσης: VRS, FKP, imax, MAX, Nearest station. 101

123 Εικόνα Ο δέκτης GPS Leica GS09 GNSS Τα κυριότερα πλεονεκτήματα του δέκτη είναι: το SmartWorx χειριστήριό του, που είναι πολύ εύκολο καθώς χρησιμοποιεί το εξελιγμένο λογιστικό SmartWorx field και ο χειρισμός του βασίζεται σε μενού εικόνας, ο εξαιρετικά ελαφρύς και απαλλαγμένος από καλώδια κινητός δέκτης RTK Rover που μπορεί να χρησιμοποιείται άνετα όλη την ημέρα. Η στιβαρή κατασκευή του (στρατιωτικές προδιαγραφές), προστατεύει από πτώση, υγρασία και σκόνη. Η συναρμολόγηση του RTK base station-σταθμός βάσης που απαιτεί μόνο τον δέκτη GS09 SmartAntenna, ένα radio modem και μπαταρία. Με την σύνδεση του χειριστηρίου CS09, ξεκινά η συλλογή και καταγραφή των raw satellite data. Ο κινητός δέκτης Leica GS09 λειτουργεί άψογα με όλα τα δίκτυα Μόνιμων Σταθμών Αναφοράς. Οι δικτυακές διορθώσεις λαμβάνονται μέσω Leica GSM/CDMA ή με χρήση κινητών τηλεφώνων. Οι γεωδαιτικοί σταθμοί της Leica μπορούν να συνδυαστούν με τον δέκτη GS09 SmartAntenna σε ένα μόνο τοπογραφικό όργανο την πρωτοποριακή τεχνολογία SmartStation. Για την εκτέλεση της εργασίας χρησιμοποιήθηκε ο δέκτης, ο στυλεός του δέκτη, το χειριστήριο, η βάση στήριξης του χειριστηρίου στο στυλεό και κινητό τηλέφωνο το οποίο συνδέεται με το δέκτη μέσω Bluetooth. Το κινητό χρησιμοποιείται για να επιτυγχάνεται η 102

124 επικοινωνία με το Κέντρο Ελέγχου του Metrica μέσω GPRS. Για να πραγματοποιηθεί η σύνδεση του κινητού τηλεφώνου με το Κέντρο Ελέγχου του Metrica ρυθμίστηκε κατάλληλα, εκ των προτέρων, η κάρτα SIM του δικτύου της κινητής τηλεφωνίας, και εν προκειμένω της εταιρείας VODAFONE, ώστε να υποστηρίζει τη λειτουργία GPRS. Για τη μεταφορά δεδομένων από το δέκτη σε ηλεκτρονικό υπολογιστή αξιοποιήθηκε η Compact Flash κάρτα (CFcard) του οργάνου η οποία γενικά χρησιμοποιείται για αντίγραφα ασφαλείας (back-up) και μεταφορά δεδομένων. Αρχικά έγινε εξαγωγή των δεδομένων από τη μνήμη του δέκτη στην εξωτερική κάρτα Compact Flash και μετά μέσω ενός αναγνώστη καρτών CF (CF Card Reader) ο οποίος επιδέχεται την κάρτα αυτή και φέρει καλώδιο USB έγινε η μεταφορά των δεδομένων στον αποθηκευτικό χώρο του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Εικόνα : Το χειριστήριο του δέκτη GPS Leica GS09 GNSS (Αργυροπούλου 2011) AutoCad Map 2008 Το πρόγραμμα AutoCad MAP είναι ένα λογισμικό Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων (G.I.S.) που βασίζεται στις σχεδιαστικές δυνατότητες του AutoCAD. Πρόκειται δηλαδή για ένα πρόγραμμα σχεδίασης μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή όπως και το AutoCAD με πρόσθετες όμως λειτουργίες διαχείρισης και επεξεργασίας περιγραφικών πληροφοριών, οι οποίες συσχετίζονται με τη γραφική βάση δεδομένων του προγράμματος. Έτσι το πρόγραμμα μπορεί να ενταχθεί στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (vector GIS). Οι κυριότερες λειτουργίες του είναι: Οργάνωση της εργασίας με projects και drawing sets. 103

125 Επεξεργασία και διόρθωση ψηφιακών χαρτών, ώστε να καταστούν κατάλληλοι για χρήση ως χαρτογραφικά υπόβαθρα στο ΓΣΠ. (queries). Δημιουργία τοπολογίας και δυνατότητες ανάλυσης. Σύνδεση περιγραφικών πληροφοριών με τα χαρτογραφικά δεδομένα. Διενέργεια ερωτήσεων με συσχέτιση γραφικών και περιγραφικών πληροφοριών Σύνταξη θεματικών χαρτών (Υφαντής & Σαββαΐδης, 2003). Το πρόγραμμα AutoCad MAP είναι ένα πρόγραμμα με συνεχείς αναβαθμίσεις και εξελίσσεται συνέχεια ώστε να καλύπτει τις ολοένα αυξανόμενες ανάγκες των χρηστών. Το πρόγραμμα AutoCad MAP 2008 είναι εγκατεστημένο σε υπολογιστή που ανήκει στον εξοπλισμό του Εργαστηρίου Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας Περιγραφή διαδικασίας μετρήσεων Όπως έχει προαναφερθεί ο κύριος στόχος της διπλωματικής είναι η αξιολόγηση της ακρίβειας αποτύπωσης σε δασογενές περιβάλλον με χρήση γεωδαιτικού GPS και εφαρμογή της δικτυακής τεχνικής Single Base RTK μέσω σύνδεσης με μόνιμο σταθμό αναφοράς MetricaNet της εταιρίας Metrica. Για τον λόγο αυτό η περιοχή έρευνας επιλέχθηκε ώστε να περιέχει ποικίλα τοπογραφικά και δασοκομικά στοιχεία δασογενούς περιβάλλοντος (δασικός δρόμος, μονοπάτι, ξέφωτο, συστάδα κωνοφόρων). Για να εκτιμηθεί η απόκλιση που παρουσιάζει η μέτρηση κάθε σημείου με εφαρμογή της Single Base RTK τεχνικής από την πραγματική ορθή θέση αυτού, θα πρέπει να είναι γνωστή η μέτρηση της ακριβούς θέσης του ώστε να συγκριθεί με το αποτέλεσμα της συγκεκριμένης μεθόδου. Έτσι αποφασίσθηκε η μέτρηση της ακριβής θέσης του κάθε σημείου να γίνει με χρήση τοπογραφικού οργάνου υψηλής ακρίβειας όπως ο γεωδαιτικός σταθμός (total station) (LEICA TCR 407). Οι συντεταγμένες που θα προκύψουν θα αποτελέσουν την ορθή ή αληθή τιμή των συντεταγμένων με βάση τις οποίες θα γίνει ο έλεγχος των μετρήσεων του GPS. Πρακτικά θα αποτελέσουν την βάση σύγκρισης των αποτελεσμάτων από την εφαρμογή της τεχνικής Single Base RTK, με τις συντεταγμένες που εξάγονται από την χρήση του γεωδαιτικού σταθμού Leica TCR

126 Μετά την επιλογή της περιοχής μελέτης, του κατάλληλου τοπογραφικού εξοπλισμού και την τεχνική της μεθόδου αποτύπωσης εκτελέστηκαν οι εργασίες υπαίθρου (τοπογραφική αποτύπωση). Για την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων πραγματοποιήθηκε η λήψη όσο το δυνατό περισσότερων σημείων. Αποτυπώθηκαν συνολικά σαράντα (40) σημεία στην περιοχή μελέτης: οκτώ (8) σημεία στον άξονα του δασικού δρόμου, οκτώ (8) σημεία στο άξονα του μονοπατιού, οκτώ (8) σημεία στο ξέφωτο, δεκαέξι (16) σημεία κάτω από την κόμη συστάδας κωνοφόρων εκ των οποίων (8) σημεία κάτω από Κυπαρίσσι Αριζόνας και οκτώ (8) κάτω από Τραχεία Πεύκη. Προσδιορίστηκαν οι συντεταγμένες τους τόσο με τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407 του οποίου, όπως προαναφέρθηκε, οι μετρήσεις θα λαμβάνονται ως ορθή τιμή, όσο και με το GPS Leica GS09 GNSS με εφαρμογή της δικτυακής τεχνικής RTK-Single Base με τη χρήση του δικτύου μονίμων σταθμών αναφοράς MetricaNet, της εταιρείας Metrica, δηλαδή λαμβάνονταν διορθώσεις μόνο από τον κοντινότερο σταθμό αναφοράς. Οι μετρήσεις αφορούν στα ίδια σημεία προκειμένου να συγκριθούν τα αποτελέσματα των δύο μεθόδων. Όσον αφορά την χρονική σειρά των μετρήσεων, πρώτα πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις του γεωδαιτικού σταθμού Leica TCR 407, αποδόθηκαν οι συντεταγμένες σε αυτά και έπειτα ακολούθησαν οι μετρήσεις πραγματικού χρόνου με το GPS Leica GS09 GNSS και την τεχνική RTK-Single Base με το δίκτυο της Metrica. Οι μετρήσεις και ο προσδιορισμός των συντεταγμένων των σημείων με το γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407, εξαρτήθηκαν από τα Τριγωνομετρικά σημεία Τ4 και Τ2 του τριγωνομετρικού δικτύου του Δήμου Καβάλας τα οποία είναι εξαρτημένα από το Κρατικό Τριγωνομετρικό δίκτυο, και ο τύπος της όδευσης που επιλέχθηκε ήταν η ανοιχτή εξαρτημένη όδευση με προσανατολισμό στο ένα άκρο. Για την ολοκλήρωση της τοπογραφικής αποτύπωσης εγκαταστάθηκαν 8 στάσεις. Οι μετρήσεις με το GPS Leica GS09 GNSS και την τεχνική RTK-Single Base πραγματοποιήθηκαν σε όλα τα σημεία δύο φορές, μία με ύψος στυλεού του δέκτη στα 2,00μ. και μία με ύψος στυλεού στα 4,00μ.. Η συλλογή των στοιχείων υπαίθρου ολοκληρώθηκε εντός τεσσάρων ημερών. Την πρώτη ημέρα πραγματοποιήθηκε αυτοψία του χώρου και ταυτόχρονα οριοθετήθηκε η ακριβής περιοχή της αποτύπωσης. Στις επόμενες τρείς ημέρες πραγματοποιήθηκε η εκτέλεση των τοπογραφικών εργασιών. 105

127 Όλες οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της ημέρας και συγκεκριμένα κατά τις ώρες π.μ. έως μ.μ. Το συνολικό μήκος του δασικού δρόμου ανέρχεται 158,00μ. σε μέτρα ενώ του μονοπατιού ανέρχεται στα 113,31μ όπως αυτά μετρήθηκαν με την μετροταινία. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε στο ύπαιθρο ήταν η εξής: Α. Προσδιορισμός συντεταγμένων με τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407: 1. Πραγματοποιήθηκε οριζοντίωση ακρίβειας και κεντράρισμα του οργάνου ακριβώς επάνω στο βάθρο (τριγωνομετρικό σημείο Τ2 του τριγωνομετρικού δικτύου του Δήμου Καβάλας με γνωστές συντεταγμένες: X = , Ψ = , Η = , ρυθμίστηκαν ο συντελεστής κλίμακας Κ, που για την περιοχή είναι ίσος με και η θερμοκρασία, το υψόμετρο και η ατμοσφαιρική πίεση και τέλος επιλέχθηκαν οι κατάλληλες ρυθμίσεις για EDM. 2. Κατόπιν επιλέχθηκε η εφαρμογή «Αποτύπωση» και μετά τον απαραίτητο προσανατολισμό προς σημείο επίσης με γνωστές συντεταγμένες (τριγωνομετρικό σημείο Τ4 (βάθρο) του τριγωνομετρικού δικτύου του Δήμου Καβάλας με γνωστές συντεταγμένες : Χ = , Ψ = , Η = 3.095, ξεκίνησε η ίδρυση με όδευση των στάσεων (8) και η αποτύπωση των απαραίτητων σημείων για την ολοκλήρωση της μελέτης (δρόμος, μονοπάτι, ξέφωτο και συστάδα). Όλα τα σημεία αποτυπώθηκαν σε τόση απόσταση μεταξύ τους και με τέτοια πυκνότητα ώστε να αποτυπωθεί όσο το δυνατό με λεπτομέρεια η περιοχής έρευνας. 3. Οι στάσεις σημάνθηκαν με ειδικά καρφιά, και με σπρέι χρώματος κόκκινου με αναγραφή του αριθμού τους. Τα σημεία αποτύπωσης σημάνθηκαν και αυτά με ειδικά καρφιά και σπρέι χρώματος κόκκινου και αναγραφή του αριθμού τους με ανεξίτηλο μαρκαδόρο πάνω σε κορδέλα. Εικόνα Σήμανση σημείου με ειδικό καρφί, σπρέι και κορδέλα Τελικά πραγματοποιήθηκε μέτρηση σε σαράντα σημεία και υλοποιήθηκαν οκτώ στάσεις. 106

128 Οι συντεταγμένες που προέκυψαν από την παραπάνω διαδικασία αποτέλεσαν τις ορθές αληθής τιμές για την σύγκριση των αποτελεσμάτων. Β. Προσδιορισμός συντεταγμένων με το GPS Leica GS09 GNSS: Τα στάδια που ακολουθήθηκαν κατά την τεχνική Single-Base RTK ήταν τα εξής: 1. Έγιναν οι κατάλληλες ρυθμίσεις στο δέκτη του GPS μέσω του χειριστηρίου και επιλέχθηκε το δίκτυο της Metrica και η τεχνική Single Base RTK. 2. Συνδέθηκε, μέσω Bluetooth, το κινητό τηλέφωνο πρώτα με το δέκτη και μετά με το κέντρο ελέγχου της Metrica μέσω GPRS και του πρωτοκόλλου NTRIP. Από το Source Table που εμφανίστηκε επιλέχθηκε το Mount-point NEAR το οποίο αντιστοιχεί στην τεχνική Single-Base RTK. 3. Από το κυρίως μενού επιλέχθηκε Αποτύπωση και ξεκίνησε να λειτουργεί ο δέκτης και να λαμβάνει δεδομένα από το κέντρο ελέγχου της Metrica. Η επιλογή του πλησιέστερου Μόνιμου Σταθμού Αναφοράς έγινε αυτόματα. Για την περιοχή όπου θα εκτελεστούν οι μετρήσεις, ο πλησιέστερος Σταθμός Αναφοράς είναι ο KAVA ο οποίος βρίσκεται στην Καβάλα, σε απόσταση περίπου 1.500,00μ. και έχει Γεωγραφικό Πλάτος: 40 Ο 56 01,68'' N, Γεωγραφικό Μήκος: 24 ο 23 14,32'' E, Γεωμετρικό Υψόμετρο: 76,715μ. Ως σύστημα συντεταγμένων επιλέχθηκε το ΕΓΣΑ 87. Το σύστημα αναφοράς που χρησιμοποιεί η Metrica είναι το ΕΓΣΑ 87 και έτσι οι συντεταγμένες των σημείων προσδιορίστηκαν στο ΕΓΣΑ 87. Ως ύψος κεραίας δόθηκε αρχικά το ύψος των 2,00μ. Στην συνέχεια επαναλήφθηκε η ίδια ακριβώς διαδικασία με ύψος κεραίας στα 4,00μ. Η τιμή στο ύψος κεραίας πρέπει να δίνεται οπωσδήποτε διότι λαμβάνεται υπόψη στον προσδιορισμό των υψομέτρων των σημείων. Είναι αυτονόητο ότι διατηρείται σταθερή έως το τέλος και των δύο σειρών μετρήσεων. Σημειώνεται ότι προηγήθηκαν και κάποιες άλλες ρυθμίσεις σχετικά με την φόρμα εξαγωγής των δεδομένων. Το όργανο αρχικά έδινε μόνο τα Χ,Υ,Ζ αλλά με κατάλληλη ενημέρωση της φόρμας εξαγωγής δεδομένων, από την εταιρεία METRICA A.E., ορίστηκε να δίνονται πληροφορίες αναφορικά με την ημερομηνία μέτρησης, με την αρχή και το τέλος της μέτρησης, τα στοιχεία του σταθμού αναφοράς από τον οποίο λαμβάνονται τα δεδομένα και την κεκλιμένη απόσταση από τον μόνιμο αυτό σταθμό αναφοράς όπως επίσης και τα PDΟΡ, VDΟΡ, GDΟΡ κ.λ.π. Ο αριθμός των δορυφόρων που λαμβάνονταν κατά την στιγμή της μετρήσης δεν ήταν δυνατό να δίνεται στη φόρμα εξαγωγής και για το λόγο αυτό για κάθε σημείο σημειώνονταν σε ειδικό έντυπο. Επίσης πολύ σημαντικό στοιχείο αποτελεί το γεγονός ότι για τις μετρήσεις 107

129 λαμβάνονταν υπόψη εκτός από τους δορυφόρους GPS και οι δορυφόροι GLONASS. Ο χρόνος παραμονής σε κάθε σημείο ήταν 60 δευτερόλεπτα και οι μετρήσεις γινόταν κάθε ένα δευτερόλεπτο Θεωρία σφαλμάτων Υπάρχουν πολλές αιτίες που επιδρούν στη μέτρηση ενός μεγέθους με αποτέλεσμα η ευρεθείσα τιμή να μην ταυτίζεται με την αληθινή. Σφάλματα μετρήσεων υπάρχουν σε όλες τις τοπογραφικές εργασίες. Το τελικό σφάλμα μιας παρατήρησης προκύπτει από αθροιστικές επιδράσεις πολλών επιμέρους σφαλμάτων, όπως: τα εσωτερικά σφάλματα του οργάνου που δεν απαλείφονται ακολουθώντας ειδικές τεχνικές κατά τη μέτρηση, β) τα σφάλματα του περιβάλλοντος και γ) τα σφάλματα των επιμέρους χειρισμών που κάνει ο παρατηρητής (Ρωσσικόπουλος, 2003). Υπάρχουν, λοιπόν, τρεις κατηγορίες σφαλμάτων: α. Τα χονδροειδή σφάλματα τα οποία προέρχονται συνήθως από απροσεξία, αφηρημάδα ή ελάττωση της προσοχής του παρατηρητή, έχουν μεγάλη τιμή και διαπιστώνονται με επανάληψη των μετρήσεων. β. Τα συστηματικά σφάλματα που οφείλονται στην ατέλεια των οργάνων, στη μέτρηση σε θερμοκρασία διάφορη της θερμοκρασίας βαθμολόγησης των οργάνων, στις μεταβολές στο φυσικό περιβάλλον (θερμοκρασία, υγρασία) όπου γίνονται οι μετρήσεις. Η επίδρασή τους είναι γνωστή και μπορεί να υπολογιστεί και να διορθωθεί γ. Τα τυχαία σφάλματα τα οποία οφείλονται στην αδυναμία κατασκευής απολύτως ακριβών οργάνων, ιδανικών σκοπεύσεων, αναγνώσεων κ.λ.π. Συμβαίνουν κατά τυχαίο τρόπο μια χρονική στιγμή και δεν εντοπίζονται, ούτε εξαλείφονται, αλλά με την εφαρμογή ορισμένων νόμων των πιθανοτήτων στα αποτελέσματα μιας σειράς μετρήσεων, η αληθής τιμή μπορεί να προσεγγιστεί ικανοποιητικά. Τα τυχαία σφάλματα ακολουθούν ακριβώς ή κατά προσέγγιση τη συνάρτηση της κανονικής κατανομής. Τις μετρήσεις τις διακρίνουμε σε ισοβαρείς και ανισοβαρείς. Ισοβαρείς λέγονται οι μετρήσεις που έγιναν από τον ίδιο παρατηρητή, με το ίδιο όργανο και με τις ίδιες συνθήκες. Ανισοβαρείς λέγονται οι μετρήσεις όπου δεν τηρήθηκε έστω και μία από τις προηγούμενες προϋποθέσεις. 108

130 Η τιμή που προσεγγίζει περισσότερο την πραγματική είναι η πιθανότερη τιμή μιας σειράς μετρήσεων. Η πιθανότερη τιμή μεγέθους είναι ίση με τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων της σειράς μετρήσεων, δηλαδή για ισοβαρείς μετρήσεις l1,l2,.,ln χωρίς συστηματικό σφάλμα κάποιου μεγέθους, που είναι άγνωστη η αληθής τιμή Χ, η πιθανότερη τιμή του μεγέθους αυτού είναι: L=(l1+ l2+ l ln)/n Όσο ο αριθμός των μετρήσεων n αυξάνει, τόσο η πιθανή τιμή L πλησιάζει την αληθή τιμή Χ. Οι διαφορές ε1=χ-l1, ε2=χ-l2,., εn=χ-ln, ονομάζονται αληθή σφάλματα και συμβολίζονται με ε, ενώ οι διαφορές υ1=l-l1, υ2=l-l2,., υn=l-ln ονομάζονται φαινομενικά ή αριθμητικά σφάλματα ή απλά σφάλματα και συμβολίζονται με υ. Aν προσθέσουμε τις παραπάνω σχέσεις κατά μέλη και λάβουμε υπόψη και την σχέση L=(l1+ l2+ l ln)/n προκύπτει ότι το άθροισμα υ=(υ) = n x L (n x L)=0, που σημαίνει ότι άλλα σφάλματα είναι θετικά, άλλα αρνητικά έτσι ώστε να αλληλοεξουδετερώνονται. Το σφάλμα είναι κριτήριο εκτίμησης του βαθμού ακρίβειας μίας σειράς μετρήσεων ή αν μία σειρά μετρήσεων είναι ακριβέστερη της άλλης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται τρία κριτήρια: α. Το κριτήριο του μέσου αριθμητικού σφάλματος μα. Μέσο αριθμητικό σφάλμα μιας σειράς μετρήσεων, ορίζεται το πηλίκο του αθροίσματος των απόλυτων τιμών των αριθμητικών (φαινομενικών) σφαλμάτων υ1, υ2,., υn με τον αριθμό των μετρήσεων: μα = ± (v) /n β. Το κριτήριο του μέσου πιθανού σφάλματος μπ. Για τον υπολογισμό του μέσου πιθανού σφάλματος τοποθετούμε τις απόλυτες τιμές των αριθμητικών (φαινομενικών) σφαλμάτων υ, σύμφωνα με το μέγεθός τους. Στην περίπτωση που το πλήθος των απόλυτων διαφορών είναι περιττό, η μεσαία απόλυτος τιμή της σειράς, ορίζει το μέσο πιθανό σφάλμα μπ. Στην περίπτωση που το πλήθος είναι άρτιο, της σειράς, ορίζει το μέσο πιθανό σφάλμα μπ. Στην περίπτωση που το πλήθος είναι άρτιο, σαν μέσο πιθανό σφάλμα παίρνεται το ημιάθροισμα των δύο μεσαίων διαφορών, π.χ. στη σειρά 1,3,4,5,8,9 μπ = (4+5) /2=4,5. 109

131 γ. Το κριτήριο του μέσου τετραγωνικού σφάλματος των μετρήσεων (μτ). Εάν (ε) είναι οι αληθείς διαφορές n παρατηρήσεων τότε το μέσο τετραγωνικό σφάλμα είναι ίσο με μτ = ± ((εε) / n) 0,5 Πρακτικά όμως είναι αδύνατο να υπολογίσουμε τις διαφορές ε, γιατί η αληθής τιμή Χ του μεγέθους είναι άγνωστη. Γι αυτό χρησιμοποιείται ο τύπος : μτ = ± ((εε) / n) 0,5 = ± ((vv) / (n-1)) 0,5 Η τιμή του μέσου τετραγωνικού σφάλματος μιας σειράς μετρήσεων είναι το περισσότερο κατάλληλο μέτρο το οποίο χαρακτηρίζει την ακρίβεια (ποιότητα) των μετρήσεων γιατί επιπλέον είναι και το δυσμενέστερο (μεγαλύτερο) των άλλων κριτηρίων. δ. Το κριτήριο του μέσου τετραγωνικού σφάλματος του μέσου όρου (μμ): Τα προηγούμενα σφάλματα καθόριζαν το σφάλμα κάθε μίας μέτρησης της σειράς και όχι της πιθανής τιμής (μέσου όρου). Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου δίνεται από τον τύπο: μμ = ± ((vv) / (n(n-1))0.5 = ± μτ / (n)0,5 δηλαδή η αληθής τιμή Χ βρίσκεται μεταξύ των αριθμών (L + μμ), (L - μμ). Όταν ο αριθμός των παρατηρήσεων αυξάνει το σφάλμα μμ μικραίνει και επομένως η περιοχή που βρίσκεται η αληθής τιμή Χ μικραίνει, δηλαδή έχουμε πιο ακριβείς μετρήσεις. Υπερβολική όμως αύξηση των μετρήσεων δεν είναι σκόπιμη γιατί η ταχύτητα μείωσης του σφάλματος μικραίνει (Δούκας, 2001). Για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την ακρίβεια που επιτεύχθηκε στις μετρήσεις των συντεταγμένων των σημείων με το GPS GS09, την τεχνική Single Base και το μόνιμο σταθμό της Metrica και τον υπολογισμό της απόκλισης από την όρθη τιμή υπολογίστηκαν το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ και το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ. Ως ορθή τιμή χρησιμοποιήθηκε η πιθανή τιμή L των μετρήσεων των συντεταγμένων των σημείων με το γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407. Επίσης για κάθε ένα σημείο υπολογίστηκε η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) από τον τύπο: ((v 2 Ε +v 2 Ν)/n)) 0,5, καθώς και ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. 110

132 Η οριζοντιογραφική ακρίβεια ορίζεται από το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (RMSE EN ) των συντεταγμένων (E,N) σημείων που μετρήθηκαν με GPS και ελέγχονται από μεγαλύτερης ακρίβειας μετρήσεις που προέκυψαν από τη χρήση του γεωδαιτικού σταθμού (τεχνικές προδιαγραφές κατάρτισης δασικών χαρτών ΦΕΚ 1811/Β/ ). 111

133 4. ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Προκειμένου να ελεγχθεί η ακρίβεια στον προσδιορισμό θέσης σε δύσκολα δασογενή περιβάλλοντα με την εφαρμογή της τεχνικής Single-Base RTK με χρήση των δικτύων μόνιμων σταθμών (GNSS) της εταιρείας της Metrica, πραγματοποιήθηκαν πέντε σειρές μετρήσεων: α) μέτρηση σημείων σε άξονα δασικού δρόμου, β) μέτρηση σημείων σε άξονα δασικού μονοπατιού, γ) μέτρηση σημείων σε δασικό ξέφωτο, δ) μέτρηση σημείων κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζονάς και ε) μέτρηση μέτρηση σημείων κάτω από την κομοστέγη υψηλού δάσους κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη. Η πιστότητα της επίλυσης με την μέθοδο Single-Base RTK ελέγχεται μέσω της σύγκρισης των αποτελεσμάτων των συντεταγμένων των σημείων όπως αυτές καταγράφονταν από τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 2,00μ. και 4,00μ. με τις συντεταγμένες που προέκυπταν από τη χρήση του γεωδαιτικού σταθμού Leica TCR 407 οι οποίες και λαμβάνονταν ως ορθές τιμές. Το σύστημα MetricaNet προσφέρει υπηρεσίες πραγματικού χρόνου και υπηρεσίες μετεπεξεργασίας. Ο Δασολόγος της πράξης κατά κύριο λόγο απαιτεί υπολογισμό των συντεταγμένων ταυτόχρονα με το χρόνο εκτέλεσης των δασοπονικών εργασιών. Ακριβώς για το λόγο αυτό επιλέχθηκε η συγκεκριμένη τεχνική Single-Base RTK στην παρούσα εργασία εφόσον αποτελεί μία από τις κυριότερες υπηρεσίες πραγματικού χρόνου. Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων παρουσιάζεται στο δέκτη, με ειδική ένδειξη στην οθόνη του χειριστηρίου, η δισδιάστατη ακρίβεια (οριζοντιογραφική ακρίβεια) που επιτυγχάνεται για κάθε μία μέτρηση. Η πληροφορία αυτή δίνει την δυνατότητα επιλογής στον εκάστοτε χρήστη και το δικαίωμα να αποφασίζει αν θα λαμβάνει ή όχι την λύση ανάλογα με την ακρίβεια που επιθυμεί για τις μετρήσεις του. Στην παρούσα εργασία θα ελεγχθούν και οι διαφορές που προκύπτουν μεταξύ του μέσου όρου, της ελάχιστης και της μέγιστης τιμής της Εσωτερικής οριζοντιογραφικής ακρίβειας του δέκτη και της πραγματικής οριζοντιογραφικής ακρίβειας που προκύπτει από τις μετρήσεις. Ο σταθμός που παρείχε τις διορθώσεις ήταν ο ΚΑVA (RTCM-Ref 0015) που βρίσκεται στην Καβάλα σε απόσταση περίπου μέτρα από το σημείο μέτρησης η οποία θεωρείται εξαιρετικά μικρή και δεν θα πρέπει να επιδρά στην μείωση της ακρίβειας. 112

134 4.1 Αποτελέσματα πρώτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού δρόμου Στο Δημόσιο σύμπλεγμα του Συμβόλου όρους αποτυπώθηκαν οκτώ (8) σημεία στον άξονα του δασικού δρόμου που διέρχεται από την συστάδα β του τμήματος 2. Ο δρόμος έχει συνολικό μήκος περίπου 158,00μ., διέρχεται από υψηλό δάσος κωνοφόρων (Τραχείας Πεύκης Κυπαρίσσι Αριζόνας) και είναι σχεδόν παράλληλος με ρέμα. Η ηλικία των δέντρων ανέρχεται περίπου στα 35 χρόνια. Το ύψος τους κυμαίνεται από 8 έως 10μ. Το ανάγλυφο της περιοχής παρουσιάζει ήπιες κλίσεις. Μια εκτίμηση της κομοστέγης είναι ότι αυτή ανέρχεται σε ποσοστό της τάξης του 40-60%. Αυτό σημαίνει ότι η κομοστέγη όσο και το ύψος επηρέασαν τις μετρήσεις ιδιαίτερα με το δέκτη GPS καθώς το φαινόμενο των πολύ-ανακλάσεων (multipath effects) ήταν έντονο μιας και η παρουσία των κωνοφόρων παίζει σημαντικό ρόλο στη λήψη του σήματος. Οι μετρήσεις τόσο από το γεωδαιτικό σταθμό όσο και με την τεχνική της αποτύπωσης Single Base RTK με ύψος κεραίας 2,00μ και 4,00μ μέσω σύνδεσης με μόνιμο σταθμό αναφοράς MetricaNet, της εταιρίας Metrica απεικονίζονται στην Εικόνα 4.1.: 113

135 Αποτύπωση με το γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407 Αποτύπωση με τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 2,00μ Αποτύπωση με τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 4,00μ Εικόνα 4.1 Μετρήσεις στον άξονα δασικού δρόμου 114

136 4.1.1 Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 6 έως 8 ενώ στα περισσότερα σημεία (5) ο αριθμός αυτός ήταν 7 (Πίνακας ). Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ στον άξονα δασικού δρόμου Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων μόνο στα πέντε (5) επιλύθηκε η φάση. Στην περίπτωση που πραγματοποιούνταν διακοπή της επίλυσης φάσης ο δέκτης παρέμεινε ακίνητος για χρονικό διάστημα όχι μεγαλύτερο από 3 λεπτά προκειμένου να επιλυθεί η φάση. Παρόλα αυτά, στα σημεία που δεν ήταν αυτό εφικτό, λαμβάνονταν οι μετρήσεις χωρίς να έχει επιλυθεί η φάση προκειμένου να προχωρήσουμε στα επόμενα σημεία. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε στα σημεία με αριθμό 1, 3, 4, 6 και 7. Παρατηρούμε ότι ενώ για την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία και απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρων (τουλάχιστο 6) παρόλα αυτά στα σημεία με αριθμό 2, 5, 8 που η λήψη των δορυφόρων ήταν παραπάνω από το ικανοποιητικό (7) η φάση δεν επιλύθηκε. 115

137 Αξίζει να σημειωθεί ότι σε όλα τα σημεία η τιμή του δείκτη PDOP ανήλθε σε (1) που χαρακτηρίζεται ήταν άριστη. Το ίδιο παρατηρήθηκε ακόμα και στα σημεία με αριθμό 2, 5 και 8 στα οποία η φάση δεν επιλύθηκε. Οπότε σε αυτή την περίπτωση δεν μπορούμε να θεωρήσουμε το PDOP ως παράγοντα που επηρέασε τις μετρήσεις. Επιπρόσθετα παρόλο που τα προαναφερόμενα σημεία έλαβαν ικανοποιητικό αριθμό δορυφόρων (7) και δεν επιλύθηκε η φάση, το γεγονός αυτό μπορεί να αποδοθεί στη επίδραση του σφάλματος πολλαπλών διαδρομών multipath (συντελεστής ανακλασιμότητας του εδάφους) και στην ανάκλαση των σημάτων στην επιφάνεια των δένδρων. Επίσης η ακρίβεια θέσης στα σημεία αυτά παρατηρούμε ότι είναι μικρότερη από τα υπόλοιπα σημεία και ειδικότερα στο σημείο με αριθμό 8 όπου καταγράφηκε η μεγαλύτερη τιμή οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,80μ άρα και η μικρότερη ακρίβεια θέσης. Άξιο αναφοράς είναι το σημείο 6 στο οποίο παρόλο που η φάση επιλύθηκε, η τιμή της οριζοντιογραφικής ακρίβειας είναι η δεύτερη μεγαλύτερη 1,70μ. Το σημείο αυτό ήταν το μόνο που ο αριθμός των δορυφόρων ανήλθε στο 6 και η τιμή του PDOP στο 1. Άρα ο αριθμός δορυφόρων είναι αυτός που έχει την μεγαλύτερη επίδραση στην ακρίβεια ακόμη και όταν δεν πραγματοποιείται επίλυση φάσης. Παρατηρούμε ότι ενώ ο δρόμος βρίσκεται δίπλα σε ρέμα και θα ήταν πιθανό να λαμβάνονται λιγότεροι δορυφόροι εντούτοις ο αριθμός αυτών (πλην του σημείου 6 που ελήφθησαν έξι δορυφόροι) κυμάνθηκε κατά μέσο όρο στο (7) αριθμός ικανοποιητικός για τέτοιου είδους δύσκολα δασογενή περιβάλλοντα όπως η μικτή συστάδα κωνοφόρων. Το γεγονός αυτό μπορεί να αποδοθεί στο ότι ο δασικός δρόμος έχει ικανοποιητικό πλάτος καταστρώματος 5,5μ. και παρόλο που διέρχεται από μικτή συστάδα υψηλών κωνοφόρων η κομοστέγη είναι περιορισμένη και κατά συνέπεια ο ουρανός πιο ανοικτός. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του δρόμου. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2). Σε αυτό το επίπεδο εμπιστοσύνης, οι μετρήσεις θέσης θεωρούνται αρκετά ακριβείς ώστε να ικανοποιούν όλες, τις εκτός από τις πιο ευαίσθητες, εφαρμογές. ( Ημερομηνία επίσκεψης ). Λαμβάνοντας υπόψη ότι η επίδραση του PDOP παρέμεινε σταθερή κατά την διάρκεια των μετρήσεων και ότι στο σημείο 6, το οποίο ήταν το μόνο που ο αριθμός των δορυφόρων ανήλθε στους 6 και η τιμή του PDOP στο 1, παρουσιάζοντας την δεύτερη μεγαλύτερη τιμή οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,70μ, οδηγούμαστε ακόμη μία φορά στο συμπέρασμα ότι ο αριθμός των δορυφόρων επιδρά περισσότερο στην ακρίβεια θέσης απ ότι το PDOP. 116

138 Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 8 j1 E gps 2,407m 8 j1 E Θ -E Και 2 1,8034 m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps και 5,585m 8 j1 N N 7,047m gps 2 Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 8 Z j1 Z gps 15, 613m 8 j1 Z Και 2 Z 39, 315m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα

139 Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,0839 0,045 1,95 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,30 0,70 1,95 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,44 0,70 1,31 Πίνακας Σφάλματα Κριτήριο Πραγματική ακρίβεια Εσωτερική ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,779 0,545 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας Πίνακας : Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,80 1,08 0,01 0,01 Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,01μ. έως 1,80μ. με το μέσο όρο να είναι 0,78μ. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (1,80) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 8 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 1,08μ. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 7. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,01) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 1 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,01μ., το PDOP 1 και ο αριθμός δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης ήταν 7. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία του άξονα του δασικού δρόμου αποδίδεται με το Σχήμα Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base με ύψος κεραίας 2,00μ στον άξονα δασ.δρόμου 118

140 4.1.2 Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 7 έως 8 ενώ στα περισσότερα σημεία (5) ο αριθμός αυτός ήταν 8 (Πίνακας ). Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ. στον άξονα δασικού δρόμου Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων επιλύθηκε η φάση στα έξι (6). Παρόλα αυτά, στα σημεία που δεν ήταν αυτό εφικτό, λαμβάνονταν οι μετρήσεις χωρίς να έχει επιλυθεί η φάση προκειμένου να προχωρήσουμε στα επόμενα σημεία. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε σε όλα τα σημεία εκτός από τα σημεία με αριθμό 5 και 8. Παρατηρούμε ότι στην προηγούμενη μέτρηση με ύψος κεραίας 2,00μ. η φάση δεν επιλύθηκε, στα ίδια ακριβώς σημεία. Επίσης ενώ για την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία και απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρου (τουλάχιστο 6) παρόλα αυτά αυτό δεν συνέβη. 119

141 Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για το σημείο 8 ανέρχεται στα 1,09μ. (μεγαλύτερη τιμή), η οριζοντιογραφική ακρίβεια στο σημείο 5 στα 0,62μ. (δεύτερη μεγαλύτερη τιμή). Εάν συγκρίνουμε όμως τις τιμές αυτές μεταξύ τους και λάβουμε υπόψη ότι το PDOP είναι 1 και στα δύο σημεία, οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι ο αριθμός των δορυφόρων επιδρά περισσότερο στην ακρίβεια θέσης απ ότι το PDOP. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του δρόμου. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν αρκετά ακριβής ακόμα και σε αυτά τα σημεία με αριθμό 5 και 8 στα οποία η φάση δεν επιλύθηκε. Οπότε σε αυτή την περίπτωση δεν μπορούμε να θεωρήσουμε το PDOP ως παράγοντα που επηρέασε τις μετρήσεις, παρόλο που είναι γνωστό ότι ο αριθμός των δορυφόρων και η γεωμετρία τους επηρεάζουν την λύση. Το γεγονός ότι τα προαναφερόμενα σημεία έλαβαν ικανοποιητικό αριθμό δορυφόρων (7) και (8) και παρ ολ αυτά η φάση δεν επιλύθηκε, μπορεί να αποδοθεί στη επίδραση του σφάλματος πολλαπλών διαδρομών multipath (συντελεστής ανακλασιμότητας του εδάφους) και στην ανάκλαση των σημάτων στην επιφάνεια των δένδρων. Επίσης η τιμή της ακρίβειας θέσης στα σημεία αυτά όπως προαναφέρθηκε είναι μεγαλύτερη από τα υπόλοιπα σημεία και ειδικότερα στο σημείο με αριθμό 8 όπου καταγράφηκε η μεγαλύτερη τιμή οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,09μ. Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνα των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 8 E j1 Θ -E gps 1,881m και 8 j1 E Θ -E 2 1, 2615m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 1,238m και 8 j1 N 2 N 0, 4213m gps Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 120

142 8 Z j1 Z gps 20,94m και 8 j1 Z 2 Z 59,127m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,149 0,097 2,617 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,24 0,15 2,62 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,38 0,34 1,60 Πίνακας Σφάλματα Κριτήριο Πραγματική ακρίβεια Εσωτερική ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,30 0,378 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,09 0,871 0,06 0,03 Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,06μ. έως 1,09μ. με το μέσο όρο να είναι 0,30μ. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (1,09μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 8 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,871μ.. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 7. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,06) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 7 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,03μ. Το PDOP 1 και ο αριθμός δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης ήταν 7. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα 8 σημεία του άξονα του δασικού δρόμου αποδίδεται με το Σχήμα

143 Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base με ύψος κεραίας 4μ στον άξονα δασ.δρόμου 4.2 Αποτελέσματα δεύτερης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού μονοπατιού Αποτυπώθηκαν οκτώ (8) σημεία στον άξονα δασικού μονοπατιού που διέρχεται από την συστάδα β του τμήματος 2. Το μονοπάτι έχει συνολικό μήκος περίπου 113,31μ. και διέρχεται από υψηλό δάσος κωνοφόρων (Τραχείας Πεύκης Κυπαρίσσι Αριζόνας). Η ηλικία των δέντρων ανέρχεται στα 35 χρόνια. Το ύψος τους κυμαίνεται από 6 έως 8μ.. Το ανάγλυφο της περιοχής γενικά χαρακτηρίζεται από ήπιες κλίσεις. Μια εκτίμηση της κομοστέγης είναι ότι αυτή ανέρχεται σε ποσοστό της τάξης του 40-60%. Αυτό σημαίνει ότι η κομοστέγη όσο και το ύψος επηρέασε τις μετρήσεις ιδιαίτερα με το δέκτη GPS καθώς το φαινόμενο των πολύ-ανακλάσεων (multipath effects) ήταν έντονο μιας και η παρουσία των κωνοφόρων παίζει σημαντικό ρόλο στη λήψη του σήματος. Οι μετρήσεις τόσο από το γεωδαιτικό σταθμό όσο και με την τεχνική της αποτύπωσης Single Base RTK με ύψος κεραίας ορισμένο στα 2,00μ. και 4,00μ. μέσω σύνδεσης με μόνιμο σταθμό αναφοράς MetricaNet, της εταιρίας Metrica απεικονίζονται στην Εικόνα 4.2: 122

144 Αποτύπωση με το γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407 Αποτύπωση με τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 2,00μ Αποτύπωση με τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 4,00μ Εικόνα 4.2 Μετρήσεις στον άξονα δασικού μονοπατιού 123

145 4.2.1 Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 6 έως 8 ενώ στα περισσότερα σημεία (4) ο αριθμός αυτός ήταν 8 (Πίνακας ). Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base ύψος κεραίας 2,00μ στον άξονα δασικού μονοπατιού Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων μόνο στα δύο (2) επιλύθηκε η φάση. Παρόλα αυτά, στα σημεία που δεν ήταν αυτό εφικτό, λαμβάνονταν οι μετρήσεις χωρίς να έχει επιλυθεί η φάση προκειμένου να προχωρήσουμε στα επόμενα σημεία. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε στα σημεία με αριθμό 17 και 18. Σε πολλά σημεία με ιδανικό αριθμό δορυφόρων (8) και καλό δείκτη PDOP 1, όπως τα σημεία με αριθμό 19, 21, 23 και στα σημεία 20 και 22 με αριθμό δορυφόρων (7) και καλό δείκτη PDOP 1, η φάση δεν επιλύθηκε. Το ίδιο συνέβη και στο σημείο με αριθμό 24, στο οποίο όμως ο αριθμός των δορυφόρων ήταν ο μικρότερος (6) και ο δείκτης PDOP 1. Παρατηρούμε ότι ενώ για 124

146 την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία και απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρων (τουλάχιστο 6) παρόλα αυτά αυτό δεν συνέβη. Ωστόσο η τιμή της ακρίβειας θέσης σε αυτά τα σημεία ήταν χειρότερη σε σχέση με τα σημεία που επιλύθηκε η φάση. Παρατηρούμε ότι ενώ το μονοπάτι διέρχεται από υψηλή συστάδα κωνοφόρων και θα ήταν πιθανή η λήψη όχι τόσο ικανοποιιτικού αριθμού δορυφόρων λόγω της πυκνής συγκόμωσης, εντούτοις ο αριθμός αυτών (πλην του σημείου με αριθμό 18 και 24 που ελήφθησαν έξι δορυφόροι) κυμάνθηκε κατά μέσο όρο στο (8) αριθμός πολύ ικανοποιητικός για τέτοιου είδους δύσκολα δασογενή περιβάλλοντα όπως η μικτή συστάδα κωνοφόρων. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται έξοχες σε όλα τα σημεία του μονοπατιού. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν έξοχη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η επίδραση του PDOP παρέμεινε σταθερή κατά την διάρκεια των μετρήσεων άξιο παρατήρησης αποτελεί το εξής γεγονός: Στο σημείο με αριθμό 24, στο οποίο ο αριθμός των δορυφόρων ανήλθε στους 6 και η τιμή του δείκτη PDOP στο 1, παρουσιάζοντας την δεύτερη μεγαλύτερη τιμή οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,70μ., η φάση δεν επιλύθηκε. Αντίστοιχα στο σημείο με αριθμό 18 με ίδιες τιμές δορυφόρων και PDOP η ακρίβεια ήταν μεγαλύτερη 0,08μ., η φάση επιλύθηκε. Το γεγονός αυτό μπορεί να αποδοθεί αρχικά στη θέση του σημείου με αριθμό 18, όπου το μονοπάτι έχει ικανοποιητικό πλάτος καταστρώματος διότι εξέρχεται από την μικτή συστάδα υψηλών κωνοφόρων και οδηγείται προς το ξέφωτο. Η κομοστέγη είναι σχεδόν ανύπαρκτη και κατά συνέπεια ο ουρανός είναι πιο ανοικτός. Στο σημείο όμως 24 το πλάτος του καταστρώματος του μονοπατιού είναι πολύ μικρότερο και φέρει εκατέρωθεν ψηλά δένδρα Πεύκης και Κυπαρισσιού με συνέπεια να δημιουργούνται μη ευνοϊκές συνθήκες αποτύπωσης. Παρατηρούμε ότι σε πυκνή συγκόμωση παρουσιάζεται μικρότερη ακρίβεια και αντίστοιχα σε πιο αραιή υψηλότερη ακρίβεια. Οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι η πυκνότητα της κομοστέγης τελικά επηρεάζει την ακρίβεια θέσης Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 8 E j1 Θ -E gps 3,77m και 8 j1 E Θ -E 2 3,740m gps. 125

147 Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 5,399m και 8 j1 N N 5,129m gps 2 Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 8 Z j1 Z gps 20, 409m και 8 j1 Z 2 Z 89,879m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ(8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,277 0,5308 0,0103 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,47 0,67 2,55 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,58 0,73 1,46 Πίνακας Σφάλματα Πραγματική Εσωτερική Κριτήριο ακρίβεια ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,87 0,683 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,85 0,859 Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,01 0,015 Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,01μ. έως 1,85μ. με το μέσο όρο να είναι 0,87μ. 126

148 Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (1,85) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 21 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,859μ..Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 οι δορυφόροι 8. Με τις ίδιες τιμές δορυφόρων και PDOP στο σημείο με αριθμό 17 παρατηρήθηκε το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,01) και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,015μ.. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία του άξονα του μονοπατού αποδίδεται με το Σχήμα Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base ύψος κεραίας 2,00μ. στον άξονα μονοπατιού Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 5 έως 8 (Πίνακας ) Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων

149 Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ στον άξονα μονοπατιού Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων η φάση επιλύθηκε στα πέντε (5). Παρόλα αυτά, στα σημεία που δεν ήταν αυτό εφικτό, λαμβάνονταν οι μετρήσεις χωρίς να έχει επιλυθεί η φάση προκειμένου να προχωρήσουμε στα επόμενα σημεία. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε σε όλα τα σημεία εκτός από τα σημεία με αριθμό 19, 21 και 22. Παρατηρούμε ότι ενώ για την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία και απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρου (τουλάχιστο 6) παρόλα αυτά στα σημεία αυτά που η λήψη των δορυφόρων ήταν παραπάνω από το ικανοποιητικό (8) και (7) αντίστοιχα δεν επιλύθηκε η φάση. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του μονοπατιού. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 εκτός του σημείου με αριθμό 17 που ήταν 2 και του σημείου με αριθμό 19 που ήταν 0, που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν ιδανική (PDOP <1) έως άριστη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Επιπρόσθετα παρόλο που τα προναφερόμενα σημεία έλαβαν ικανοποιητικό αριθμό δορυφόρων (7) και (8) η φάση δεν επιλύθηκε, το γεγονός αυτό μπορεί να αποδοθεί στη επίδραση του σφάλματος πολλαπλών διαδρομών multipath (συντελεστής ανακλασιμότητας του εδάφους) και στην ανάκλαση των σημάτων στην επιφάνεια των δένδρων. Επίσης η τιμή της ακρίβειας θέσης στα σημεία αυτά παρατηρούμε ότι είναι μεγαλύτερη από τα υπόλοιπα σημεία και ειδικότερα στο σημείο 19 όπου καταγράφηκε η μεγαλύτερη τιμή οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,23μ.. Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: 128

150 Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 8 E j1 Θ -E gps 2,88m και 8 j1 E Θ -E 2 1,62m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 2,686m και 8 j1 N N 1,339m gps 2 Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 8 Z j1 Z gps 19, 928m και 8 j1 Z 2 Z 54,41m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,1522 0,086 2,340 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,103 0,34 2,49 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,45 0,52 1,50 Πίνακας Σφάλματα 129

151 Κριτήριο Πραγματική ακρίβεια Εσωτερική ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,49 0,472 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,23 0,03 Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,09 1,08 Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,09μ. έως 1,23μ. με το μέσο όρο να είναι 0,49μ.. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (1,23μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 19 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,03μ.. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 0 και οι δορυφόροι 8. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,09μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 24. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1, ο αριθμός δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης ήταν 5 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 1,08μ.. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία του άξονα του δασικού μονοπατιού αποδίδεται με το Σχήμα Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ. στον άξονα δασ. μονοπατιού 130

152 4.3. Αποτελέσματα τρίτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων σε ξέφωτο Στο Δημόσιο σύμπλεγμα Συμβόλου όρους αποτυπώθηκαν οκτώ (8) σημεία σε ξέφωτο που βρίσκεται εντός της συστάδα β του τμήματος 2. Το ξέφωτο έχει συνολικό εμβαδό περίπου 540,84 μ 2 και περιβάλλεται από υψηλό δάσος κωνοφόρων (Τραχείας Πεύκης Κυπαρίσσι Αριζόνας). Η ηλικία των δέντρων που περιβάλλουν το ξέφωτο ανέρχεται στα 35 χρόνια. Το ύψος τους κυμαίνεται από 8 έως 10μ. Το ανάγλυφο της περιοχής χαρακτηρίζεται από ήπιες κλίσεις. Μια ιδιαιτερότητα που χαρακτηρίζει την αποτύπωση σημείων σε ξέφωτο δασικής συστάδας είναι η εξ ορισμού έλλειψη κάθε είδους υψηλής βλάστησης και κατά συνέπεια κομοστέγης. Το σύνολο των σημείων αποτυπώθηκε σε γυμνή. Οι μετρήσεις τόσο από το γεωδαιτικό σταθμό όσο και με την τεχνική της αποτύπωσης Single Base RTK μέσω σύνδεσης με μόνιμο σταθμό αναφοράς MetricaNet, της εταιρίας Metrica απεικονίζονται στην εικόνα 4.3: Εικόνα 4.3 Μετρήσεις στο δασικό ξέφωτο 131

153 4.3.1 Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 7 έως 8 ενώ στα περισσότερα σημεία (6) ο αριθμός αυτός ήταν 8 (Πίνακας ). Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ στο δασικό ξέφωτο Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων η φάση επιλύθηκε σε όλα. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του δασικού ξέφωτου. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε όλα τα σημεία η τιμή του δείκτη PDOP ήταν άριστη (1). Όποτε σε αυτή την περίπτωση δεν μπορούμε να θεωρήσουμε το PDOP ως παράγοντα που επηρέασε τις μετρήσεις. Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 132

154 8 E j1 Θ -E gps 0,471m και 8 j1 E Θ -E 2 0,096m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 0,203m και 8 j1 N 2 N 0, 0069m gps Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 8 Z j1 Z gps 22, 695m και 8 j1 Z 2 Z 65, 663m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,054 0,014 2,836 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,06 0,03 2,84 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,17 0,15 1,68 Πίνακας Σφάλματα Πραγματική Εσωτερική Κριτήριο ακρίβεια ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,07 0,129 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,24 0,43 Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,01 0,014 Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας 133

155 Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,01μ. έως 0,24μ. με το μέσο όρο να είναι 0,07μ.. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (0,24μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 14 το οποίο βρίσκεται στο ξέφωτο η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,43μ.. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 8. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,01μ.) παρατηρήθηκε στα σημεία με αριθμό 11 και 12, και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,01μ.. Ο αριθμός δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης ήταν 8 και το PDOP 1. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ 8 σημεία του δασικού ξέφωτου αποδίδεται με το Σχήμα Σχήμα.3.1 Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ. στο δασικό ξέφωτο 134

156 4.3.2 Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 6 έως 8 ενώ στα περισσότερα σημεία (4) ο αριθμός αυτός ήταν 6 ( ). Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ στο δασικό ξέφωτο Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων η φάση επιλύθηκε στα (7). Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε σε όλα τα σημεία με εξαίρεση το σημείο με αριθμό 16. Παρατηρούμε ότι ενώ για την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία και απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρου (τουλάχιστο 6) παρόλα αυτά στο σημείο 16 που η λήψη των δορυφόρων ήταν (8) δηλαδή παραπάνω από το ικανοποιητικό η φάση δεν επιλύθηκε. Άξιο αναφοράς είναι το σημείο 11 στο οποίο παρόλο που επιλύθηκε η φάση, η τιμή της οριζοντιογραφικής ακρίβειας είναι η μεγαλύτερη 0,46μ. Στο σημείο αυτό ο αριθμός των 135

157 δορυφόρων ανήλθε στο 6 και η τιμή του PDOP στο 1. Άρα ο αριθμός δορυφόρων είναι αυτός που την έχει την μεγαλύτερη επίδραση στην ακρίβεια θέσης ακόμη και όταν δεν πραγματοποιείται επίλυση φάσης. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του ξέφωτου. Οι τιμές παρέμειναν σταθερά στο 1 με εξαίρεση τα σημεία με αριθμό 9, 10 και 13 που ανέβηκαν στο 2, γεγονός που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Αξίζει να σημειωθεί η τιμή του δείκτη PDOP ήταν άριστη ακόμα και στο σημείο 16 στο οποίο η φάση δεν επιλύθηκε. Η μη επίλυση φάσης στο σημείο με αριθμό 16 μπορεί να αποδοθεί στο γεγονός ότι υπήρξε αδυναμία στην λήψη σήματος Internet με αποτέλεσμα να χάνεται η σύνδεση με το Σύστημα. Κρίθηκε αναγκαίο να επαναληφθεί η μέτρηση τρεις φορές μέχρι να ληφθεί αποτέλεσμα. Στο σημείο αυτό ο αριθμός των δορυφόρων ανήλθε στο 8 και η τιμή του PDOP στο 1. Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 45 E j1 Θ -E gps 1,129m και 8 j1 E Θ -E 2 0,311m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 0,892m και 8 j1 N 2 N 0,1891m gps Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 8 Z j1 Z gps 23, 303m και 8 j1 Z 2 Z 28,72m gps 136

158 Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα : Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,032 0,056 2,912 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,15 0,11 2,91 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,36 0,29 1,70 Πίνακας Σφάλματα Κριτήριο Πραγματική Εσωτερική ακρίβεια ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,20 0,181 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,06 0,409 Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,46 0,025 Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,06μ. έως 0,46μ. με το μέσο όρο να είναι 0,20μ.. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (0,46μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 11 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,025μ..Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 6. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,06μ.) παρατηρήθηκε στα σημείο με αριθμό 9 και 15 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 0,02μ. και στα δύο. Η τιμή του PDOP για τα σημεία 9 και 15 ήταν αντίστοιχα (2) και (1). Ο αριθμός δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης ήταν κατά αντιστοχία 6 και 8. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία του δασικού ξέφωτου αποδίδεται με το Σχήμα

159 Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ. στον δασ.ξέφωτο Αποτελέσματα τέταρτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση σημείων κάτω από κομοστέγη υψηλής συστάδας κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Στο Δημόσιο σύμπλεγμα Συμβόλου όρους αποτυπώθηκαν οκτώ (8) σημεία κάτω από την κομοστέγη της υψηλής συστάδας 2β Η συστάδα αποτελείται από αναδασώσεις κωνοφόρων (Τραχεία Πεύκη Κυπαρίσσι Αριζόνας). Η ηλικία των δέντρων είναι περίπου 35 χρόνων. Το ύψος τους κυμαίνεται από 8 έως 10μ.. Το ανάγλυφο της περιοχής γενικά χαρακτηρίζεται από ήπιες κλίσεις. Η κομοστέγη εκτιμάται να ανέρχεται σε ποσοστό της τάξης του 40-60%. Αυτό σημαίνει ότι η κομοστέγη όσο και το ύψος των δέντρων επηρέασε τις μετρήσεις ιδιαίτερα με το δέκτη GPS καθώς το φαινόμενο των πολύ-ανακλάσεων (multipath effects) ήταν έντονο μιας και η παρουσία των κωνοφόρων παίζει σημαντικό ρόλο στη λήψη του σήματος. Οι μετρήσεις τόσο από το γεωδαιτικό σταθμό όσο και με την τεχνική της αποτύπωσης Single Base RTK μέσω σύνδεσης με μόνιμο σταθμό αναφοράς MetricaNet, της εταιρίας Metrica απεικονίζονται στην Εικόνα 4.4: 138

160 Εικόνα 4.4 Μετρήσεις σε συστάδα κωνοφόρων -κυπαρίσσι Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας 2,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 6 έως 8 ενώ στα περισσότερα σημεία (6) ο αριθμός αυτός ήταν 7 (Πίνακας ). Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων

161 Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ σε υψηλή συστάδα κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων, σε κανένα δεν ήταν δυνατή η επίλυση της φάσης. Όλα τα σημεία που αποτυπώθηκαν, βρίσκονται κάτω από κομοστέγη υψηλής συστάδας κωνοφόρων και ειδικότερα κάτω από Κυπαρίσσι Αριζόνας. Εντούτοις ο αριθμός αυτών σε όλα τα σημεία (πλην του σημείου 26 που ελήφθησαν (6) δορυφόροι) κυμάνθηκε κατά μέσο όρο στο (7) αριθμός ικανοποιητικός για τέτοιου είδους δύσκολα δασογενή περιβάλλοντα. Ωστόσο δεν ήταν δυνατή η επίλυση της φάσης, στα σημεία με αυτό τον αριθμό δορυφόρων. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία της συστάδας, παρ όλο που σε κανένα από αυτά η φάση δεν επιλύθηκε. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Οπότε στην περίπτωση αυτή δεν μπορούμε να θεωρήσουμε το PDOP ως παράγοντα που επηρέασε τις μετρήσεις. Εάν λάβουμε υπόψη τις πολύ καλές τιμές των PDOP και των δορυφόρων σε όλα τα σημεία καθώς και την μη επίλυση φάσης σε κανένα από αυτά, προκύπτει το συμπέρασμα ότι αυτό μπορεί να οφείλεται στην επίδραση του σφάλματος πολλαπλών διαδρομών multipath (συντελεστής ανακλασιμότητας του εδάφους) και στην ανάκλαση των σημάτων στην επιφάνεια των δένδρων. Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 140

162 8 E j1 Θ -E gps 6,09m και 8 j1 E Θ -E 2 9,418m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 8,744m και 8 j1 N 2 N 14, 232m gps Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 8 Z j1 Z gps 26,817m και 8 j1 Z 2 Z 84,855m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,659 0,074 0,712 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,76 1,10 2,68 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,77 0,97 1,52 Πίνακας Σφάλματα 141

163 Κριτήριο Πραγματική ακρίβεια Εσωτερική ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,52 1,381 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας 2,98 1,219 0,52 1,453 Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,52μ. έως 2,98μ. με το μέσο όρο να είναι 1,52μ. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (2,98μ) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 32 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 1,20μ. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 7. Με ίδιες τιμές δορυφόρων και PDOP, το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,52μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 28 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη ήταν 1,45μ.. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία της συστάδας κυπαρισσιού αποδίδεται με το Σχήμα Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ σε συστάδα κωνοφόρων - κυπαρίσσι Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας 4,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 5 έως 8 (Πίνακας ). 142

164 Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ κάτω από κομοστέγη συστάδας κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων επιλύθηκε η φάση στα τρία (3). Παρ όλα αυτά, στα σημεία που δεν ήταν αυτό εφικτό, λαμβάνονταν οι μετρήσεις χωρίς να έχει επιλυθεί η φάση προκειμένου να προχωρήσουμε στα επόμενα σημεία. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε στα σημεία με αριθμό 25, 27 και 32. Παρατηρούμε ότι ενώ τα σημεία αποτυπώθηκαν κάτω από κομοστέγη υψηλής συστάδας κωνοφόρων και ειδικότερα κάτω από Κυπαρίσσι Αριζόνας υπήρχε μεγάλη πιθανότητα να λαμβάνουν λιγότερους δορυφόρους λόγω κάλυψης από τα υψηλά δέντρα. Αυτό δεν συνέβη, διότι στα περισσότερα σημεία ο αριθμός των δορυφόρων κυμάνθηκε κατά μέσο όρο στο (7) αριθμός ικανοποιητικός για τέτοιου είδους δύσκολα δασογενή περιβάλλοντα όπως η συστάδα κωνοφόρων. 143

165 Το γεγονός αυτό μπορεί να αποδοθεί στο ότι ακριβώς επειδή πρόκειται για συστάδα υψηλών κωνοφόρων η σκίαση από την κομοστέγη είναι περιορισμένη και κατά συνέπεια υπάρχει η πιθανότητα ο ουρανός να είναι πιο ανοικτός. Αυτό βέβαια δεν αποκλείει την δημιουργία όχι και τόσο ευνοϊκών συνθηκών αποτύπωσης. Επίσης ενώ για την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία και απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρου (τουλάχιστο 6) παρ όλα αυτά στα σημεία με αριθμό που η λήψη των δορυφόρων ήταν παραπάνω από το ικανοποιητικό (7), η φάση δεν επιλύθηκε. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται έξοχες σε όλα τα σημεία της συστάδας. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 με εξαίρεση το σημείο 32 που ανήλθε στο 2 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν έξοχη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Συνοψίζοντας τα παραπάνω καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η μη επίλυση φάσης μπορεί να αποδοθεί στη επίδραση του σφάλματος πολλαπλών διαδρομών multipath (συντελεστής ανακλασιμότητας του εδάφους) και στην ανάκλαση των σημάτων στην επιφάνεια των δέντρων και ιδιαίτερα των κωνοφόρων. Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 8 E j1 Θ -E gps 2,55m και 8 j1 E Θ -E 2 1,64m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 8 j1 N N 16,16m gps και 2 N 124, 54m gps Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) 8 Z j1 Z gps 17,71m και 144

166 8 j1 Z 2 Z 47,90m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,249 0,619 1,74 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,32 2,02 2,21 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,50 0,98 1,44 Πίνακας Σφάλματα Κριτήριο Πραγματική ακρίβεια Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 2,13 0,503 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 10,53 0 Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,02 0,021 Εσωτερική Ακρίβεια δέκτη Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,02μ. έως 10,53μ. με το μέσο όρο να είναι 2,13μ. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (10,53μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 29. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι παρατηρήθηκε πρόβλημα στη σύνδεση με το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας (διακοπή internet) και αναγκαστικά η μέτρηση επαναλήφθηκε τρείς φορές. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 7. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,02μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 25, το PDOP 1, ο αριθμός δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης ήταν 8 και η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη 0,02μ. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία της συστάδας κωνοφόρων κυπαρίσσι αριζόνας αποδίδεται με το Σχήμα

167 Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ σε συστάδα κωνοφόρων -κυπαρισσιού 4.5. Αποτελέσματα πέμπτης σειράς μετρήσεων Αποτύπωση κάτω από κομοστέγη υψηλής συστάδας κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Αποτυπώθηκαν οκτώ (8) σημεία κάτω από κομοστέγη Τραχείας Πεύκης στη συστάδα 2β. Η ηλικία των ατόμων Τραχείας Πεύκης είναι περίπου 35χρόνων και το ύψος τους 8 έως 10μ. Το ανάγλυφο της περιοχής γενικά χαρακτηρίζεται από ήπιες κλίσεις. Η κομοστέγη εκτιμάται να ανέρχεται σε ποσοστό της τάξης του 40-60%. Αυτό σημαίνει ότι η κομοστέγη όσο και το ύψος των δέντρων επηρέασε τις μετρήσεις ιδιαίτερα με το δέκτη GPS καθώς το φαινόμενο των πολύ-ανακλάσεων (multipath effects) ήταν έντονο μιας και η παρουσία των κωνοφόρων παίζει σημαντικό ρόλο στη λήψη του σήματος. Οι μετρήσεις τόσο από το γεωδαιτικό σταθμό όσο και με την τεχνική της αποτύπωσης Single Base RTK μέσω σύνδεσης με μόνιμο σταθμό αναφοράς MetricaNet, της εταιρίας Metrica απεικονίζονται στο Εικόνα

168 : Αποτύπωση με το γεωδαιτικό σταθμό Leica TCR 407 Αποτύπωση με τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 2,00μ. Αποτύπωση με τον διπλόσυχνο δέκτη GPS Leica GS09 GNSS με ύψος κεραίας 4,00μ. Εικόνα 4.5 Μετρήσεις σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε στα τέσσερα (4) σημεία σε 6 και στα υπόλοιπα τέσσερα (4) σε 7 (Πίνακας ). Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο 147

169 Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας2,00μ σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων μόνο σε ένα σημείο η φάση επιλύθηκε. Παρ όλα αυτά, στα υπόλοιπα σημεία που αυτό δεν ήταν εφικτό, λαμβάνονταν οι μετρήσεις χωρίς να έχει επιλυθεί η φάση προκειμένου να προχωρήσουμε στις επόμενες μετρήσεις. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε μόνο στο σημείο με αριθμό 39 μέσα σε χρονικό διάστημα 26 δευτερόλεπτων. Παρατηρούμε ότι ενώ για την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία και απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρου (τουλάχιστο 6) παρόλα αυτά υπήρχαν σημεία όπως τα 33, 34, 37 και 40 που η λήψη των δορυφόρων ήταν παραπάνω από το ικανοποιητικό (7) και η φάση δεν επιλύθηκε. Επίσης παρατηρούμε ότι οι τιμές οριζοντιογραφικής ακρίβειας στα σημεία αυτά ήταν μικρότερες από τις τιμές των σημείων 35, 36, 38 και 39, στα οποία επίσης δεν υπήρξε επίλυση φάσης, αλλά ο αριθμός των δορυφόρων ήταν μικρότερος και ανήλθε στους 6. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται έξοχες σε όλα τα σημεία της συστάδας. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν έξοχη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Άξιο αναφοράς είναι το σημείο με αριθμό 39, στο οποίο ο αριθμός των δορυφόρων ανήλθε στους 6 και η τιμή του PDOP στο 1, επιλύθηκε η φάση, και παρουσίασε την μικρότερη τιμή οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,06μ.. Παρατηρούμε ότι ενώ τα σημεία αποτυπώθηκαν κάτω από Τραχεία Πεύκη ήταν πιθανό να λαμβάνουν λιγότερους δορυφόρους εντούτοις ο αριθμός αυτών κυμάνθηκε από (6) έως (7) αριθμός ικανοποιητικός για τέτοιου είδους δύσκολα δασογενή περιβάλλοντα όπως η συστάδα κωνοφόρων. 148

170 Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 8 E j1 Θ -E gps 5,053m και 8 j1 E Θ -E 2 5,75m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 4,33m και 8 j1 N Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) N 4,46m gps 2 8 Z j1 Z gps 17,43m και 8 j1 Z 2 Z 42,95m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,130 0,0043 0,979 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,63 0,54 2,18 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,69 0,61 1,45 Πίνακας Σφάλματα 149

171 Κριτήριο Πραγματική ακρίβεια Εσωτερική ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,90 1,082 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 2,05 1,597 Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,06 0,03 Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) στα σημεία αποτύπωσης κάτω από την κομοστέγη Τραχείας Πεύκης κυμαίνεται από 0,06μ. έως 2,05μ. με το μέσο όρο να είναι 0,90μ.. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (2,05μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 37 όπου η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη 1,59μ.. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 7. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,06μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 39, το PDOP 1 και αριθμό δορυφόρων 6 ενώ η εσωτερική ακρίβεια του δέκτη 0,03μ.. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ 8 σημεία του άξονα του δασικού δρόμου αποδίδεται με το Σχήμα Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ. σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη 150

172 4.5.2 Αποτύπωση με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα Ο αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο αποδίδεται με το Γράφημα Το πλήθος των δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης κυμάνθηκε από 6 έως 8 ενώ στα περισσότερα σημεία (6) ο αριθμός αυτός ήταν 7 (Πίνακας ). Σύνολο σημείων Αριθμός Δορυφόρων Πίνακας Αριθμός των δορυφόρων ανά σημείο Γράφημα Παρατηρούμενοι δορυφόροι ανά σημείο με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Από το σύνολο των οκτώ (8) σημείων σε κανένα δεν ήταν δυνατή η επίλυση φάσης. Παρόλα αυτά, στα σημεία που δεν ήταν αυτό εφικτό, λαμβάνονταν οι μετρήσεις χωρίς να έχει επιλυθεί η φάση προκειμένου να προχωρήσουμε στις επόμενες μετρήσεις. Παρατηρούμε ότι ενώ για την ικανοποιητική επίλυση της φάσης είναι αναγκαία η απαραίτητη η λήψη ικανού αριθμού δορυφόρου (τουλάχιστο 6), σε όλα τα σημεία η λήψη των δορυφόρων, παρότι αποτυπώθηκαν κάτω από Τραχεία Πεύκη, ήταν παραπάνω από το 151

173 ικανοποιητικό (7-8), με εξαίρεση το σημείο με αριθμό 33 που η λήψη των δορυφόρων ήταν 6, η φάση δεν επιλύθηκε. Παρατηρούμε ότι όλα τα σημεία βρίσκονται κάτω από υψηλά δέντρα Τραχείας Πεύκης και παρότι έλαβαν ικανοποιητικό αριθμό δορυφόρων (7), η φάση δεν επιλύθηκε. Οι συνθήκες δασοκάλυψης παίζουν καθοριστικό ρόλο στην επίλυση φάσης και μάλιστα όσο πιο πυκνή γίνεται η βλάστηση τόσο πιο πολύ μειώνονται οι πιθανότητες η επίλυση φάσης να συμβεί. Οι τιμές του PDOP παρουσιάζονται έξοχες σε όλα τα σημεία, παρόλο που η φάση δεν επιλύθηκε. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν έξοχη (PDOP 1-2) και οι μετρήσεις μπορούν να θεωρηθούν ακριβής. Οπότε σε αυτή την περίπτωση δεν μπορούμε να θεωρήσουμε το PDOP ως παράγοντα που επηρέασε τις μετρήσεις. Τα αθροίσματα των απόλυτων διαφορών των συντεταγμένων και τα αντίστοιχα τετράγωνά των διαφορών των συντεταγμένων αυτών είναι τα εξής: Για τις συντεταγμένες της Ανατολής (Ε) 8 E j1 Θ -E gps 1,516m και 8 j1 E Θ -E 2 0,485m gps Για τις συντεταγμένες του Βορά (Ν) 8 N j1 N gps 5,048m και 8 j1 N Για τις συντεταγμένες του Υψομέτρου (Ζ) N 5,42m gps 2 8 Z j1 Z gps 26,73m και 8 j1 Z 2 Z 121, 72m gps Για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία υπολογίστηκε το μέσο αριθμητικό σφάλμα μ α, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μ τ, το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου μ Μ, η οριζοντιογραφική ακρίβεια θέσης (σφάλμα θέσης) καθώς ο μέσος όρος, η ελάχιστη και μέγιστη τιμή αυτής. 152

174 Για το σύνολο των οκτώ (8) σημείων προκύπτουν τα αποτελέσματα που αποδίδονται με τους Πίνακα και Πίνακα Κριτήριο Ε Ν Ζ Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) 0,005 0,010 1,441 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) 0,19 0,63 3,34 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) 0,40 0,71 1,72 Πίνακας Σφάλματα Κριτήριο Πραγματική ακρίβεια Εσωτερική ακρίβεια δέκτη Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,71 1,271 Μέγιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,43 2,37 Ελάχιστη τιμή Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,19 1,741 Πίνακας Σφάλμα οριζοντιογραφικής ακρίβειας Η οριζοντιογραφική ακρίβεια (σφάλμα θέσης) κυμαίνεται από 0,19μ. έως 1,43μ. με το μέσο όρο να είναι 0,71μ.. Το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης (1,43μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 35 και η εσωτερική ακρίβεια που έδωσε ο δέκτης ήταν 2,37μ.. Το PDOP στο σημείο αυτό ήταν 1 και οι δορυφόροι 7. Το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,19μ.) παρατηρήθηκε στο σημείο με αριθμό 33, το PDOP 1 και ο αριθμός δορυφόρων που λάμβανε ο δέκτης ήταν 6 και η εσωτερική ακρίβεια που έδωσε ο δέκτης ήταν 1,74μ.. Η οριζοντιογραφική ακρίβεια για κάθε ένα από τα οκτώ (8) σημεία του άξονα του δασικού δρόμου αποδίδεται με το Σχήμα

175 Σχήμα Οριζοντιογραφική ακρίβεια με την Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη 4.6. Σύνοψη αποτελεσμάτων ανά ύψος κεραίας και ανά περιβάλλον μέτρησης. Επόμενο στάδιο είναι σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ της αποτύπωσης με την τεχνική Single Base RTK με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα και της αποτύπωσης με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα για κάθε ένα από τα περιβάλλοντα μέτρησης. Για το σκοπό αυτό συγκρίθηκαν: 1. Τα αποτελέσματα μέτρησης στο ίδιο περιβάλλον μέτρησης και για διαφορετικό ύψος στυλεού δέκτη GPS 2. Τα αποτελέσματα μέτρησης στα διάφορα περιβάλλοντα μέτρησης και για το ίδιο ύψος στυλεού δέκτη GPS Οι δύο αποτυπώσεις της τεχνικής Single Base RTK (με διαφορετικό ύψος κεραίας) μεταξύ τους σε κάθε ένα από τα διαφορετικά περιβάλλοντα μέτρησης Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού δρόμου Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα από την αποτύπωση στον άξονα του δασικού δρόμου με την τεχνική Single Base RTK με κάθε ένα από τα δύο διαφορετικά ύψη κεραίας αποδίδονται στον Πίνακα

176 Τεχνική μέτρησης- Single Base α/α Σφάλματα Ύψος κεραίας 2,00μ Ύψος κεραίας 4,00μ 1 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά E 0,083 0,149 2 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά N 0,045 0,097 3 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά Z 1,951 2,617 4 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ε 0,300 0,240 5 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ν 0,700 0,150 6 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ζ 1,950 2,620 7 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ε 0,440 0,380 8 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ν 0,700 0,340 9 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ζ 1,310 1, Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,799 0, RMSE (Σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου) 1,052 0,459 Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αποτύπωσης σε άξονα δασικού δρόμου Αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού μονοπατιού Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα από την αποτύπωση σημείων σε άξονα δασικού μονοπατιού με την τεχνική Single Base RTK με κάθε ένα από τα δύο διαφορετικά ύψη κεραίας αποδίδονται στον Πίνακα α/α Σφάλματα Τεχνική μέτρησης Single Base Ύψος κεραίας 2,00μ. Ύψος κεραίας 4,00μ. 1 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά E 0,275 0,152 2 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά N 0,538 0,086 3 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά Z 0,013 2,340 4 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ε 0,470 0,103 5 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ν 0,670 0,340 6 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ζ 2,550 2,490 7 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ε 0,580 0,450 8 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ν 0,730 0,520 9 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ζ 1,460 1, Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,870 0, RMSE (Σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου) 1,053 0,609 Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αποτύπωσης σε άξονα δασικού μονοπατιού 155

177 Αποτύπωση σημείων σε δασικό ξέφωτο Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα από την αποτύπωση σημείων σε δασικό ξέφωτο με την τεχνική Single Base RTK με κάθε ένα από τα δύο διαφορετικά ύψη κεραίας αποδίδονται στον Πίνακα α/α Σφάλματα 156 Τεχνική μέτρησης Single Base Ύψος κεραίας 2,00μ. Ύψος κεραίας 4,00μ. 1 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά E 0,054 0,032 2 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά N 0,014 0,056 3 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά Z 2,836 2,912 4 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ε 0,060 0,150 5 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ν 0,030 0,110 6 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ζ 2,840 2,910 7 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ε 0,170 0,350 8 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ν 0,150 0,290 9 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ζ 1,680 1, Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 0,070 0, RMSE (Σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου) 0,114 0,250 Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αποτύπωσης σε δασικό ξέφωτο Αποτύπωση σημείων σε συστάδα κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα από την αποτύπωση σημείων σε περιβάλλον αστικού με την τεχνική Single Base RTK με κάθε ένα από τα δύο διαφορετικά ύψη κεραίας αποδίδονται στον Πίνακα α/α Σφάλματα Τεχνική μέτρησης Single Base Ύψος κεραίας 2,00μ. Ύψος κεραίας 4,00μ. 1 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά E 0,659 0,249 2 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά N 0,074 0,619 3 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά Z 0,712 1,740 4 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ε 0,760 0,320 5 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ν 1,100 2,020 6 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ζ 2,680 2,210 7 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ε 0,770 0,500 8 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ν 0,070 0,980 9 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ζ 1,520 1,440

178 10 Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας 1,520 2, RMSE (Σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου) 1,719 3,972 Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αποτύπωσης σε συστάδα κωνοφόρων -κυπαρίσσι Αποτύπωση σημείων σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα από την αποτύπωση κωνοφόρων-τραχεία πεύκη με την τεχνική Single Base RTK με κάθε ένα από τα δύο διαφορετικά ύψη κεραίας αποδίδονται κάθε μία από τις τεχνικές αποδίδονται στον Πίνακα Τεχνική μέτρησης Single Base α/α Σφάλματα Ύψος κεραίας 2,00μ. Ύψος κεραίας 4,00μ. 1 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μα) κατά E 0,130 0,005 2 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μα) κατά N 0,004 0,010 3 Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μα) κατά Z 0,979 1,441 4 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μτ) κατά Ε 0,630 0,190 5 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ν 0,540 0,360 6 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ζ 2,180 3,340 7 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μμ) κατά Ε 0,690 0,400 8 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μμ) κατά Ν 0,610 0,710 9 Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μμ) κατά Ζ 1,450 1, Οριζοντιογραφική ακρίβεια 0,900 0, RMSE (Σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου) 1,130 0,859 Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αποτύπωσης σε συστάδα κωνοφόρων τραχεία πεύκη μέτρησης. Το τελικό στάδιο είναι η σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ του περιβάλλοντος Τα διαφορετικά περιβάλλοντα μέτρησης για κάθε μία από τις αποτυπώσεις με την τεχνική Single Βase-RTK με ίδιο ύψος κεραίας Αποτύπωση με την τεχνική Single Base- RTK - ύψος κεραίας 2,00μ. Όσον αφορά την τεχνική αποτύπωσης Single Base- RTK - ύψος κεραίας 2,00μ. τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα αυτής δίδονται στον Πίνακα

179 α/α Σφάλματα Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά E Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά N Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) κατά Z Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ε Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ν Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) κατά Ζ Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ε Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ν Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ ) κατά Ζ Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας RMSE (Σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου) Άξονας δασικού δρόμου Άξονας δασικού μονοπατιού Περιβάλλον μέτρησης Δασικό ξέφωτο Συστάδα Κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Συστάδα Κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη 0,084 0,275 0,054 0,659 0,130 0,045 0,531 0,014 0,074 0,004 1,952 0,010 2,836 0,712 0,979 0,300 0,470 0,060 0,760 0,630 0,700 0,670 0,030 1,100 0,540 1,950 2,550 2,840 2,680 2,180 0,440 0,580 0,170 0,770 0,690 0,700 0,730 0,150 0,970 0,610 1,310 1,460 1,680 1,520 1,450 0,779 0,870 0,070 1,520 0,900 1,052 1,053 0,114 1,719 1,130 Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ Γράφημα Συγκεντρωτικά αποτελέσματα με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 2,00μ. 158

180 Αποτύπωση με την τεχνική Single Base- RTK - ύψος κεραίας 4,00μ. Όσον αφορά την τεχνική αποτύπωσης Single Base- RTK - ύψος κεραίας 4,00μ. τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα αυτής δίδονται στον Πίνακα α/α Σφάλματα Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α) κατά E Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α) κατά N Μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α) κατά Z Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ) κατά Ε Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ) κατά Ν Μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ) κατά Ζ Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ) κατά Ε Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ) κατά Ν Μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μ.ο. (μ Μ) κατά Ζ Μέσος όρος Οριζοντιογραφικής ακρίβειας RMSE (Σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου Άξονας δασικού δρόμου Άξονας δασικού μονοπατιού Περιβάλλον μέτρησης Δασικό ξέφωτο Συστάδα Κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Συστάδα Κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη 0,149 0,152 0,032 0,249 0,005 0,097 0,086 0,056 0,619 0,010 2,617 2,340 2,912 1,740 1,441 0,240 0,103 0,150 0,320 0,190 0,150 0,340 0,100 2,020 0,630 2,620 2,490 2,910 2,210 3,340 0,380 0,450 0,360 0,500 0,400 0,340 0,520 0,290 0,980 0,710 1,600 1, ,440 1,720 0,300 0,490 0,200 2,130 0,710 0,459 0,609 0,250 3,972 0,859 Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ. 159

181 Γράφημα Συγκεντρωτικά αποτελέσματα με την τεχνική Single Base-ύψος κεραίας 4,00μ. 160

182 5 ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 5.1. Συμπεράσματα Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την επεξεργασία και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων της τεχνικής Single-Base στο ίδιο περιβάλλον μέτρησης και για διαφορετικό ύψος στυλεού δέκτη είναι τα εξής: Α) Για την αποτύπωση σημείων στον άξονα του δασικού δρόμου Ο μέσος όρος του αριθμού των δορυφόρων ήταν κοντά στο επτά. Αριθμός πολύ ικανοποιητικός για τον δέκτη Leica GS09 GNSS καθώς σε τέτοια περιβάλλοντα οι δέκτες GPS αδυνατούν να λάβουν δεδομένα από το σύνολο των διαθέσιμων δορυφόρων λόγω της βλάστησης που καλύπτει τη θέα προς τον ουρανό. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του δρόμου. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2). Σε αυτό το επίπεδο εμπιστοσύνης, οι μετρήσεις θέσης θεωρούνται αρκετά ακριβείς ώστε να ικανοποιούν όλες, τις εκτός από τις πιο ευαίσθητες, εφαρμογές. Σε σημεία με ιδανικό αριθμό δορυφόρων και καλό δείκτη PDOP (π.χ. σημεία 2, 5, 8, με ύψος στυλεού 2,00μ. και σημεία 5, 8 με ύψος στυλεού 4,00μ.) η φάση δεν επιλύθηκε, γεγονός που αποδίδεται στη επίδραση του σφάλματος πολλαπλών διαδρομών multipath (συντελεστής ανακλασιμότητας του εδάφους) και στην ανάκλαση των σημάτων στην επιφάνεια των δένδρων. Ωστόσο η τιμή της ακρίβειας θέσης σε αυτά τα σημεία ήταν χειρότερη σε σχέση με τα σημεία που επιλύθηκε η φάση. Η καλύτερη τιμή (0,06μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε στο σημείο 7 με ύψος στυλεού 4,00μ.. Στο σημείο αυτό η φάση επιλύθηκε αμέσως το PDOP πήρε τιμή ίσο με 1 και ο αριθμός των δορυφόρων ήταν 7 δηλαδή ικανοποιητικός. Στο ίδιο σημείο (7) με ύψος στυλεού 4,00μ. επίσης πραγματοποιήθηκε επίλυση φάσης με ίδιες τιμές PDOP και δορυφόρων και αντίστοιχα η τιμή της οριζοντιογραφικής ακρίβειας ανήλθε στο 0,48μ.. Παρ όλα αυτά η ακρίβεια είναι στα όρια ακριβείας που το σύστημα MetricaNet υπόσχεται. Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι ακριβείς μετρήσεις είναι επισφαλείς σε δασογενή περιβάλλοντα και πρέπει πάντα να ελέγχονται. Η χειρότερη τιμή (1,80μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε στο σημείο με αριθμό 8, με ύψος στυλεού 2,00μ.. Στο σημείο αυτό η φάση δεν επιλύθηκε, το PDOP πήρε τιμή ίσο με 1 και ο αριθμός των δορυφόρων ήταν 7 δηλαδή ικανοποιητικός. Το σημείο 8 με τα ίδια ακριβώς δεδομένα έδωσε την χειρότερη τιμή (1,09μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας και με 161

183 ύψος στυλεού 4,00μ.. Το χαρακτηριστικό αυτού του σημείου είναι ότι βρίσκεται κάτω από ψηλά δένδρα με πυκνή συγκόμωση τα οποία επηρεάζουν δυσμενώς και δημιουργούν μη ευνοϊκές συνθήκες αποτύπωσης. Από τα παραπάνω προκύπτει το συμπέρασμα ότι η ακρίβεια στον προσδιορισμό θέσης είναι άμεσα συνδεδεμένη με την φύση του περιβάλλοντος καταγραφής και επηρεάζεται δυσμενώς από την ύπαρξη πυκνής κομοστέγης. Ο καλύτερος μέσος όρος οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλματος θέσης) που σημειώθηκε ήταν με ύψος στυλεού 4,00μ. (0,30) ενώ με ύψος στυλεού 2,00μ. ήταν (0,78). Η διαφορά μεταξύ της πρώτου και δεύτερου ύψους αγγίζει την τιμή των 0,48μ.. Αυτό σημαίνει ότι όσον αφορά την οριζοντιογραφική ακρίβ.εια η εφαρμογή της τεχνικής SingleBase με ύψος στυλεού του δέκτη 4,00μ. είναι ανώτερη από ότι με ύψος στυλεού του δέκτη 2,00μ.. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων των τιμών σφαλμάτων κατά τις συνιστώσες Ε και Ν, και για τα δύο ύψη της κεραίας, προκύπτει το συμπέρασμα ότι το ύψος κεραίας στα 4,00μ. παρέχει αποτελέσματα μεγαλύτερης ακρίβειας σε σχέση με το ύψος κεραίας στα 2,00μ.. Συγκεκριμένα η διαφορά τους στο μέσο τετραγωνικό σφάλμα που είναι και το περισσότερο κατάλληλο μέτρο για την απόδοση της ακρίβειας των μετρήσεων βρέθηκε να είναι κατά τη συνιστώσα Ε ίση με 0,06μ., κατά τη συνιστώσα Ν ίση με 0,55μ. και τέλος κατά τη συνιστώσα Ζ ίση με 0,67μ. Στο σημείο αυτό επιβάλλεται να τονιστεί ότι οι μεγάλες διαφορές που παρατηρούνται κατά τη συνιστώσα Ζ οφείλονται κυρίως στο γεγονός ότι το γαιωειδές της Ελλάδας δεν είναι τόσο καλό. ΔΡΟΜΟΣ ΚΑΛΥΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ (Ο.Α.=0,48Μ) ΧΕΙΡΟΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ ΥΨΟΣ 2Μ ΥΨΟΣ 4Μ ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP 7 ΑΠΟ ΑΠΟ 13 1 Νο 1 (0,01) άμεση επίλυση φάσης Νο 7 (0,06) άμεση επίλυση φάσης 7 ΑΠΟ ΑΠΟ 13 1 Νο 8 (1,80) μη επίλυση Νο 8 (1,09) μη επίλυση Πίνακας 5.1.Α-1. Συγκεντρωτικά Αποτελέσματα σε άξονα Δασικού Δρόμου 162

184 Β) Για την αποτύπωση σημείων στο άξονα του δασικού μονοπατιού Ο μέσος όρος του αριθμού των δορυφόρων ήταν επτά αριθμός ικανοποιητικός. Η επίλυση φάσης δεν πραγματοποιήθηκε στα σημεία με αριθμό 19 έως 21 σε κανένα από τα δύο ύψη στηλεού του δέκτη. Επιπλέον, στο ύψος κεραίας 2,00μ., η φάση δεν επιλύθηκε ούτε στα σημεία με αριθμό 22 έως 24. Πρόκειται στο σύνολο για σημεία με ιδανικό αριθμό δορυφόρων και καλό δείκτη PDOP που όμως βρίσκονται κάτω από υψηλή συστάδα κωνοφόρων με πυκνή συγκόμωση. Οι συνθήκες δασοκάλυψης λοιπόν παίζουν καθοριστικό ρόλο στην επίλυση φάσης και μάλιστα όσο πιο πυκνή γίνεται η βλάστηση τόσο πιο πολύ μειώνονται οι πιθανότητες η επίλυση φάσης να συμβεί. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του δρόμου. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2) Η καλύτερη τιμή (0,01μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε στο σημείο 17 με ύψος στυλεού 2,00μ. Στο σημείο αυτό η φάση επιλύθηκε αμέσως το PDOP πήρε τιμή ίσο με 1 και ο αριθμός των δορυφόρων ήταν 8 δηλαδή πολύ ικανοποιητικός. Στο ίδιο σημείο (17) με ύψος στυλεού 4,00μ. επίσης πραγματοποιήθηκε επίλυση φάσης με ίδιες τιμές PDOP και δορυφόρων και αντίστοιχα η τιμή της οριζοντιογραφικής ακρίβειας ανήλθε στο 0,11μ.. Παρατηρώντας αντίστοιχα, το σημείο με αριθμό 24, στο οποίο καταγράφηκε η καλύτερη τιμή (0,09μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) με ύψος στυλεού 4,00μ. και συγκρίνοντας την με την οριζοντιογραφική ακρίβεια που παρουσιάζει με ύψος στυλεού 2,00μ. (1,32μ) καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι επιβάλλεται να δίνουμε μεγάλη προσοχή σε εργασίες πεδίου κάτω από κομοστέγη δάσους. Η χειρότερη τιμή (1,85μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε στο σημείο με αριθμό 21, με ύψος στυλεού 2,00μ.. Στο σημείο αυτό η φάση δεν επιλύθηκε το PDOP πήρε τιμή ίσο με 1 και ο αριθμός των δορυφόρων ήταν 8 αρκετά ικανοποιητικός. Όπως προαναφέρθηκε η θέση του σημείου και η φύση του περιβάλλοντος μέτρησης έχει επίδραση στην ακρίβεια. Ο καλύτερος μέσος όρος οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλματος θέσης) σημειώθηκε με ύψος στυλεού 4,00μ. (0,49) ενώ με ύψος στυλεού 2,00μ. (0,87). Η διαφορά μεταξύ της πρώτου και δεύτερου ύψους αγγίζει την τιμή των 0,38μ.. Αυτό σημαίνει ότι όσον αφορά την οριζοντιογραφική ακρίβεια η εφαρμογή της τεχνικής SingleBase με ύψος στυλεού του δέκτη 4,00μ. είναι καλύτερη από ότι με ύψος στυλεού του δέκτη 2,00μ. 163

185 Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων των τιμών σφαλμάτων κατά τις συνιστώσες Ε και Ν, και για τα δύο ύψη της κεραίας, συμπεραίνουμε ότι το ύψος κεραίας στα 4,00μ. δίνει καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με το ύψος κεραίας στα 2,00μ.. Συγκεκριμένα η διαφορά τους στο μέσο τετραγωνικό σφάλμα που είναι και το περισσότερο κατάλληλο μέτρο για την απόδοση της ακρίβειας των μετρήσεων βρέθηκε να είναι κατά τη συνιστώσα Ε ίση με 0,37μ., κατά τη συνιστώσα Ν ίση με 0,33μ. και τέλος κατά τη συνιστώσα Ζ ίση με 0,06μ.. ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΥΨΟΣ 2Μ ΥΨΟΣ 4Μ ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP ΚΑΛΥΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ (Ο.Α. =0,38Μ) ΧΕΙΡΟΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ 8 ΑΠΟ ΑΠΟ 17 1 Νο 17 (0,01) επίλυση φάσης Νο 24 (0,094) επίλυση φάσης 8 ΑΠΟ ΑΠΟ 12 0 Νο 21 (1,85) μη επίλυση Νο 19 (1,232) μη επίλυση Πίνακας 5.1Β-1 Συγκεντρωτικά Αποτελέσματα σε άξονα Δασικού Μονοπατιού Γ) Για την αποτύπωση σημείων σε δασικό ξέφωτο Ο μέσος όρος του αριθμού των δορυφόρων ήταν κοντά στο επτά, αρκετά ικανοποιητικός. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε σε όλα τα σημεία με εξαίρεση το σημείο με αριθμό 16. Στο συγκεκριμένο σημείο δημιουργήθηκε πρόβλημα στη σύνδεση με το δίκτυο κινητής (διακοπή internet) και ήταν αναγκαία η επανάληψη της μέτρησης. Ανεξάρτητα από το γεγονός αυτό, το οποίο αποτελεί μεμονωμένη περίπτωση, μπορούμε να οδηγηθούμε στο συμπέρασμα ότι βασική προϋπόθεση για να πραγματοποιηθεί η επίλυση φάσης είναι η απουσία οποιουδήποτε εμποδίου στη λήψη σήματος ουσιαστικά η ύπαρξη ανοιχτού ουρανού. Η πλήρωση των παραπάνω προϋποθέσεων, ακόμη και με οριακό αριθμό δορυφόρων καθιστά εφικτή την επίλυση της φάσης. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του δρόμου. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2). Σε αυτό το επίπεδο εμπιστοσύνης, οι μετρήσεις θέσης θεωρούνται αρκετά ακριβείς ώστε να ικανοποιούν όλες, τις εκτός από τις πιο ευαίσθητες, εφαρμογές. Η καλύτερη τιμή (0,01μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε στα σημεία 11 και 12 με ύψος στυλεού 2,00μ.. Η αμέσως καλύτερη καταγράφηκε στα σημεία 9 και 15 με ύψος στυλεού 4,00μ. (0,06μ.) Η χειρότερη τιμή (0,46μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε με ύψος στυλεού 4,00μ. στο σημείο 11. Ακολουθεί με ύψος στυλεού 2,00μ. και τιμή (0,24μ.) το 164

186 σημείο 14. Ωστόσο ακόμα και οι χειρότερες αυτές τιμές (0,24μ. & 0,46μ.) είναι πολύ κοντά στα όρια ακρίβειας που το σύστημα MetricαNet υπόσχεται και θεωρούνται άριστες. Ο καλύτερος μέσος όρος οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλματος θέσης) σημειώθηκε με ύψος κεραίας στα 2,00μ. (0,07μ.) ενώ στο ύψος κεραίας στα 4,00μ. η καλύτερη τιμή ήταν (0,20μ.). Παρατηρούμε ότι τα αποτελέσματα ιδιαίτερα με ύψος κεραίας στα 2,00μ. ήταν πολύ κοντά στα όρια ακρίβειας που επιτυγχάνονται με το σύστημα της MetricαNet. Όσον αφορά με ύψος κεραίας στα 4,00μ. η ακρίβεια που καταγράφηκε είναι επίσης σχετικά κοντά στα όρια ακριβείας του προαναφερόμενου συστήματος (0,20μ.). Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα από τις τιμές των σφαλμάτων κατά τις συνιστώσες Ε και Ν, για τα δύο ύψη στυλεού του δέκτη, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι και τα δύο έχουν σχεδόν ισάξια αποτελέσματα. Συγκεκριμένα η διαφορά τους στο μέσο τετραγωνικό σφάλμα που είναι και το περισσότερο κατάλληλο μέτρο για την απόδοση της ακρίβειας των μετρήσεων βρέθηκε να είναι κατά τη συνιστώσα Ε ίση με 0,09μ., κατά τη συνιστώσα Ν ίση με 0,08μ. και τέλος κατά τη συνιστώσα Ζ ίση με 0,07μ. ΞΕΦΩΤΟ ΥΨΟΣ 2Μ ΥΨΟΣ 4Μ ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP ΚΑΛΥΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ (Ο.Α.=0,13Μ) ΧΕΙΡΟΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ Πίνακας 5.1Γ-1 Συγκεντρωτικά Αποτελέσματα σε Δασικό Ξέφωτο 8 ΑΠΟ ΑΠΟ 13 1 Νο (0,01) Νο 9, 15 (0,06) επίλυση φάσης επίλυση φάσης 8 ΑΠΟ ΑΠΟ 13 1 Νο 14 Νο 11 (0,24) μη επίλυση (0,46) επίλυση φάσης Δ) Για την αποτύπωση σημείων σε συστάδα κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Ο μέσος όρος του αριθμού των δορυφόρων ήταν κοντά στο επτά. Αριθμός ικανοποιητικός για επίλυση φάσης. Από το σύνολο των σημείων που αποτυπώθηκαν κάτω από Κυπαρίσσι Αριζόνας, με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα, η επίλυση της φάσης δεν ήταν εφικτή σε κανένα από αυτά. Η επίλυση φάσης πραγματοποιήθηκε στα σημεία με αριθμό 25, 27 και 32 με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα ακόμη και σε σημεία που ο δέκτης λάμβανε διορθώσεις από μόλις έξι δορυφόρους (σημεία 27 και 32) και η γεωμετρία των δορυφόρων (PDOP) ήταν άριστη (PDOP = 1 σημείο 27 και PDOP = 2 165

187 στο σημείο 32). Κατά συνέπεια η επίλυση φάσης είναι εφικτή όταν συμβάλλουν και άλλοι παράγοντες εκτός από τον αριθμό των δορυφόρων και το PDOP, όπως είναι η φύση του περιβάλλοντος μέτρησης, ο χρόνος παραμονής στο σημείο μέτρησης μέχρι να πραγματοποιηθεί η επίλυση φάσης, έχοντας όμως επιρροή πάντα στην ακρίβεια. Η καλύτερη τιμή (0,02μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε στο σημείο 25 με ύψος στυλεού του δέκτη 4,00μ.. Στο σημείο αυτό η φάση επιλύθηκε αμέσως το PDOP πήρε τιμή ίσο με 1 και ο αριθμός των δορυφόρων ήταν 8 δηλαδή πολύ ικανοποιητικός. Το ίδιο όμως σημείο 25 με ύψος στυλεού του δέκτη ορισμένο στα 2,00μ., παρουσίασε την δεύτερη μεγαλύτερη τιμή οριζοντιογραφικής ακρίβειας (2,31μ.), δηλαδή μειωμένη ακρίβεια, με τα ίδια ακριβώς δεδομένα (αριθμός δορυφόρων 8, PDOP1). Ωστόσο εδώ η βασική διαφορά ήταν ότι η φάση δεν επιλύθηκε. Άρα η επίλυση της φάσης παίζει σπουδαίο ρόλο στην ακρίβεια προσδιορισμού θέσης. Η χειρότερη τιμή (10,53μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα στο σημείο 29, όπου η μέτρηση επαναλήφθηκε τρεις φορές λόγω διακοπής σύνδεσης με το internet και κατά συνέπεια και με τον Σταθμό Αναφοράς του συστήματος της MetricaNet. Επομένως ο χρόνος παραμονής στο σημείο μέτρησης έχει άμεση σχέση με την ακρίβεια προσδιορισμού θέσης. Ο καλύτερος μέσος όρος οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλματος θέσης) σημειώθηκε με ύψος στυλεού 2,00μ. (1,520μ.) παρόλο που η φάση δεν επιλύθηκε σε κανένα σημείο. Αυτό συνέβη διότι η χειρότερη τιμή (10,53μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) που καταγράφηκε με ύψος κεραίας τα 4,00 μέτρα στο σημείο 29 επηρέασε πολύ τον μέσο όρο της (2,130μ.), στο ύψος αυτό. Σε κάθε περίπτωση η εκτίμηση της θέσης είναι πολύ χοντροειδής. Αυτό σε συνδυασμό με την ύπαρξη προβλημάτων κατά τις μετρήσεις μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι επιβάλλεται να είμαστε πολύ προσεκτικοί σε εργασίες πεδίου κάτω από κομοστέγη δάσους Ανεξάρτητα από αυτό, αν συγκρίνουμε τα αποτελέσματα μεταξύ των δύο διαφορετικών υψών κεραίας και συγκεκριμένα τη διαφορά τους στο μέσο τετραγωνικό σφάλμα που είναι κατά τη συνιστώσα Ε ίση με 0,44μ., κατά τη συνιστώσα Ν ίση με 0,92μ και τέλος κατά τη συνιστώσα Ζ ίση με 0,47μ, προκύπτει το συμπέρασμα ότι κάτω από Κυπαρίσσι Αριζόνας το ύψος κεραίας 2,00μ. παρέχει αποτελέσματα μεγαλύτερης ακρίβειας σε σχέση με το ύψος κεραίας 4,00μ.. 166

188 ΚΥΠΑΡΙΣΣΙ ΑΡΙΖΟΝΑΣ ΚΑΛΥΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ (Ο.Α.=8,4Μ) ΧΕΙΡΟΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ ΥΨΟΣ 2Μ ΥΨΟΣ 4Μ ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP 7 ΑΠΟ ΑΠΟ 16 1 Νο 28 Νο 25 (0,52) μη επίλυση (0,02) επίλυση φάσης 7 ΑΠΟ ΑΠΟ 14 1 Νο 32 Νο 29 (2,98) μη επίλυση (10,53) μη επίλυση Πίνακας 5.1Δ-1 Συγκεντρωτικά Αποτελέσματα σε συστάδα κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας Ε) Για την αποτύπωση σημείων σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Ο δέκτης λάμβανε κοντά επτά δορυφόρους και η φάση δεν επιλύθηκε σε κανένα σημείο της συστάδας με μοναδική εξαίρεση το σημείο με αριθμό 39, όταν το ύψος κεραίας ήταν ορισμένο στα 2,00 μέτρα. Όσον αφορά τις τιμές του PDOP αυτές παρουσιάζονται άριστες σε όλα τα σημεία του δρόμου. Οι τιμές έμειναν σταθερά στο 1 που σημαίνει ότι η γεωμετρία των δορυφόρων ήταν άριστη (PDOP 1-2). Σε αυτό το επίπεδο εμπιστοσύνης, οι μετρήσεις θέσης θεωρούνται αρκετά ακριβείς ώστε να ικανοποιούν όλες, τις εκτός από τις πιο ευαίσθητες, εφαρμογές Η καλύτερη οριζοντιογραφική ακρίβεια 0,06μ. (σφάλμα θέσης) επίσης σημειώθηκε στο σημείο με αριθμό 39 και ύψος κεραίας 2,00μ., στο οποίο ο αριθμός των δορυφόρων ανήλθε στους 6 και η τιμή του PDOP 1. Λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα, την θέση του σημείου και την φύση του περιβάλλοντος καταγραφής, αναμενόμενο θα ήταν η μη επίλυση της φάσης, όπως ακριβώς συνέβη στις υπόλοιπες καταγραφές. Το γεγονός ότι πραγματοποιήθηκε η επίλυση της φάσης με τις παρούσες συνθήκες δημιουργεί αμφιβολίες για την αξιοπιστία της ακρίβειας της μέτρησης. Η διαφορά μεταξύ του πρώτου και δεύτερου ύψους αγγίζει την τιμή των 0,13μ., με σαφώς υψηλότερη ακρίβεια στο ύψος κεραίας 2,00μ.. Ωστόσο και η ακρίβεια που επιτεύχθηκε με ύψος κεραίας 4,00μ. (0,19μ.) είναι πολύ κοντά στα όρια ακρίβειας που επιτυγχάνονται με το σύστημα MetricaNet. Η χειρότερη τιμή (2,05μ.) οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) καταγράφηκε με ύψος στυλεού 2,00μ. στο σημείο 37. Ακολουθεί με ύψος στυλεού 4,00μ. και τιμή (1,39μ.) το σημείο 35. Ο καλύτερος μέσος όρος οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλματος θέσης) σημειώθηκε με ύψος στυλεού 4,00μ. (0,71μ.) παρόλο που η φάση δεν επιλύθηκε σε κανένα σημείο. Ο μέσος όρος 167

189 οριζοντιογραφικής ακρίβειας (σφάλμα θέσης) που καταγράφηκε με ύψος κεραίας τα 2,00 μέτρα είναι (0,90μ.). Η σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ των δύο διαφορετικών υψών κεραίας και συγκεκριμένα τη διαφορά τους στο μέσο τετραγωνικό σφάλμα που είναι κατά τη συνιστώσα Ε ίση με 0,44μ., κατά τη συνιστώσα Ν ίση με 0,09μ και τέλος κατά τη συνιστώσα Ζ ίση με 1,16μ, προκύπτει το συμπέρασμα ότι κάτω από Τραχεία Πεύκη το ύψος κεραίας 2,00μ. παρέχει αποτελέσματα μεγαλύτερης ακρίβειας σε σχέση με το ύψος κεραίας 4,00μ.. Το κύριο χαρακτηριστικό του συγκεκριμένου περιβάλλοντος είναι ότι βρίσκεται κάτω από ψηλά δένδρα Τραχείας Πεύκης με πυκνή συγκόμωση τα οποία επηρεάζουν δυσμενώς και δημιουργούν μη ευνοϊκές συνθήκες αποτύπωσης. Το γεγονός αυτό αποδεικνύεται με το ότι η φάση δεν επιλύθηκε σχεδόν σε όλα τα σημεία και προκύπτει το συμπέρασμα ότι η ακρίβεια στον προσδιορισμό θέσης είναι άμεσα συνδεδεμένη με την φύση του περιβάλλοντος καταγραφής και επηρεάζεται δυσμενώς από την ύπαρξη πυκνής κομοστέγης. ΤΡΑΧΕΙΑ ΠΕΥΚΗ ΚΑΛΥΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ ΧΕΙΡΟΤΕΡΟ ΣΗΜΕΙΟ ΥΨΟΣ 2Μ ΥΨΟΣ 4Μ ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ PDOP 6 ΑΠΟ ΑΠΟ 15 1 Νο39 (0,06) Νο 33 (0,19) επίλυση φάσης μη επίλυση 7 ΑΠΟ ΑΠΟ 15 1 Νο 37 (2,05) Νο 35 (1,39) μη επίλυση μη επίλυση Πίνακας 5.1Ε-1 Συγκεντρωτικά Αποτελέσματα σε συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη Τα αποτελέσματα του σφάλματος θέσης RMSE (σφάλμα ρίζας μέσου τετραγώνου) στα διάφορα περιβάλλοντα μέτρησης και για το ίδιο ύψος στυλεού δέκτη GPS παρατηρούνται στο παρακάτω πίνακα: Περιβάλλοντα Μέτρησης Σφάλματα θέσης/ RMSE Ύψος κεραίας 2,00μ. Ύψος κεραίας 4,00μ. Άξονας δασικού δρόμου 1,052 0,459 Άξονας δασικού μονοπατιού 1,053 0,609 Δασικό Ξέφωτο 0,114 0,

190 Συστάδα κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας 1,719 3,972 Συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη 1,130 0,859 Μέσος όρος σφάλματος θέσης 1,014 1,230 Πίνακας Συγκεντρωτικές τιμές RMSE στα διάφορα Περιβάλλοντα αποτύπωσης Από την σύγκριση των αποτελεσμάτων τιμών του πίνακα σχετικά με όλα τα περιβάλλοντα με ύψος κεραίας το 2,00μ., προκύπτει ότι το Δασικό Ξέφωτο είναι το καλύτερο περιβάλλον με το μικρότερο σφάλμα θέσης (0,114). Δεύτερο καλύτερο παρουσιάζεται ο Αξονας Δασικού δρόμου (1,052) και ακολουθεί στην τρίτη θέση ο Άξονας του δασικού μονοπατιού (1,053). Την τέταρτη θέση καταλαμβάνει η Συστάδα κωνοφόρων Τραχεία Πεύκη (1,130). To χειρότερο περιβάλλον με το μεγαλύτερο σφάλμα θέσης σημειώθηκε στη Συστάδα κωνοφόρων Κυπαρίσσι Αριζόνας (1,719). Η διαφορά μεταξύ του πρώτου και πέμπτου περιβάλλοντος αγγίζει την τιμή των 1,605μ., η οποία επισημαίνει μία φορά ακόμα τον καθοριστικό ρόλο των συνθηκών δασοκάλυψης στην ακρίβεια προσδιορισμού θέσης. Ειδικότερα όσο πιο πυκνή γίνεται η βλάστηση τόσο πιο πολύ μειώνονται οι ακρίβειες. Επίσης, εάν κατατάξουμε τα διάφορα περιβάλλοντα με βάση την δασοκάλυψη τους, από την αραιότερη έως την πυκνότερη, διαπιστώνεται ότι η σειρά κατάταξης της δασοκάλυψης ακολουθεί αυτή της ακρίβειας. Δηλαδή το περιβάλλον με μηδενική συγκόμωση παρουσιάζει την μεγαλύτερη ακρίβεια ενώ αυτό με την πυκνότερη συγκόμωση την μικρότερη ακρίβεια. Επιπρόσθετα εάν εξετάσουμε την διαφορά μεταξύ περιβαλλόντων παρόμοιας δασοκάλυψης, αυτή αποδεικνύεται πολύ μικρότερη από τη διαφορά που παρουσιάστηκε μεταξύ του καλύτερου και του χειρότερου περιβάλλοντος. Για παράδειγμα η διαφορά μεταξύ του δεύτερου και τρίτου περιβάλλοντος σημειώνεται σε 0,001μ. όπως και η διαφορά μεταξύ των περιβαλλόντων της συστάδας κωνοφόρων, που είναι επίσης μικρότερη 0,59μ.. Στην ίδια ακριβώς σειρά κατάταξης, από το καλύτερο έως το χειρότερο περιβάλλον, αναφορικά με το σφάλμα θέσης καταλήγουμε και με ύψος κεραίας οριζόμενο στα 4,00 μέτρα. Η διαφορά μεταξύ του πρώτου και πέμπτου περιβάλλοντος εδώ αγγίζει την τιμή των 3,722μ.. Ο καλύτερος μέσος όρος (σφάλματος θέσης) σημειώθηκε με ύψος στυλεού 2,00μ. (1,014) ενώ με ύψος στυλεού 4,00μ. (1,230). Όσον αφορά το σφάλμα στην ακρίβεια της θέσης, η εφαρμογή της τεχνικής Single Base με ύψος στυλεού 2,00μ. έναντι της τεχνικής Single Base με ύψος στυλεού 4,00μ., φαίνεται να υπερτερεί σε τέτοιου είδους περιβάλλοντα πάντα βέβαια με την προϋπόθεση της μικρής βάσης από το μόνιμο σταθμό αναφοράς (<50χλμ.). Βέβαια το αποτέλεσμα αυτό καταλήγει παράδοξο εάν λάβουμε υπόψη τις υπάρχουσες συνθήκες και 169

191 οδηγούμαστε για ακόμα μια φορά στο συμπέρασμα ότι επιβάλλεται να δίνουμε μεγάλη προσοχή σε εργασίες πεδίου κάτω από κομοστέγη δάσους. Γράφημα Συγκεντρωτικά αποτελέσματα οριζοντιογραφικής ακρίβειας με ύψος κεραίας 2,00μ. Γράφημα Συγκεντρωτικά αποτελέσματα οριζοντιογραφικής ακρίβειας με ύψος κεραίας 4,00μ 170

192 5.2. Προτάσεις Σε μία προσπάθεια να προσδιοριστεί η ακρίβεια και η αξιοπιστία του προσδιορισμού θέσης σε δυσμενή περιβάλλοντα όπως τα δασικά, ερευνήσαμε τα δεδομένα από την αποτύπωση με το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS) και τα παγκόσμια δορυφορικά συστήματα πλοήγησης (GNSS). Στην παρούσα διπλωματική εργασία αποδείχθηκε η ανάγκη για βελτίωση της ακρίβειας θέσης κατά την αποτύπωση με G.P.S. σε δασογενή περιβάλλοντα. Επίσης ίσως λόγω του φαινόμενου της πολυανάκλασης από τον δορυφόρο, αλλά και από το σήμα του Base, εμφανίστηκε κάτω από πυκνή κομοστέγη καλύτερο το ύψος στυλεού 2μ.από 4μ.. Η επιρροή του φαινόμενου της πολυανάκλασης μπορεί να εξηγηθεί από την παρουσία της κεραίας στην ζώνη των κορμών των δέντρων, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει αυξημένη ευαισθησία στις μετρήσεις (Sigrist et al., 1999),(Valbuena et al., 2012). Για του λόγους αυτούς παρουσιάζονται οι προτάσεις για περαιτέρω μελέτη των θεμάτων της, όπως: Να εξεταστεί κατά πόσο με την ανύψωση της κεραίας σε ύψος πάνω από κόμη επηρεάζονται: Ο αριθμός δορυφόρων Το φαινόμενο πολυανάκλασης-multipath Η ευαισθησία του δέκτη Η ακρίβεια προσδιορισμού θέσης. Το φαινόμενο της πολλαπλής διαδρομής (multipath) επηρέασε τα αποτελέσματα μέτρησης Μία ακόμη πρόταση είναι να συνεχιστεί η έρευνα με εκτέλεση μετρήσεων στο ίδιο δάσος κωνοφόρων και κατά τις υπόλοιπες εποχές του χρόνου (χειμώνα, άνοιξη, καλοκαίρι) ώστε να εξεταστεί η επίδραση φαινομένου multipath σε διαφορετικές μετερεωλογικές συνθήκες. 171

193 6 Βιβλιογραφία Ελληνική βιβλιογραφία Ανδριτσάνος, Β., Πικριδάς, Χ., Ρωσσικόπουλος, Δ., Τζιαβός, Η., Φωτίου, Α., Προσδιορισμός Υψομέτρων με το GPS για Χαρτογραφικές Εφαρμογές. Πρακτικά, 4ο Εθνικό Συνέδριο Χαρτογραφίας, Καστοριά. Αντωνακάκης, Α., METRICA Α.Ε. Παρουσιάση δικτύου, Ημερίδα: «METRICA_NET GNSS», Αθήνα. Αντωνακάκης, Α., Περιγραφή Metricanet και τρόποι εργασίας, Ημερίδα: «METRICA_NET GNSS», Θεσσαλονίκη. Αργυροπούλου, Χ., Αξιολόγηση της αξιοπιστίας του συστήματος HEPOS σε δάση και δασικές εκτάσεις. Μεταπτυχιακή Διατριβή. Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Βέργος, Γ. & Κατσουγιαννόπουλος, Σ., Εφαρμογές Παγκόσμιου Δορυφορικού Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS). Διδακτικές σημειώσεις, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών, Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών, Τμήμα Γεωπληροφορικής και Τοπογραφίας. Γιαννίου, Μ., 2008α. Δικτυακές τεχνικές του HEPOS: Περιγραφή, πλεονεκτήματα και κριτήρια επιλογής. Ενημερωτικό δελτίο Πανελλήνιου συλλόγου διπλωματούχων αγρονόμων τοπογράφων μηχανικών, ΑΤΜ, τεύχος 191, σελ Γιαννίου Μ., Μάστορης Δ., Ανάπτυξη του Ελληνικού συστήματος εντοπισμού HEPOS. Δ Πανελλήνιο Συνέδριο HellasGIS, Αθήνα. Δεληκαράογλου, Δ., Βιωσιμότητα του HEPOS. Ημερίδα: HEPOS -Ένα ενιαίο σύστημα εντοπισμού για την Ελλάδα - Υλοποίηση, Επιπτώσεις, Προοπτικές, ΕΜΠ, Αθήνα. Δεληκαράογλου Δ., Διεθνείς Υπηρεσίες VRS/CORS RTNets. Διημερίδα: HEPOS και σύγχρονα γεωδαιτικά συστήματα αναφοράς: Θεωρία και υλοποίηση, προοπτικές και εφαρμογές, TATM/ΑΠΘ και ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε., Θεσσαλονίκη. Διαχειριστική μελέτη Συμβόλου όρους Δούκας, Κ., Τοπογραφία Αγροτικών και Δασικών Περιοχών. Γιαχούδη -Γιαπούλη, 300 σελ. Δρόσος, Β., Καραγιάννης, Ε., Δούκας, Α., Σύγκριση υψομετρικής αποτύπωσης αγροτοδασικών περιοχών με G.P.S. και κλασικές μεθόδους. Πρακτικά, 1 ο Πανελλήνιο Περιβαλλοντικό Συνέδριο, Περιβαλλοντικά Τμήματα των Πανεπιστημίων, Ορεστιάδα, σελ.:

194 Εγχειρίδιο χρήσης Leica GS09 GNSS. Εγχειρίδιο χρήσης Leica TCR 407. Ελληνικά Δάση Ο.Ε., Μελέτη Προστασίας και Διαχείρισης Δημοσίου Δασικού Συμπλέγματος Συμβόλου Όρους Δασαρχείου Καβάλας για την Δεκαετία Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας Θράκης, Θεσσαλονίκη, Καραγιάννης, Ε., Καραρίζος, Π., Δρόσος, Β., Γιαννούλας, Β., Δυνατότητες εφαρμογής του συστήματος GPS στις εργασίες διάνοιξης του δάσους. Πρακτικά, 4 ο Πανελλήνιου Συνεδρίου Γεωργικής Μηχανικής, Εταιρία Γεωργικών Μηχανικών Ελλάδας. Αθήνα, σελ Κασσελίμη, Μ., Αξιολόγηση και ανάπτυξη υψηλής απόδοσης τεχνικών ανάλυσης δεδομένων GNSS με λογισμικό ανοιχτού κώδικα. Μεταπτυχιακή Διατριβή. ΕΜΠ. Κατσιγιάννη, Γ., Διαφαινόμενες νέες προοπτικές από τη συνδυασμένη χρήση των επερχόμενων συστημάτων GNSS για κινηματικές εφαρμογές στον ελληνικό χώρο. Δημοσίευση, Περιοδικό Γεωδαισίας Δείγματα & Παραδείγματα - Εργαστήριο Ανώτερης Γαιωδεσίας- Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, ΕΜΠ, Αθήνα. Κατσουγιαννόπουλος, Σ. & Χατζηδάκης, Ν., Εφαρμογές Παγκόσμιου Δορυφορικού Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS). Εργαστηριακές σημειώσεις, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών, Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Γεωπληροφορικής και Τοπογραφίας. Μάστορης, Δ., 2008α. Χρήση των υπηρεσιών του HEPOS. Ενημερωτικό δελτίο Πανελλήνιου συλλόγου διπλωματούχων αγρονόμων τοπογράφων μηχανικών, ΑΤΜ, τεύχος 191, σελ. 28. Ρωσσικόπουλος, Δ., Τοπογραφικά δίκτυα και υπολογισμοί, β έκδοση. Ζήτη, 417 σελ. Ρωσσικόπουλος, Δ., Στατικές μέθοδοι στην βαθμονόμηση και στον έλεγχο της ακρίβειας των γαιωδαιτικών οργάνων. Διδακτικές σημειώσεις Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης-Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογραφών Μηχανικών, Τομέας Γεωδαισίας και Τοπογραφίας. Προσβάσιμο στο: INDEX/TOMEA SA/Rossikopoulos.html. Τσακίρη, Μ., Γεωδαισία Ι. Διδακτικές σημειώσεις Μαθήματος : Εισαγωγή στο GPS. Ε.Μ.Π., Σ.Α.Τ.Μ., Τομέας Τοπογραφίας, Ε.Γ.Γ., Αθήνα. Υφαντής, Ι. & Σαββαΐδης, Π., GIS, AutoCad MAP Διδακτικές σημειώσεις, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης - Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Εργαστήριο Γεωδαισίας. Φωτίου, Α., Πικριδάς Χ., Το δορυφορικό σύστημα GPS. Διδακτικές σημειώσεις, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης - Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, Τομέας Γεωδαισίας και Τοπογραφίας 173

195 Φωτίου, Α., Πικριδάς Χ., GPS και Γεωδαιτικές Εφαρμογές. Ζήτη, 319 σελ. Φωτίου, Α. & Πικριδάς, Χ., Συνεισφορά και Προοπτική του Μόνιμου Σταθμού GPS AUT1 στο Ευρωπαϊκό Δίκτυο Euref. ΥΔΡΟΓΑΙΑ. Τιμητικός Τόμος στον Καθηγητή Χρήστο Τζιμόπουλο, Ζήτη, σελ Προσβάσιμο το TOMOS_TZIMOPOULO S/papers/Fotiou_Pikridas.pdf. Φωτίου, Α. & Πικριδάς, Χ., Ρωσσικόπουλος, Δ., Χατζηνίκος, Μ., Ερευνητική δραστηριότητα και προοπτικές από τη λειτουργία του δικτύου μόνιμων σταθμών GNSS του ΤΑΤΜ-ΑΠΘ. Επιστημονική ημερίδα: Δορυφορική Γεωδαισία: Σύγχρονα συστήματα και εφαρμογές, ΤΕΙ Αθήνας, Τμήμα Τοπογραφίας. Προσβάσιμο στο /HMERIDA_26_05_2010.files/TEI_ _PIKRIDAS.pdf. Φωτίου, Α., Ρωσσικόπουλος, Δ., Πικριδάς, Χ., Τεχνική Έκθεση ΦΑΣΗ Β- ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ ΠΕ2 ( ). Ερευνητικό Πρόγραμμα «Συνάρθωση και διαχρονικός έλεχγος του δικτύου metricanet με μετρήσεις με GNSS. Προσβάσιμο στο _dbb22d41e117295a312f113780bb

196 Ξενόγλωσση βιβλιογραφία Bhatta, B., Global Navigation Satellite Systems, Insights into GPS, GLONASS, Galileo, Compass, and others. BS publications, 476 σελ. Blum, R., Bischof, R., Sauter, U. H. & Foeller, J.,2015. Tests of reception of the combination of GPS and GLONASS signals under and above forest canopy in the Black Forest, Germany, using choke ring antennas. International Journal of Forest Engineering Journal.Volume 27, Issue 1. Προσβάσιμο στο Burlet, E., Global Positioning System. Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten im Forstwesen. Σημειώσεις διαλέξεων, ETH Zürich. pp 6,8,9/39. Cai, C. and Gao, Y., Pan, L., Zhu, J., Precise point positioning with quadconstellations: GPS, BeiDou, GLONASS and Galileo. Advances in Space Research, April 2015 Erenoglu C., Reliability of GPS/GNSS-based positioning in a forestry environment. Journal of Forestry ResearchR. Volume 28, Issue 3, pp French, G., Understanding the GPS, An introduction to the Global Positioning System, What it is and how it works. GeoResearch, 255 σελ. Gauthier, L. & Michel, P. & Ventura-Traveset J. & Benedicto J., EGNOS: The First Step of the European Contribution to the Global Navigation Satellite System. ESA Bulletin (No. 105), σελ. 8. Προσβάσιμο στο Gleason, S. & Gebre-Egziabher, D., GNSS Applications and Methods. Αrtech house, 528 σελ. Hein, G., GNSS Interoperability:Achieving a Global System of Systems or-does Everything Have to Be the Same?. InsideGNSS, January/February Προσβάσιμο στο Hofmann Wellenhof. B. & Lichtenegger, H. & Wasle, E., GNSS: Global Navigation Satellite Systems GPS, GLONASS, Galileo, and More. Springer, 516 σελ. Jacobson, Len., GNSS markets and applications. Norwood, MA: Artech House. 175

197 Jalinier, C., Courteau, J., Forest Road Surveys with GPS. Forest Engineering Institute of Canada, Technical Note. TN- 196, 6pp. Kaartinen H., Hyyppä J., Vastaranta M., Kukko A., Jaakkola A, Yu X., Pyörälä J., Liang X., Liu J., Wang Y., Kaijaluoto R., Melkas T., Holopainen M., Hyyppä H., Accuracy of Kinematic Positioning Using Global Satellite Navigation Systems under Forest Canopies. Forests 2015, 6(9), , doi: /f Krieger A.W.,Bryan W., Quantifying Uncertainties in Navigation and Orbit Propagation Analyses. WelchGlenn Research Center, Cleveland, Ohio. Krzan, G., Dawidowcz, K., Świątek, K., Comparison of position determination accuracy conducted by PPP technique using web-based online service and dedicated scientific software. 9th International Conference ENVIRONMENTAL ENGINEERING May 2014, Vilnius, Lithuania Langley, R.B., Innovation : Glonass-past, present and future. Article in: GPS World-GNSS Position Navigation Timing. Προσβάσιμο στο (Ημερομηνία επίσκεψης 11 /11/2017). Li, X., Zhang, X., Ren, X., Fritsche, M., Wickert, J., Schuh, H., Precise positioning with current multi-constellation Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo and BeiDou. Science reports Liu, C.J., Brantigan, R., Using differential GPS for Forest traverse surveys. Canandian Journal of Forest Research. 25(11) : Nieto, J. & Cosmen, J. & García, I. & Ventura-Traveset, J. & Neto, I., & European Space Agency & Hoshinoo, K. & ENRI Institute, Interoperability Test Analysis between EGNOS and MSAS SBAS Systems. Proceedings, 12th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, Nashville Convention Center, Nashville,Tennessee, page 221. Montenbruck, A., Hauschild, A., Diffrential Code Bias Estimation using Multi- GNSS Observations and Global Ionosphere Maps. Montenbruck, A. et all, 2017a. The multi-gnss Experiment (MGEX) of the international GNSS Service (IGS) Achievements, Prospects and Challenges. Adv. Space Res. 59 pp PennState College of Earth and Mineral Sciences - Department of Geografy, Pensylvania, GEOG 862,GPS and GNSS for Geospatial Professionals. Lesson 3 : Navstar GPS. Προσβάσιμο στο (Ημερομηνία επίσκεψης 12 /11/2017). 176

198 Prasad, R. & Ruggieri, Marina., Applied Satellite Navigation Using GPS, GALILEO, and Augmentation Systems. Artech House, 309 σελ. Richharia, M. & Westbrook, L.D., Satellite Systems for Personal Applications: Concepts and Technology. Wiley, 476 σελ. Roberts, G., Tang, X., Brown, c., A Review of GNSS for Civil Engineering Applications. Article in: ICE Proceedings Civil Engineering Santerre, R., Lin Pan, L., Cai, C., Jianjun Zhu, J., Single Point Positioning Using GPS, GLONASS and BeiDou Satellites. Scientific Research Publishing Inc. Προσβάσιμο στο Seeber, G., Satellite Geodesy 2nd Edition. Walter de Gruyter, 589 σελ. Stergiadou, A., Stergiadis, Ch., Giannoulas, V. & Doucas, K., The contribution of different GPS type s in sustainable development (Case: mountain Chortiatis Kissos). Proceedings, 8th International Confenece on Environmental Science and Technology, pp Toran-Marti, F. & Ventura-Traveset J., The ESA EGNOS Project: The First Step in European Contribution to the Global Navigation Satellite System (GNSS). Πρακτικά, ION-CH NAVIGARE Conference, Winterthur (Switzerland), σελ. 17. Προσβάσιμο στο EGNOS _Final.pdf. Ventura Traveset, J. & Mathur, A. R. & Toran, F. &. European Space Agency (ESA). & EGNOS Project & Plag, H-P., Provision of Emergency Communication Yoshimura, T. & Hasegawa, H., Comparing the precision and accuracy of GPS positioning in forested areas. pp Yoshimura, T. & Hasegawa, H., Does a consumer GPS receiver achive submeter accurancyunder forest canopy. Kyoto University, Japan. Yuen, M. F., Dilution of Precision (DOP) Calculation for Mission Planning Purposes. Zasada, M., The Effect of Mounting Height on GNSS Receiver Positioning Accuracy in Forest Conditions. Department of Forest Management Geomatics and Forest Economics, Poland. Zinoviev, A., Using GLONASS in Combined GNSS Receivers: Current Status. In: ION GNSS 18 th International Meeting of the Satellite Division, September 2005,Long Beach, CA 177

199 Δικτυακοί τόποι (Ημερομηνία επίσκεψης 12/01/2018, 01/02/2018). (Ημερομηνία επίσκεψης ) (Ημερομηνία επίσκεψης 12/03/2018) (Ημερομηνία επίσκεψης 11/03/2018) (Ημερομηνία επίσκεψης 1/12/2017) (Ημερομηνία επίσκεψης 4/12/2017) (Ημερομηνία επίσκεψης 10/01/2018). (Ημερομηνία επίσκεψης 19/11/2017). (Ημερομηνία επίσκεψης 20/11/2017). (Hμερομηνία επίσκεψης ) (Ημερομηνία επίσκεψης 21/11/2017)

200 (Ημερομηνία επίσκεψης 16/01/2018) -geosystems.com. (Ημερομηνία επίσκεψης 18/01/2018) (Ημερομηνία επίσκεψης 03/03/2018) (Ημερομηνία επίσκεψης 10/12/2017, ) (Ημερομηνία επίσκεψης ) (Ημερομηνία επίσκεψης ) system-gnss. (Ημερομηνία επίσκεψης 19/11/2017) (Ημερομηνία επίσκεψης ) (Ημερομηνία επίσκεψης 2/03/2018). 179

201 180

202 7. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι: ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΟ ΥΛΙΚΟ 7.1 Φωτογραφίες με την τεχνική SingleBase με ύψος κεραίας 2,00μ και 4,00μ Σημείο 1 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 1 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 181

203 Θέα σημείου 1 προς ουρανό Σημείο 2 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 182

204 Σημείο 2 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 2 προς ουρανό 183

205 Σημείο 3 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 3 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 184

206 Θέα σημείου 3 προς ουρανό Σημείο 4 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 185

207 Σημείο 4 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 4 προς ουρανό 186

208 Σημείο 5 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 5 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 187

209 Θέα σημείου 5 προς ουρανό Σημείο 6 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 188

210 Σημείο 6 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 6 προς ουρανό 189

211 Σημείο 7 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 7 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 190

212 Θέα σημείου 7 προς ουρανό Σημείο 8 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 191

213 Θέα σημείου 8 προς ουρανό Σημείο 9 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ 192

214 Σημείο 9 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 9 προς ουρανό 193

215 Σημείο 10 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 10 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 4,00μ 194

216 Θέα σημείου 10 προς ουρανό Σημείο 11 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ 195

217 Σημείο 11 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 11 προς ουρανό 196

218 Σημείο 12 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 12 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 4,00μ 197

219 Θέα σημείου 12 προς ουρανό Σημείο 13 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ 198

220 Σημείο 13 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 13 προς ουρανό 199

221 Σημείο 14 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 14 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 4,00μ 200

222 Θέα σημείου 14 προς ουρανό Σημείο 15 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ 201

223 Σημείο 15 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 15 προς ουρανό 202

224 Σημείο 16 δασικού ξέφωτου με ύψος κεραίας 2,00μ Θέα σημείου 16 προς ουρανό 203

225 Σημείο 17 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 17 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ 204

226 Θέα σημείου 17 προς ουρανό Σημείο 18 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ 205

227 Σημείο 18 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 18 προς ουρανό 206

228 Σημείο 19 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 19 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ 207

229 Θέα σημείου 19 προς ουρανό Σημείο 20 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ 208

230 Σημείο 20 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 20 προς ουρανό 209

231 Σημείο 21 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 21 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ 210

232 Θέα σημείου 21 προς ουρανό Σημείο 22 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ 211

233 Σημείο 22 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 22 προς ουρανό 212

234 Σημείο 23 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 23 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ 213

235 Θέα σημείου 23 προς ουρανό Σημείο 24 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 2,00μ 214

236 Σημείο 24 άξονα δασικού μονοπατιού με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 24 προς ουρανό 215

237 Θέα σημείου 25 προς ουρανό: Σημείο 26 κάτω από υψηλή συστάδα κωνοφόρων κυπαρίσσι 216

238 Θέα σημείου 26 προς ουρανό Θέα σημείου 27 προς ουρανό 217

239 : Θέα σημείου 28 προς ουρανό Σημείο 29 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 218

240 Σημείο 29 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 29 προς ουρανό 219

241 Σημείο 30 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 30 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 220

242 Θέα σημείου 30 προς ουρανό Σημείο 31 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 221

243 Σημείο 31 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 31 προς ουρανό 222

244 Σημείο 32 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 32 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 223

245 Θέα σημείου 32 προς ουρανό Σημείο 33 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 224

246 Σημείο 33 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 33 προς ουρανό 225

247 Σημείο 34 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 34 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 226

248 Θέα σημείου 34 προς ουρανό Σημείο 35 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 227

249 Σημείο 35 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 35 προς ουρανό 228

250 Σημείο 36 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 36 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 229

251 Θέα σημείου 36 προς ουρανό Σημείο 37 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 230

252 Σημείο 37 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 37 προς ουρανό 231

253 Σημείο 38 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 38 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 232

254 Θέα σημείου 38 προς ουρανό Σημείο 39 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ 233

255 Σημείο 39 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ Θέα σημείου 39 προς ουρανό 234

256 Σημείο 40 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 2,00μ Σημείο 40 άξονα δασικού δρόμου με ύψος κεραίας 4,00μ 235

257 Θέα σημείου 40 προς ουρανό 236

258 7.2 Πανοραμική εικόνα του Google Earth - προσανατολισμός 237