ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΣΤΟ ΦΟΙΝΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ GPS»

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΑΣΟΤΕΧΝΙΚΩΝ ΚΑΙ Υ ΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΙΕΥΘΥΝΤΗΣ: Ο ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ - ΚΟΣΜΑΣ ΟΥΚΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΣΤΟ ΦΟΙΝΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ GPS» ΑΡΓΥΡΙΟΣ Γ. ΣΤΕΡΓΙΟΥ ΗΣ ΑΣΟΛΟΓΟΣ Θεσσαλονίκη 2008

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράµµατος Μεταπτυχιακών Σπουδών της Σχολής ασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Α.Π.Θ. Το θέµα της εργασίας προτάθηκε από τον Καθηγητή κ. Αριστοτέλη - Κοσµά Γ. ούκα και αφορά την τρισδιάστατη αποτύπωση των εγκαταστάσεων της Σχολής ασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος στον Φοίνικα µε την χρήση GPS. Με την ολοκλήρωση της µεταπτυχιακής µου διατριβής θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Καθηγητή και ιευθυντή του εργαστηρίου Μηχανικών Επιστηµών και Τοπογραφίας, κ. Αριστοτέλη - Κοσµά Γ. ούκα, για το ενδιαφέρον του, τις υποδείξεις και τη συνεχή καθοδήγησή του σε όλη τη διάρκεια της εργασίας αυτής. Ευχαριστώ τον Αναπληρωτή καθηγητή κ. Ευάγγελο Καραγιάννη για τις εξαιρετικά πολύτιµες υποδείξεις και διορθώσεις του µε αποτέλεσµα την βελτίωση της διατριβής. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Λέκτορα κ. Βασίλειο Γιαννούλα για την πολύτιµη βοήθειά του στην διεξαγωγή των επίγειων µετρήσεων και τις πολύτιµες υποδείξεις και διορθώσεις του. Ένα µεγάλο ευχαριστώ στον φίλο και συνάδελφο κ Στέργιο Ταµπέκη για την αµέριστη πρακτική και ηθική βοήθειά του.

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα µεταπτυχιακή διατριβή αποσκοπούσε στην Τρισδιάστατη αποτύπωση των εγκαταστάσεων της Σχολής ασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος στον Φοίνικα µε την χρήση GPS. Αρχικά πραγµατοποιήθηκε ο αδροµερής έλεγχος µε το γεωδαιτικό GPS των µετρηµένων σηµείων της υπάρχουσας όδευσης µε γεωδαιτικό σταθµό τα οποία χρησιµοποιήθηκαν ως αληθείς τιµές. Στην συνέχεια πραγµατοποιήθηκε έλεγχος των αποτελεσµάτων του γεωδαιτικού GPS µε αυτά της αληθούς τιµής και εφαρµόστηκε σε αυτά το θεώρηµα του τετραγωνικού µέσου. Μετά τον έλεγχο πραγµατοποιήθηκε η αποτύπωση των κτιρίων των εγκαταστάσεων της Σχολής ασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος στο Φοίνικα µε την χρησιµοποίηση του γεωδαιτικού GPS. Στα σηµεία όπου το GPS δεν µπορούσε να πραγµατοποιήσει µετρήσεις επειδή το σήµα που λάµβανε από τους δορυφόρους ήταν αδύναµο, χρησιµοποιήθηκε γεωδαιτικός σταθµός για την εύρεση των συντεταγµένων των σηµείων αυτών. Μετά το πέρας των µετρήσεων πεδίου τα δεδοµένα εισήχθησαν στο σχεδιαστικό πρόγραµµα AutoCAD 2008 µε το οποίο έγινε η παραγωγή του τρισδιάστατου µοντέλου το οποίο είχε τις πραγµατικές συντεταγµένες τις περιοχής. Στο µοντέλο εφαρµόστηκε η τεχνική του φωτορεαλισµού και δηµιουργήθηκαν σκιάσεις σύµφωνα µε την θέση που είχε ο ήλιος στην περιοχή έρευνας σε συγκεκριµένες ηµεροµηνίες και ώρες. Συµπερασµατικά, η χρήση των γεωδαιτικών GPS για την τρισδιάστατη αποτύπωση είναι δυνατή και µειώνει σηµαντικά το χρόνο που απαιτείται για την πραγµατοποίηση της εργασίας όταν ο ουρανός είναι ανοικτός. Σε κλειστό ουρανό προτείνετε η χρήση DGPS σε συνδυασµό µε το δίκτυο HEPOS και ο συνδυασµός των GPS µε την πυξίδα laser. Για την παραγωγή του τρισδιάστατου µοντέλου το AutoCAD είναι ένα εύχρηστο σχεδιαστικό πρόγραµµα που παρέχει στον χρήστη πολλές δυνατότητες, όπως ο φωτορεαλισµός, που µπορεί να βρει πολλές εφαρµογές.

4 ABSTRACT This thesis aims to the three dimensional charting. with the usage of GPS, of the Faculty of Forestry and Natural Environment facilities which are placed in the area of Foinika Thessaloniki. Initially was held the coarse control with the geodetic GPS, of the measured points of the existing routing with Total station, which was used as a true value. Then a check out of the results of geodetic GPS was held with the true price and there was an implementation of the mean squared instrument theorem. After the checking out, the charting of buildings installations of the School of Forestry and Natural Environment in Foinika was held with the usage of geodetic GPS. In places where the GPS could not make measurements because the signal received from the satellites was weak, a Total station was used for finding the coordinates of these points. After the completion of field measurements, the data were entered into the design program AutoCAD 2008, for the production of the three-dimensional model which had the actual coordinates of the research area. At the model was applied photorealism techniques and shades were created in accordance with the position the sun it had in the research area on specific dates and times. The study unveils that the usage of the geodetic GPS for the threedimensional representation is possible and significantly reduces the time required for carrying out the work when the sky is open. In a closed sky the use of DGPS in conjunction with the HEPOS network and the combination of GPS with the laser compass is suggested. In order to produce three-dimensional model AutoCAD is a user-friendly design program that provides the user with many features such as photorealism that can find many applications.

5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ...7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ...8 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΟ ΟΡΥΦΟΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ ΘΕΣΗΣ Περιγραφή..11 Γεωδαιτικά GPS 3 ης γενιάς Τo σύστηµα GALILEO Τρόπος λειτουργίας Ακρίβεια µετρήσεων Το σύστηµα HEPOS Μέθοδοι µέτρησης Χρησιµοποίηση της πυξίδας laser ( Laser compass) σε κλειστό ουρανό ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ Τρισδιάστατο σχέδιο Τρισδιαστατο αξονοµετρικό σχέδιο Ισοµετρικό σχέδιο Πλάγια προβολή Προοπτικό σχέδιο Αυτόµατη σχεδίαση µε CAD Το AutoCAD ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ Γεωδαιτικός Σταθµός (Total Station) Γεωδαιτικός έκτης GPS Σχεδιαστικό Πρόγραµµα AutoCAD Τοπογραφικά σηµεία έλεγχου από τη εταιρία του Κτηµατολογίου ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Έλεγχος της όδευσης Αδροµερής έλεγχος των σηµείων της όδευσης µε GPS Έλεγχος και σύγκριση των αποτελεσµάτων..58

6 1. Στοιχεία θεωρίας σφαλµάτων Πιθανότερη τιµή - Κατανοµή των σφαλµάτων Κριτήρια ακρίβειας µιας σειράς µετρήσεων Αποτύπωση των κτιρίων Αποτύπωση µε GPS Αποτύπωση µε γεωδαιτικό σταθµό Εισαγωγή των αποτελεσµάτων στο AutoCAD και παράγωγη του τρισδιάστατου µοντέλου ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕ GPS ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟ ΣΤΑΘΜΟ ΨΗΦΙΑΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΤΙΡΙΑΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ GPS Τρισδιάστατη Σχεδίαση µε το AutoCAD ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Για εφαρµογές GPS Για εφαρµογές AutoCAD ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΗΓΕΣ.95 Ξενόγλωσση βιβλιογραφία 95 Ελληνική βιβλιογραφία...97 Πηγές που αντλήθηκαν από το διαδίκτυο 98

7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας τεχνικών χαρακτηριστικών συστήµατος Hiper Pro...53 ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας συντεταγµένων σηµείων υπάρχουσας όδευσης που µετρήθηκε µε γεωδαιτικό σταθµό ( Αληθής τιµή).68 ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας συντεταγµένων σηµείων µετρηµένα µε GPS...69 ΠΙΝΑΚΑΣ Συγκριτικός πίνακας γωνιών διεύθυνσης σηµείων GPS Αληθής τιµής...70 ΠΙΝΑΚΑΣ Συγκριτικός πίνακας αποστάσεων σηµείων GPS Αληθής τιµής 71 ΠΙΝΑΚΑΣ Συγκριτικός πίνακας συντεταγµένων σηµείων GPS Αληθής τιµής...72 ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας διαφορών συντεταγµένων σηµείων GPS Αληθής τιµής 74 ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας διαφορών γωνιών διευθύνσεως GPS Αληθής τιµής 76

8 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα ορυφορικό τµήµα GPS...14 Σχήµα Τµήµα ελέγχου GPS.15 Σχήµα Mε την πρώτη µέτρηση ο δέκτης περιορίζει την πιθανή θέση του στην επιφάνεια µιας φανταστικής σφαίρας.23 Σχήµα Mε τη δεύτερη µέτρηση (από δεύτερο δορυφόρο-β) η θέση περιορίζεται ακόµη περισσότερο, στην περιφέρεια του κύκλου που προκύπτει από την τοµή των δύο σφαιρών..24 Σχήµα Με την τρίτη µέτρηση (δορυφόρος Γ) περιορίζεται η θέση του δέκτη σε δύο πιθανά σηµεία...24 Σχήµα Το δίκτυο HEPOS.33 Σχήµα Μέθοδοι µέτρησης µε GPS.32 Σχήµα Προσαρµογή των µετρήσεων µε πυξίδα laser στα αρχικά σηµεία µετρηµένα µε DGPS...38 Σχήµα Χάρτης της περιοχής των εγκαταστάσεων της σχολής δασολογίας και φυσικού περιβάλλοντος στον Φοίνικα. Πηγή: Google Map 48 Σχήµα Σχήµα εξάρτησης όδευσης από το δελτίο τοπογραφικού σηµείου ελέγχου κτηµατολογίου.56

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα έκτες χειρός GPS.16 Εικόνα Γεωδαιτικό GPS 3 ης γενιάς..18 Εικόνα Σταθµός αναφοράς HEPOS...34 Εικόνα Πυξίδα laser MDL Laser Ace Εικόνα Επιφάνεια εργασίας AutoCAD Εικόνα ορυφορική φωτογραφία κτιριακών εγκαταστάσεων της σχολής ασολογίας και φυσικού περιβάλλοντος στον Φοίνικα. Πηγή: Google Earth 47 Εικόνα Γεωδαιτικός σταθµός Leica TC Εικόνα Το σύστηµα Hiper Pro: ο σταθερός (base) δέκτης και ο κινητός δέκτης (rover)..52 Εικόνα Χειριστήριο πεδίου του συστήµατος Hiper Pro 52 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάτοψη...77 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Όψη Β-ΒΑ ώρα σκιάσεις 12:00.78 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Όψη Β-ΒΑ ώρα σκίασης 18:00.79 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Μπροστινή όψη ώρα σκίασης 12: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Μπροστινή όψη ώρα σκίασης 18: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Πίσω όψη ώρα σκίασης 12: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Πίσω όψη ώρα σκίασης 18:

10 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων Κάµερα στα σκαλοπάτια του Α κτιρίου να «βλέπει» στο Γ κτίριο ώρα σκίασης 12: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στα σκαλοπάτια του Α κτιρίου να «βλέπει» στο Γ κτίριο ώρα σκίασης 18: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην ταράτσα του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 12: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην ταράτσα του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 18: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα σε γραφείο του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 12: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα σε γραφείο του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 18: Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην είσοδο των κτιριακών εγκαταστάσεων ώρα σκίασης 12:00 86 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην είσοδο των κτιριακών εγκαταστάσεων ώρα σκίασης 18: Εικόνα Θέση παρατήρησης τρισδιάστατου µοντέλου...91

11 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Για την τρισδιάστατη ψηφιακή σχεδίαση απαιτούνται: οι συντεταγµένες Χ,Υ,Ζ των σηµείων της περιοχής ή των κτιρίων που θα σχεδιαστούν τρισδιάστατα, όσο και τα κατάλληλα λογισµικά που έχουν την δυνατότητα να επεξεργαστούν τις συντεταγµένες και να δηµιουργήσουν το τρισδιάστατο µοντέλο ΤΟ ΟΡΥΦΟΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ ΘΕΣΗΣ Περιγραφή Με τον όρο δορυφορικό σύστηµα εντοπισµού θέσης (στίγµατος) εννοείται ένα σύστηµα προσδιορισµού των απόλυτων και σχετικών συντεταγµένων σηµείων επί της Γης (στην ξηρά και στη θάλασσα) ή επάνω από τη Γη. Ο προσδιορισµός γίνεται µε την βοήθεια τεχνητών δορυφόρων. ( ούκας 2002) Οι πρώτες σχετικές εφαρµογές εµφανίστηκαν, στις αρχές της δεκαετίας του 1960, µε προβλήµατα όµως λόγω του εξαιρετικά µεγάλου χρόνου παρατηρήσεων και της χαµηλής ακρίβειας. Παρόλα τα προβλήµατα, οι εφαρµογές αυτές σε γεωδαιτικές εργασίες µεγάλης κλίµακας, κατόρθωσαν να δώσουν λύσεις σε θέµατα σχετικά µε τη σύνθεση εθνικών τριγωνοµετρικών δικτύων και µε τον προσδιορισµό της θέσης, της κλίµακας και του προσανατολισµού εθνικών συστηµάτων αναφοράς. 11

12 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η χρήση των δορυφόρων (σε σχέση µε τις παραδοσιακές επίγειες µεθόδους) προσφέρει δύο πολύ σηµαντικά πλεονεκτήµατα : i. Οι προσδιορισµοί θέσης είναι αυθεντικά τρισδιάστατοι. ii. εν υπάρχει καµιά απαίτηση αµοιβαίας ορατότητας µεταξύ των εµπλεκόµενων σε µετρήσεις συντεταγµένων. (Pahling,Sebastia2007) Το Παγκόσµιο Σύστηµα Πλοήγησης και Εντοπισµού Θέσης, GPS (NAVSTAR-GPS) αναπτύχθηκε από το Υπουργείο Άµυνας των Η.Π.Α. (Department of Defense/DoD). Eίναι ένα δορυφορικό σύστηµα εντοπισµού θέσης, ταχύτητας και διανοµής χρόνου και αποτελείται από τα εξής τµήµατα: Α) Από το δορυφορικό τµήµα: Aυτό είναι ένα σύνολο 29 δορυφόρων τύπου NAVSTAR ( Σχήµα ) 25 από αυτούς είναι ενεργοί και 4 εφεδρικοί, οι οποίοι περιφέρονται γύρω από την Γη σε ύψος µιλίων (περίπου Km). Συγκεκριµένα µέχρι το 1990 είχαν τεθεί σε τροχιά 6 δορυφόροι GPS (Block 1 constellation), µέχρι το 1995 είχαν τεθεί 24 δορυφόροι (block II) και µέχρι το δορυφόροι. Οι 25 ενεργοί δορυφόροι (οι άλλοι 4 είναι εφεδρικοί), είναι «αναπτυγµένοι» σε 6 τροχιακά επίπεδα (οµαλά κατανεµηµένες τροχιές) µε τέτοια ταχύτητα ώστε ο κάθε δορυφόρος να περνά πάνω από κάθε επίγειο σταθµό παρακολούθησης κάθε 12 ώρες. Αυτό σηµαίνει ότι υπάρχουν πάντοτε περισσότεροι από 4 δορυφόροι ορατοί στον ουρανό από κάθε σηµείο του πλανήτη. Οι δορυφόροι συνεχώς µεταδίδουν σήµατα σε δύο συχνότητες της φασµατικής ζώνης L (L-band frequencies/ mhz) και συγκεκριµένα στις συχνότητες L1= 1575,42 MHz (19cm) και L2=1227,6 (24cm) MHz. Οι επίγειοι σταθµοί παρακολούθησης 12

13 ΕΙΣΑΓΩΓΗ στέλνουν διορθωµένα δεδοµένα για να κρατούν τους δορυφόρους σε ετοιµότητα και ακριβώς στην θέση που προγραµµατίστηκαν να βρίσκονται. Κάθε δορυφόρος χαρακτηρίζεται µε δύο αριθµούς (ταυτότητες). Ο πρώτος είναι ο αύξων αριθµός εκτόξευσης και ο δεύτερος είναι ο αριθµός ασφαλείας (security) PRN (Pseudo Random Noise), που είναι ένας ειδικός κωδικός αριθµός ο οποίος σχετίζεται µε τον κώδικα ακρίβειας Ρ (Precision Code/Κώδικας Ακρίβειας). Ο στρατιωτικός Κώδικας Ακρίβειας P (Precision Code/10,23 ΜΗz) χρησιµοποιεί τα σήµατα L1 και L2 για τον ακριβή προσδιορισµό της απόστασης του δορυφόρου από το δέκτη GPS. Το σήµα L1 περιέχει, εκτός από τον κώδικα ακριβείας P, και τον πολιτικό (εµπορικό) κώδικα C/A (Coarse/Acquisition-Code/10,23 ΜΗz), ο οποίος περιέχει δεδοµένα για τα χαρακτηριστικά του κώδικα Ρ. Χρησιµοποιείται για την διόρθωση της καθυστέρησης των σηµάτων, που οφείλεται στην ιονόσφαιρα. Στον κωδικό C/A µπορούν να γίνουν ταχύτατες τηλεχειριζόµενες επεµβάσεις, οι οποίες έχουν σαν αποτέλεσµα την αλλοίωση της ακρίβειας εντοπισµού του στίγµατος. Εκτός από τους δύο προηγούµενους κώδικες, υπάρχει και ο κώδικας δεδοµένων ή D-κώδικας (Data-Code) που υπερτίθεται στα σήµατα L1 και L2 και περιέχει διάφορες πληροφορίες όπως, π.χ., για την ακριβή θέση του δορυφόρου σε κάθε χρονική στιγµή, χρονικές καθυστερήσεις των δορυφορικών χρονοµέτρων κλπ. Η ακρίβεια των δύο κωδικών (C/A και P) είναι διαφορετική και αυτό γιατί ο πολιτικός δέκτης GPS δε µπορεί να αποκρυπτογραφήσει τον στρατιωτικό κωδικό P, όταν το καθεστώς ασφάλειας, (security status) µέσω της επιλεκτικής διαθεσιµότητας (Selective Availability), είναι απαγορευτικό. 13

14 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην απαγορευτική αυτή περίπτωση ο στρατιωτικός δέκτης GPS δίδει τη θέση του στίγµατος µε οριζόντια ακρίβεια 17,8 µ. και κατακόρυφη ακρίβεια 27,7 µ. ενώ οι πολιτικοί δέκτες GPS µε οριζόντια ακρίβεια 100 µ. και κατακόρυφη ακρίβεια 156 µ. Σχήµα ορυφορικό τµήµα GPS 14

15 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Β) Από το τµήµα ελέγχου : Αυτό αποτελείται από πέντε επίγειους σταθµούς παρακολούθησης των δορυφόρων και των σταθµών εκποµπής πληροφορίας προς τους δορυφόρους (monitoring stations: Hawaii and Kwajalem (Pacific), Ascension Island (Atlantic), Diego Garcia (Indian Ocean) and Colorado Springs). Ο κύριος σταθµός ελέγχου βρίσκεται στην αεροπορική βάση του Shriever Colorado Springs των Η.Π.Α. (πρώην Falcon Base/AFB). (Σχήµα ) Σχήµα Τµήµα ελέγχου GPS 15

16 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γ) Aπό το τµήµα των χρηστών : Αυτό αποτελείται από διάφορους στρατιωτικούς και ιδιωτικούς (εµπορικούς) τύπους δεκτών GPS. (Εικόνα ) Εικόνα έκτες χειρός GPS 16

17 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Υπάρχον δύο διαφορετικές οµάδες δεκτών: Α) Αυτοί που µπορούν να λαµβάνουν σήµατα από τέσσερις ή περισσότερους δορυφόρους την ίδια στιγµή (αφιερώνοντας ένα κανάλι για κάθε συχνότητα L1 ή L2 του δορυφόρου) και λέγονται πολυκάναλοι. Β) Αυτοί που διαθέτουν ένα ή δύο κανάλια τα οποία συνεχώς αλλάζουν και παρακολουθούν µια τον ένα δορυφόρο και µια τον επόµενο για να συγκεντρώσουν τα απαραίτητα στοιχεία για τις µετρήσεις και λέγονται ακολουθιακοί. Οι πολυκάναλοι δέκτες πλεονεκτούν γιατί αντί να παρακολουθούν µόνο τους τέσσερις δορυφόρους, παρακολουθούν όλους τους ορατούς κάθε στιγµή (all-in-view) δορυφόρους σε 9, 10 µέχρι και 12 κανάλια για κάθε συχνότητα για να υπολογίσουν θέση και ταχύτητα µε µεγαλύτερη ακρίβεια. Τέτοιοι δέκτες έχουν το µειονέκτηµα του υψηλού κόστους αγοράς. Γεωδαιτικά GPS 3 ης γενιάς Τα γεωδαιτικά GPS (Εικόνα ) έχουν την δυνατότητα λήψεως σήµατος και από τα τρία δορυφορικά συστήµατα εντοπισµού θέσεως GPS-GLONAS-GALILEO. Αυτό σηµαίνει ότι σε κάθε µέτρηση θα είναι διαθέσιµοι τουλάχιστον δορυφόροι µε µεγάλο εύρος συχνοτήτων L1, L2, L5, L2C, που βελτιώνει τη δυνατότητα επεξεργασίας στοιχείων, µειώνει σηµαντικά τα σφάλµατα των ψευδοαποστάσεων και τελειοποιεί την τεχνική RTK. (Papasissis, Κ, Paradissis, D., Farsaris, Μ. 2001) 17

18 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα Γεωδαιτικό GPS 3 ης γενιάς Τo σύστηµα GALILEO Από το 1994, η Ευρωπαϊκή Ένωση (Ε.Ε) έθεσε ως στρατηγικό της στόχο να καταστήσει ικανή την Ευρώπη, να αναπτύξει ένα Παγκόσµιο Σύστηµα Πλοήγησης (Global Navigation Satellite System/GNSS). Συγκεκριµένα, το 1999, οι Υπουργοί µεταφορών της Ε.Ε αποφάσισαν να θέσουν σε τροχιά ένα σύνολο δορυφόρων εντοπισµού θέσης, το οποίο ονόµασαν GALILEO, προς τιµήν του Galileo Galileii ( ), Ιταλού αστρονόµου και φυσικού. Οι κυριότεροι λόγοι που ώθησαν την ΕΕ να αναπτύξει το δικό της σύστηµα είναι οι εξής : 18

19 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1. H σηµερινή εξάρτηση των Ευρωπαίων από τα συστήµατα πλοήγησης GPS (Αµερικανικό) και GLONASS (Ρωσικό), τα οποία ελέγχονται από στρατιωτικές υπηρεσίες. 2. Η Ευρώπη χρειάζεται το δικό της, µη στρατιωτικό, σύστηµα πλοήγησης για λόγους πολιτικούς και λόγους ασφαλείας. 3. Η ανάγκη για ένα σύστηµα ελεγχόµενο από την Ευρώπη, που να εξυπηρετεί όλα τα συστήµατα επικοινωνίας (ξηράς, θαλάσσης, αέρος) (Bauer, Manfred 2006). Η Ε.Ε ανέθεσε στην Ευρωπαϊκή Υπηρεσία ιαστήµατος (ESA/European Space Agency) την ευθύνη κατασκευής των δορυφόρων και των επίγειων σταθµών. Το πρόγραµµα της ESA αναφέρεται ως GalileoSat, αποτελείται από 30 δορυφόρους και θα είναι ανεξάρτητο από τα άλλα δύο συστήµατα πλοήγησης, το GPS των Η.Π.Α και το GLONASS της Ρωσίας. Η ακρίβεια του εντοπισµού θέσης είναι ανάλογη µε τη συχνότητα εκποµπής των ραδιοσηµάτων και τις απαιτήσεις των χρηστών. Συγκεκριµένα, η παραπάνω ακρίβεια κυµαίνεται από 4,2µ. µέχρι 16,2µ. σε οριζόντιο επίπεδο και από 7,2µ. µέχρι 28,5µ. σε κατακόρυφο επίπεδο. Η ακρίβεια στα δεδοµένα του GALILEO, στην οποία θα έχουν ελεύθερη πρόσβαση οι χρήστες, είναι 16,2µ. σε οριζόντιο επίπεδο και 28,5µ. σε κατακόρυφο. Η πρόσβαση στα µεγαλύτερης ακρίβειας δεδοµένα θα γίνεται κατόπιν ειδικής άδειας και πληρωµής κάποιας συνδροµής. Το GALILEO αποτελείται από δορυφόρους που διαθέτουν τεχνολογία ποιο σύγχρονη από τους δορυφόρους του GPS. Έτσι η συχνότητα L5 µε τον ποιο εξελιγµένο κωδικό συµβάλει στην µείωση των σφαλµάτων των ψευδοαποστάσεων. (Bauer, Manfred 2006) Με το σύστηµα GALILEO η Ευρώπη θα είναι αυτάρκης και αυτοδύναµη στο πολύ σηµαντικό πεδίο της δορυφορικής πλοήγησης 19

20 ΕΙΣΑΓΩΓΗ και εντοπισµού στίγµατος (για εµπορικούς, πολιτικούς και στρατιωτικούς σκοπούς). Με την χρησιµοποίηση του GALILEO αναµένουµε ένα µέρος των ψευδοαποστάσεων(επιρροή σφαλµάτων ) να µειωθεί. Οι λόγοι για αυτό είναι οι παρακάτω: Κατά την ταυτόχρονη χρήση του GPS και του GALILEO θα είναι σε κάθε χρονική στιγµή διαθέσιµοι δορυφόροι. Aυτό σηµαίνει µια βελτίωση στο VDOP και στο ZDOP Μπορούµε να επεξεργαστούµε στοιχεία από περισσότερους δορυφόρους γιατί οι συχνότητες είναι σε απόσταση µεταξύ τους (L5-L1>L2-L1) Ο καινούργιος κώδικας που έχει αναπτυχθεί για την νέα συχνότητα L5 έχει µεγαλύτερη ακρίβεια στην εξάλειψη των ψευδοαποστάσεων Η επιλεκτική διαθεσιµότητα του σήµατος είναι στην αρµοδιότητα της Ευρώπης.( ούκας, Γιαννούλας 2007) Τρόπος λειτουργίας Ένας δέκτης GPS λειτουργεί µε βάση την εξής απλή αρχή: Χρησιµοποιείται ο χρόνος που χρειάζεται το σήµα για να διανύσει την απόσταση από τον δορυφόρο µέχρι τον επίγειο δέκτη, προκειµένου να υπολογιστεί έτσι, η απόσταση µεταξύ δορυφόρου και δέκτη. Οι δορυφόροι του συστήµατος GPS µεταδίδουν συνεχώς ραδιοσήµατα τα οποία έτσι δείχνουν την θέση τους στο διάστηµα και τον ακριβή χρόνο που έχουν σταλεί τα σήµατα. Θεωρητικώς, µε ένα ρολόι ακριβείας, τα σήµατα αυτά που προέρχονται από 3 20

21 ΕΙΣΑΓΩΓΗ δορυφόρους θα ήταν ικανή πληροφορία για τον χρήστη του δέκτη GPS, προκειµένου να υπολογίσει την ακριβή θέση του σε γεωγραφικό µήκος και πλάτος. Επειδή όµως ρολόι ακριβείας δεν εφευρέθηκε ακόµη, και µια διαφορά στο χρόνο της τάξης του 1/100 του δευτερολέπτου µπορεί να επιφέρει λάθος της τάξεως των 1860 µιλίων, χρειάζεται και ένας τέταρτος δορυφόρος. Mε τη βοήθεια του τετάρτου σήµατος, ο δέκτης GPS µπορεί να υπολογίσει και το ακριβές υψόµετρο. Από τη γνωστή εξίσωση της φυσικής : απόσταση = χρόνος x ταχύτητα φωτός, µπορεί να υπολογιστεί η απόσταση δορυφόρου - δέκτη, αν είναι γνωστός ο χρόνος που κάνει το σήµα να έλθει από το δορυφόρο στο δέκτη (χρόνος άφιξης του σήµατος). Επειδή ο µετρούµενος χρόνος είναι πολύ µικρός (nanoseconds), πρέπει αυτός να µετρηθεί µε ακρίβεια, για να υπολογιστεί έτσι µε ακρίβεια και η απόσταση. Για να επιτευχθεί αυτό, σε κάθε δέκτη είναι τοποθετηµένο ένα ρολόι (χρονόµετρο) χαλαζία (quarz clock) και σε κάθε δορυφόρο GPS είναι τοποθετηµένο ένα ατοµικό ρολόι (atomic clock). Το ρολόι (χρονόµετρο) αυτό δε λειτουργεί µε ατοµική ενέργεια, αλλά ονοµάζεται έτσι διότι ο χρόνος µετράται µε τόση ακρίβεια, όσες είναι οι ταλαντώσεις που κάνει το άτοµο (atom), το οποίο βρίσκεται µέσα στο ατοµικό ρολόι του δορυφόρου. Οι ταλαντώσεις (oscilations) γίνονται 9,2 δισεκατοµµύρια φορές ανά δευτερόλεπτο. Κατά τη µέτρηση του χρόνου, εάν υπάρχει κάποια διαφορά µεταξύ της ώρας (time) του δορυφόρου και του δέκτη, αυτή τροποποιείται αυτόµατα από τους δορυφόρους. Όταν, το ραδιοσήµα ληφθεί από το δορυφόρο, οι δέκτες GPS το µόνο που έχουν να κάνουν είναι να καταγράψουν τη διαφορά µεταξύ του χρόνου εκποµπής και του χρόνου άφιξης του σήµατος. 21

22 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η καταγραφή της διαφοράς του χρόνου έχει ως εξής : Το σήµα που στέλνουν οι δορυφόροι προς τους δέκτες είναι µια πολύπλοκη εναλλαγή των δυαδικών ψηφίων (bits) ένα (1) και µηδέν (0) (Binary Code), µε ένα πρότυπο (pattern) που επαναλαµβάνεται κάθε 1023 bits. Είναι τόσο πολύπλοκο το πρότυπο αυτό των bits που σχεδόν µοιάζει να είναι τυχαίο (random) και έτσι καλείται «ψευδοτυχαίος κώδικας» (pseudorandom code). Ο ψευδοτυχαίος αυτός κωδικός επιτελεί και άλλες λειτουργίες : επειδή οι πολύπλοκες αποστολές των bit που αναφέραµε µπορούν εύκολα να εντοπιστούν από διάφορους τυχαίους δέκτες ραδιοσηµάτων (εκτός του συστήµατος GPS), ο κάθε δορυφόρος GPS εκπέµπει το δικό του µοναδικό (κρυφό) κωδικό του. Ο κωδικός αυτός επίσης προστατεύει το σύστηµα GPS από παρεµβολές άλλων σηµάτων. Συνεπώς ο ψευδοτυχαίος κώδικας που µεταφέρεται µε το GPS σήµα, αναγνωρίζεται µόνο από το δέκτη GPS. Επίσης ο κωδικός αυτός επιτρέπει στους δορυφόρους να εκπέµπουν µόνο στις δυο συχνότητες L1 και L2, που προαναφέρθηκαν, χωρίς σύγχυση. Όταν ο χρήστης του δέκτη GPS ανοίξει τη συσκευή του, αυτή αρχίζει να λαµβάνει σήµατα από τους δορυφόρους GPS, τα οποία θα δώσουν στη συνέχεια τις γεωγραφικές συντεταγµένες (Γ.Π. και Γ.Μ.) του δέκτη. Αρχικά ο δέκτης λαµβάνει σήµατα από τον πρώτο δορυφόρο. Συγχρόνως, ο δέκτης σαρώνει τον ουράνιο θόλο (skies) για να εντοπίσει δεύτερο δορυφόρο. Η πρώτη µέτρηση δίνει την πληροφορία ότι ο δέκτης βρίσκεται σε κάποια συγκεκριµένη απόσταση Α από το δορυφόρο (π.χ km). Μπορεί να ειπωθεί ότι ο δέκτης βρίσκεται σε µια φανταστική σφαίρα ακτίνας km που στο κέντρο της βρίσκετε ο δορυφόρος Α. (Σχήµα ) 22

23 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σχήµα Mε την πρώτη µέτρηση ο δέκτης περιορίζει την πιθανή θέση του στην επιφάνεια µιας φανταστικής σφαίρας Η δεύτερη µέτρηση από το δεύτερο δορυφόρο δίνει την πληροφορία ότι ο δέκτης βρίσκεται σε µια συγκεκριµένη απόσταση Β από αυτόν (π.χ km). Η µόνη θέση στο διάστηµα όπου η θέση του δέκτη απέχει km από τον πρώτο δορυφόρο και km από το δεύτερο δορυφόρο, είναι ο κύκλος (έλλειψη) όπου οι δυο αυτές φανταστικές σφαίρες τέµνονται. (Σχήµα ) 23

24 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σχήµα Mε τη δεύτερη µέτρηση (από δεύτερο δορυφόρο-β) η θέση περιορίζεται ακόµη περισσότερο, στην περιφέρεια του κύκλου που προκύπτει από την τοµή των δύο σφαιρών. Στην συνέχεια, ο τρίτος δορυφόρος δίνει στο δέκτη αρκετές πληροφορίες που τον τοποθετούν µέσα σε µια από τις δυο θέσεις του κύκλου (έλλειψης) που σχηµατίστηκε από την τοµή των δυο προαναφερόµενων φανταστικών σφαιρών. (Σχήµα ) Σχήµα Με την τρίτη µέτρηση (δορυφόρος Γ) περιορίζεται η θέση του δέκτη σε δύο πιθανά σηµεία. 24

25 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Συχνά, ένα από τα δυο αυτά σηµεία απορρίπτεται. Επειδή υπάρχει κίνδυνος λάθους στο πιο σηµείο θα απορριφθεί, χρειαζόµαστε ακόµη µία επιπλέον µέτρηση απόστασης από τέταρτο δορυφόρο, η οποία δίνει την ακριβή θέση (σε ένα από τα δυο σηµεία της έλλειψης) και συγκεκριµένα τρισδιάστατα (x,y,z). Υπάρχει και ένας άλλος λόγος που χρειάζεται και τέταρτη µέτρηση. Αυτή παρέχει τη δυνατότητα να γίνει έλεγχος αν τα ρολόγια (χρονόµετρα) των δεκτών GPS είναι συγχρονισµένα µε τη διεθνή ώρα (universal time) Ακρίβεια µετρήσεων Η ακρίβεια των σηµείων x,y,z, που κυµαίνεται από m, µέχρι λίγα cm εξαρτάται από το είδος του δέκτη και από ειδικές συνθήκες, δηλαδή από κάποιες εγγενείς αδυναµίες του συστήµατος GPS, οι οποίες οφείλονται στους εξής παράγοντες : α) Στο κλείσιµο των C/A κωδικών, από το Υπουργείο Άµυνας των Η.Π.Α. Π.χ. το 1999 στο πόλεµο της Γιουγκοσλαβίας και στη συνέχεια το 2001 µετά τα γνωστά επεισόδια της τροµοκρατίας (πτώση των ίδυµων Πύργων στη Νέα Υόρκη), το Υπουργείο Άµυνας των Η.Π.Α. είχε κλείσει τους κωδικούς C/A. β) Στην επιλεκτική διαθεσιµότητα του σήµατος (SA/Selective Availability), από το Υπουργείο Άµυνας των Η.Π.Α., η οποία αφορά στην παραποίηση των χρονοµέτρων των δορυφόρων και τη λανθασµένη τροχιακή πληροφορία τους, τα οποία επιφέρουν µια απόκλιση (σφάλµα) στίγµατος της τάξης των 100µ. Οι στρατιωτικοί δέκτες GPS είναι εφοδιασµένοι µε ένα software, το οποίο διορθώνει το σφάλµα, ενώ οι εµπορικοί δέκτες GPS δεν έχουν το software αυτό. 25

26 ΕΙΣΑΓΩΓΗ γ) Στη γεωµετρική διασπορά των δορυφόρων προς το δέκτη. Όσο µεγαλύτερη γωνία µε την κατακόρυφο σχηµατίζουν οι δορυφόροι τόσο ακριβέστερη είναι η µέτρηση. Η έννοια της διασποράς δηλώνεται από την GDoP (Geometric Dilation of Precision/ Γεωµετρική αραίωση της ακρίβειας) δ) Aπό το σφάλµα του χρονοµέτρου του δέκτη. Το σφάλµα αυτό µειώνεται αν αυξηθεί ο αριθµός των δορυφόρων (Dana, 1998). ε) Από την ανακρίβεια του χρονοµέτρου του δορυφόρου GPS. στ) Από παρεµβολή φυσικών εµποδίων (έντονο ανάγλυφο, φυλλωσιές δέντρων, κτίρια, σύννεφα κ.λ.π.) ζ) Από παρεµβολή της ατµόσφαιρας, λιγότερο της τροπόσφαιρας και περισσότερο της ιονόσφαιρας. Συγκεκριµένα, η ιονόσφαιρα περιέχει φορτισµένα σωµατίδια (ιόντα), τα οποία επιφέρουν σηµαντική καθυστέρηση στη µετάδοση του κώδικα που οδηγεί στον εντοπισµό του στίγµατος, µε σφάλµα 10µ. περίπου. Ορισµένοι δέκτες χρησιµοποιούν µαθηµατικά µοντέλα που υπολογίζουν την επίδραση της ιονόσφαιρας, οπότε µειώνουν το σφάλµα κατά 50%, περιορίζοντάς το στα 5µ. η) Από σφάλµα του φαινοµένου του κύµατος ανάκλασης (multipath error/ multireflections). Όταν ο δέκτης λαµβάνει το σήµα (κύµα ακτινοβολίας) από το δορυφόρο GPS, λαµβάνει και τις ανακλάσεις του σήµατος αυτού από το έδαφος ή από τα περιβάλλοντα αντικείµενα. Το σύνθετο σήµα δηµιουργεί µια ασάφεια ως προς τον ακριβή χρόνο λήψης του σήµατος και εποµένως ως προς τη µετρούµενη απόσταση. Οι παραπάνω αποκλίσεις στον εντοπισµό της θέσης (στίγµατος) του φορητού δέκτη GPS, µπορούν να διορθωθούν µε τη βοήθεια της τεχνολογίας των ιαφορικών Συστηµάτων Εντοπισµού Θέσης (Differential GPS/DGPS). 26

27 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Tο ιαφορικο Σύστηµα Εντοπισµού Θέσης ή διαφορικό GPS (DGPS) είναι η µέθοδος µείωσης των σφαλµάτων σε ένα GPS, µε σκοπό ο δέκτης GPS να µας δίδει πληροφορίες όσο το δυνατόν πιο ακριβείς. Η µέθοδος (διαδικασία) βασίζεται πάνω στην αρχή (principal), ότι τα περισσότερα σφάλµατα που φαίνονται σε ένα δέκτη GPS, σε µια περιοχή, είναι κοινά σφάλµατα. Τα κοινά αυτά σφάλµατα προέρχονται από κάποιους παράγοντες που προαναφέρθηκαν, όπως το σφάλµα του χρονοµέτρου του δέκτη, η επιλεκτική διαθεσιµότητα του σήµατος και σε καθυστερήσεις στη µετάδοση του ραδιοσήµατος που οφείλονται στην παρεµβολή της ιονόσφαιρας. Εάν ένας δέκτης GPS τοποθετηθεί σε µια σταθερή θέση, όπου είναι γνωστές οι συντεταγµένες και στη συνέχεια τεθεί σε λειτουργία για να αρχίσει να εντοπίζει τη θέση του (να υπολογίζει τις συντεταγµένες του), η διαφορά µεταξύ των υπολογιζόµενων και των γνωστών συντεταγµένων είναι το σφάλµα. Ο σταθερός αυτός δέκτης συχνά καλείται επίγειος σταθµός βάσης (base station) ή σταθµός αναµετάδοσης/αναφοράς (GPS Reference Station). Το σφάλµα που υπολογίζεται από το δέκτη GPS του σταθµού βάσης (σταθερό GPS), χρησιµοποιείται και στους υπόλοιπους µετακινούµενους δέκτες GPS, που καλούνται rovers (φορητοί δέκτες GPS). Επειδή οι πηγές που προκαλούν τα προαναφερόµενα σφάλµατα συνέχεια αλλάζουν, είναι αναγκαίο να γίνει διόρθωση του σφάλµατος, που υπολογίστηκε από το σταθερό σταθµό, πολύ γρήγορα προς το φορητό δέκτη GPS. Ένας τρόπος για να επιτευχθεί αυτό είναι να αποθηκεύονται δεδοµένα στο σταθερό σταθµό και στον φορητό δέκτη GPS, οπότε αργότερα τα δεδοµένα αυτά µπορούν να υποστούν επεξεργασία. Αυτή η διαδικασία καλείται 27

28 ΕΙΣΑΓΩΓΗ «εκ των υστέρων επεξεργασία» (post processing) και είναι πολύ κοινή στις χαρτογραφικές εφαρµογές. Ο άλλος τρόπος είναι να µεταδοθούν τα δεδοµένα τηλεµετρικά από το σταθµό βάσης προς το φορητό δέκτη (σταθµό), οπότε ο υπολογισµός του σφάλµατος γίνεται σε πραγµατικό χρόνο (in real time). Αυτή η διεργασία καλείται διαφορικό σύστηµα εντοπισµού θέσης σε πραγµατικό χρόνο (real time DGPS). Στην εκ των υστέρων επεξεργασία (post processing) και οι δύο δέκτες, ο σταθερός σταθµός και ο φορητός δέκτης GPS, καταγράφουν τα ραδιοσήµατα από τους δορυφόρους GPS ταυτόχρονα. Το πώς γίνεται αυτό, εξαρτάται από την εκάστοτε περίπτωση. Μια περίπτωση είναι να καταγράφουν τα ραδιοσήµατα απευθείας στο δέκτη GPS. Αυτή είναι κοινή περίπτωση που απαντά σε χαρτογραφικές εφαρµογές, όπου ο σταθµός βάσης και φορητός δέκτης χρησιµοποιούνται για να µετρήσουν συγκεκριµένη «νοητή γραµµή» (baseline), δηλαδή την ευθεία που ενώνει νοητά το σταθµό βάσης µε το φορητό GPS. Όσο µεγαλύτερο είναι το µήκος της γραµµής αυτής, τόσο µικρότερη είναι η επιτυγχανόµενη ακρίβεια του φορητού GPS. Mερικές φορές είναι φυσικά δύσκολη η καταγραφή των δεδοµένων στο φορητό δέκτη GPS. Σε αυτές τις περιπτώσεις ο χρήστης του φορητού δέκτη GPS µπορεί να καταγράψει τα δεδοµένα σε laptop PC ή σε ένα ειδικό δέκτη καταγραφής (συλλογής) δεδοµένων. Η συνήθης αιτία για να γίνει αυτό είναι ότι η συσκευή που συλλέγει (καταγράφει) τα δεδοµένα (data collecting device) δίδει στον χρήστη µεγαλύτερη ευελιξία να επιλέξει τα δεδοµένα GPS, µε τις επιθυµητές πληροφορίες. 28

29 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην περίπτωση όπου ο σταθµός βάσης θα σταθεροποιηθεί σε ένα σηµείο, µε σκοπό να χρησιµοποιείται από πολλούς φορητούς δέκτες, τότε έχουµε την εγκατάσταση ενός τοπικού σταθµού αναµετάδοσης κοινής χρήσης (Community base station), ο οποίος δεν είναι τίποτα άλλο από ένα δέκτη GPS, που είναι σταθερά συνδεδεµένος µε ένα PC. Είναι δυνατό, στο PC του βασικού σταθµού, να εγκατασταθεί ένα σύστηµα BBS, έτσι ώστε οι φορητοί δέκτες να µπορούν να κατεβάσουν (download) δεδοµένα για τηλεπεξεργασία (επεξεργασία εκ του µακρόθεν) (remote processing). To PC συγκεντρώνει τα δεδοµένα GPS, από το σταθµό βάσης και τα σώζει σε αρχεία (files) υπό τη µορφή ενοτήτων αύξουσας χρονικής προτεραιότητας (time-block increments). Η µόνιµη λειτουργία ενός GPS Reference Station (σταθµού βάσης/σταθµού αναφοράς) βοηθάει τους χρήστες να περνούν µετρήσεις GPS καλύτερα από 5µ., οι οποίες έχουν ένα µεγάλο πλήθος πολιτικών (εµπορικών κυρίως) εφαρµογών. Στις ΗΠΑ, και συγκεκριµένα από την Οµοσπονδιακή ιοίκηση Πολιτικής Αεροπορίας (Federal Aviation Administration/FAA) και το Υπουργείο Εµπορίου (Μεταφορών και Επικοινωνιών), δηµιουργήθηκε πρόσφατα ένα σύστηµα αυξηµένης ακρίβειαςαξιοπιστίας των δεκτών GPS σε ολόκληρη την Αµερική, που καλείται «Σύστηµα αυξηµένης ακρίβειας των δεκτών GPS, ευρείας γεωγραφικής κάλυψης» (Wide Area Augmentation System/WAAS). Το σύστηµα αυτό λειτουργεί µε την βοήθεια δορυφόρων και είναι γνωστό στις ΗΠΑ ως SBAS (Satellite Based Augmentation System). Το σύστηµα WAAS, που λειτουργεί από το 2003, αρχικά δοκιµάσθηκε τον Σεπτέµβριο του 2002 και έδωσε ακρίβεια 29

30 ΕΙΣΑΓΩΓΗ εντοπισµού θέσης µέχρι 1-2 µ. σε οριζόντιο επίπεδο και µέχρι 2-3 µ. σε κατακόρυφο επίπεδο, σε ολόκληρη την Αµερική. Συγκεκριµένα, το σύστηµα λειτουργεί: α) µε 25 περίπου επίγειους σταθµούς κατά µήκος των ΗΠΑ, οι οποίοι ανιχνεύουν τα δεδοµένα (σήµατα) που προέρχονται από το δορυφορικό τµήµα του Παγκοσµίου Συστήµατος Πλοήγησης (δορυφόροι GPS) και β) µε δύο (2) κύριους (master) σταθµούς που βρίσκονται στις δύο ακτές (Ανατολική και υτική) των ΗΠΑ, οι οποίοι συγκεντρώνουν δεδοµένα (σήµατα) από τους υπόλοιπους επίγειους σταθµούς, τα οποία και διορθώνουν. Οι διορθώσεις αυτές γίνονται για να ελαττωθεί το µέγεθος των σφαλµάτων τα οποία προέρχονται από τις τροχιές και τα χρονόµετρα των δορυφόρων και από τις καθυστερήσεις των σηµάτων λόγω της παρεµβολής της ατµόσφαιρας (κυρίως της ιονόσφαιρας). Τα διορθωµένα σήµατα µεταδίδονται, µε τη βοήθεια δύο γεωστατικών δορυφόρων (δορυφόρων που βρίσκονται σε σταθερή θέση πάνω από τον Ισηµερινό), προς όλους τους φορητούς δέκτες GPS, που φυσικά πρέπει είναι συµβατοί µε το σύστηµα WAAS. Το σύστηµα WAAS, σε σχέση µε το επίγειο σύστηµα διαφορικού GPS (DGPS), υπερτερεί, διότι αφ ενός καλύπτει µεγάλη έκταση, επίγεια και παράκτια, αφ ετέρου το σύστηµα δεν χρειάζεται άλλες επιπρόσθετες συσκευές λήψης δεδοµένων, ενώ το διαφορικό GPS χρειάζεται. Στην Ευρώπη και την Ασία, αναπτύχθηκαν αντίστοιχα συστήµατα. Συγκεκριµένα, στην Ασία, αναπτύχθηκε από τους Ιάπωνες το σύστηµα MSAS (Multifunctional Satellite Augmentation System). Στην Ευρώπη, δηµιουργήθηκε ένα σύστηµα παροχής 30

31 ΕΙΣΑΓΩΓΗ αξιόπιστων δεδοµένων (σηµάτων) GPS και GLONASS στους Ευρωπαίους, το οποίο καλείται EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System). Το σύστηµα αυτό δηµιουργήθηκε από την συνεργασία (consortium) της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας ιαστήµατος (ESA/European Space Agency), της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (EC), της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ) και της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Ασφάλειας Αεροµεταφορών (Eurocontrol/European Organization for the Safety of Air Navigation, Brussels). Το σύστηµα EGNOS αποτελείται από 34 επίγειους σταθµούς (RIMS/Ranging and Integrity Monitoring Stations) και 4 κεντρικούς σταθµούς MCCs (Mission Control Centers). Οι τέσσερις αυτοί σταθµοί, που βρίσκονται στην Ισπανία (Τurrjon), Μεγάλη Βρεταννία (Gatwick), στη Γερµανία (Langen) και Ιταλία (Ciampino), λαµβάνουν τα ραδιοσήµατα από τους δορυφόρους, και κάνουν τις απαιτούµενες διορθώσεις των σηµάτων GPS/GLONASS/GALILEO. Στη συνέχεια, τα επιστρέφουν στους υπόλοιπους 34 σταθµούς της Ευρώπης. Συνεπώς, οι χρήστες παγκοσµίως, µπορούν να έχουν πρόσβαση στα συστήµατα αυτά (WAAS, EGNOS και MSAS) και φυσικά και σε άλλα συµβατά συστήµατα στο µέλλον. Τα σήµατα του συστήµατος EGNOS (από τους δορυφόρους GPS και GLONASS), αναµεταδίδονται προς τους χρήστες φορητών GPS: α) µέσω δύο δορυφόρων Inmarsat-3 (International Maritime Satellite Organization/London, UK), οι οποίοι βρίσκονται πάνω από το ανατολικό τµήµα του Ατλαντικού ωκεανού και πάνω από τον Ινδικό ωκεανό και β) µέσω ενός γεωστατικού δορυφόρου Artemis της ESA, που βρίσκεται πάνω από την Αφρική 31

32 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το σύστηµα HEPOS Στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί ένα ιαφορικό Σύστηµα Εντοπισµού Θέσης ειδικευµένο για την βελτίωση των µετρήσεων στον Ελλαδικό χώρο µε την ονοµασία HEPOS. Το Ελληνικό Σύστηµα Εντοπισµού HEPOS (HEllenic Positioning System) είναι ένα σύστηµα το οποίο επιτρέπει τον προσδιορισµό θέσης µε υψηλή ακρίβεια αξιοποιώντας το υφιστάµενο παγκόσµιο δορυφορικό σύστηµα εντοπισµού GPS (Global Positioning System). To HEPOS αποτελεί ένα σύγχρονο σύστηµα εντοπισµού αντίστοιχο µε αυτά που λειτουργούν τα τελευταία χρόνια στις περισσότερες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. To HEPOS αποτελείται από ένα δίκτυο 98 µόνιµων δορυφορικών σταθµών αναφοράς (Σχήµα Εικόνα ) και ένα Κέντρο Ελέγχου που βρίσκεται στις εγκαταστάσεις της ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε. Το Κέντρο Ελέγχου επεξεργάζεται τα στοιχεία των σταθµών αναφοράς και αποστέλλει στο χρήστη τα δεδοµένα που χρειάζονται για τον ακριβή προσδιορισµό θέσης. To HEPOS αναπτύχθηκε από την Κτηµατολόγιο Α.Ε. για να καλύψει τις ανάγκες σύνταξης του Εθνικού Κτηµατολογίου. Παράλληλα, ως έργο υποδοµής µπορεί να έχει και µια σειρά εφαρµογές σε άλλους τοµείς όπου υπάρχουν αυξηµένες ανάγκες χωρικής ακρίβειας. To HEPOS απευθύνεται σε ένα ευρύ φάσµα φορέων όπως: - ηµόσιες Υπηρεσίες και Οργανισµούς - Αναδόχους Έργων της Κτηµατολόγιο Α.Ε. - Τοπογράφους Μηχανικούς και γενικότερα επαγγελµατίες του χώρου των γεωεπιστηµών - Ιδιώτες µελετητές και κατασκευαστές έργων 32

33 ΕΙΣΑΓΩΓΗ - Πανεπιστηµιακούς και ερευνητικούς φορείς Σχήµα Το δίκτυο HEPOS (Πηγή Οι υπηρεσίες που παρέχει το HEPOS διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες: - Υπηρεσίες «πραγµατικού χρόνου», στις οποίες η θέση ενός 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. Παράλληλα µε τις κτηµατογραφικές εργασίες του Εθνικού Κτηµατολογίου, το HEPOS µπορεί να καλύψει και πλήθος άλλων εφαρµογών, στα πεδία της Τοπογραφίας, Γεωδαισίας, 33

34 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Χαρτογραφίας, Υδρογραφίας, κατασκευής τεχνικών έργων και γενικότερα της συλλογής χωρικών δεδοµένων και των γεωεπιοτηµών. Επίσης το HEPOS µπορεί να συνεισφέρει σηµαντικά στην επιστηµονική έρευνα σε τοµείς όπως η Γεωδυναµική, η Γεωλογία και η Σεισµολογία. Ο εξοπλισµός που χρειάζεται ο χρήστης για να αξιοποιήσει το HEPOS είναι συνάρτηση της ακρίβειας που θέλει να έχει και της υπηρεσίας που θα χρησιµοποιήσει. Εικόνα Σταθµός αναφοράς HEPOS (Πηγή - Για ακρίβεια της τάξης των λίγων εκατοστών απαιτείται ένας γεωδαιτικός δέκτης GPS. - Για ακρίβεια της τάξης του µισού µέτρου αρκεί και ένας πιο απλός δέκτης GPS, αρκεί να παρέχει τη δυνατότητα λήψης των διαφορικών διορθώσεων του HEPOS. 34

35 ΕΙΣΑΓΩΓΗ - Για τις υπηρεσίες «πραγµατικού χρόνου» εκτός από το δέκτη GPS, χρειάζεται και ένα GSM ή GPRS modem για επικοινωνία µε το Κέντρο Ελέγχου. Τα modems αυτά, µπορούν να ενσωµατώνονται στο δέκτη GPS ή να ενεργοποιούνται στα κινητά τηλέφωνα των χρηστών. - Για τις υπηρεσίες «µετεπεξεργασίας» εκτός από το δέκτη GPS χρειάζεται και ένα εξειδικευµένο λογισµικό γραφείου. Η χρήση των υπηρεσιών του HEPOS γίνεται κατόπιν εγγραφής µε συµπλήρωση και κατάθεση της σχετικής αίτησης. Τα πλεονεκτήµατα του HEPOS είναι: - Προσδιορίζει µε ακρίβεια λίγων εκατοστών τη θέση ενός σηµείου σε «πραγµατικό χρόνο» - Μειώνει το κόστος προµήθειας δέκτη αναφοράς για το χρήστη - Αυξάνει την αµεσότητα, οικονοµία και αποδοτικότητα στην καθηµερινή τοπογραφική πρακτική - Απλοποιεί τη µετρητική διαδικασία - Εξασφαλίζει ενιαία ακρίβεια και οµοιογένεια σ' όλη την Επικράτεια Μέθοδοι µέτρησης Ανάλογα µε την κινητική κατάσταση του προς προσδιορισµό σηµείου, οι µεθοδολογίες προσδιορισµού θέσης κατατάσσονται σε: I. Στατικές - Ψευδοκινηµατική II. Κινηµατικές Ηµικινηµατικές ( ούκας 2002) Με την στατική µέθοδο (Σχήµα α. ) δύο δέκτες τοποθετούνται ένας στο σηµείο γνωστής θέσης (σηµείο αναφοράς) και ένας στο προς προσδιορισµό σηµείο και παρακολουθούν τέσσερις ή περισσότερους δορυφόρους. Χρησιµοποιείται σε 35

36 ΕΙΣΑΓΩΓΗ αποστάσεις πάνω από 20 Km µε ακρίβεια 5 mm + 1 ppm, για παρακολούθηση µικροµετακινήσεων και παραµορφώσεων του στερεού φλοιού. Παραλλαγή της στατικής µεθοδολογίας είναι η γρήγορη στατική και η ψευδοκινηµατική διαδικασία. (Σχήµα β.). 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. 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 αναµετρήσουν στο ίδιο σηµείο για άλλα λίγα λεπτά, µετά από µια ώρα. Ακρίβεια 5 έως 10 mm +lppm. Μια µεθοδολογία υψηλής παραγωγικότητας, ειδική για πολυγωνοµετρία, ταχυµετρία και κτηµατολογικές αποτυπώσεις είναι η ηµικινηµατική διαδικασία (Σχήµα γ.), κατά την οποία αρχικά µε µετρήσεις ενός λεπτού προσδιορίζεται η θέση του σηµείου αρχής 1 σε σχέση µε το σηµείο αναφοράς και κατόπιν ένας άλλος δέκτης ή περισσότεροι µετακινούνται από σηµείο σε σηµείο προσδιορίζοντας κάθε φορά τη θέση τους σε σχέση µε το σηµείο αναφοράς, µε µετρήσεις δευτερολέπτων, αλλά µε συνεχή παρακολούθηση των δορυφόρων κατά την µετακίνηση από σηµείο σε σηµείο. Γι' αυτό συνιστάται η χρήση του σε ηµιαστικές, περιαστικές και αγροτικές περιοχές αραιής κάλυψης. Ακρίβεια 1 έως 2 cm + 1 ppm. Στην κινηµατική µέθοδο (Σχήµα δ.) ένας δέκτης είναι εγκατεστηµένος σε ένα σηµείο αναφοράς, ενώ ο άλλος κινείται 36

37 ΕΙΣΑΓΩΓΗ πάνω σε όχηµα ή πλοίο και µε αδιάλειπτη παρακολούθηση των δορυφόρων, προσδιορίζει κάθε 1 έως 10 δευτερόλεπτα τη θέση του. Χρησιµοποιείται σε αποτυπώσεις οδικών δικτύων, υδρογραφικές αποτυπώσεις, αεροτριγωνισµούς χωρίς φωτοσταθερά. Σχήµα Μέθοδοι µέτρησης µε GPS Χρησιµοποίηση της πυξίδας laser ( Laser compass) σε κλειστό ουρανό Σε κλειστό ουρανό π.χ. σε συστάδες µε πυκνή συγκόµωση όπου είναι αδύνατη η λήψη του σήµατος από τους δορυφόρους προτείνεται η χρήση της πυξίδας laser (Laser compass). Η αρχή και το τέλος τον σηµείων που µετρούνται µε το Laser compass βρίσκονται σε ανοικτό ουρανό και µετρούνται µε DGPS. Τα 37

38 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ενδιάµεσα σηµεία που βρίσκονται σε κλειστό ουρανό µετρούνται µε το Laser compass και στην συνέχεια µε την βοήθεια κατάλληλου λογισµικού οι συντεταγµένες που έχουν µετρηθεί µε το Laser compass προσαρµόζονται στα σηµεία της αρχής και του τέλους που έχουν µετρηθεί µε DGPS. (Σχήµα ) T A Σχήµα Προσαρµογή των µετρήσεων µε πυξίδα laser στα αρχικά σηµεία µετρηµένα µε DGPS Ένα σύστηµα πυξίδας laser είναι το MDL Laser Ace 300. (Εικόνα ) Το Laser Ace 300 είναι ένα υψηλής απόδοσης λέιζερ χειρός χωρίς πρίσµα λέιζερ σύστηµα µέτρησης. Το Laser Ace µπορεί να µετρήσει αποστάσεις µέχρι 300m καθώς και υψόµετρα και ύψη µε τη µέθοδο του ολοκληρωµένου ψηφιακού κλισίµετρου. 38

39 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Με την χρήση ανακλαστήρα µπορούµε να µετρήσουµε αποστάσεις έως και 5 χιλιόµετρα. Το LaserAce 300 µπορεί να αναβαθµιστεί σε 3D µε την προσθήκη είτε fluxgate ψηφιακή πυξίδα και / ή την οριζόντια γωνία κωδικοποιητή. Το LaserAce 300 ενσωµατώνει πολλές µοναδικές εσωτερικές λειτουργίες του υπολογιστή για εφαρµογές όπως η τοπογραφία, την αποθήκευση των µετρήσεων, διατοµές και υδρογραφικά τοπογράφηση. Εικόνα Πυξίδα laser MDL Laser Ace ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ Η ανάπτυξη των Η/Υ και της πληροφορικής, είχε ανατρεπτικές επιπτώσεις στον τοµέα της τεχνικής σχεδίασης. Τα ψηφιακά σχέδια δεν φθείρονται, δεν αλλοιώνεται η γεωµετρία τους και η επεξεργασία-διαχείρισή τους γίνεται εύκολα και µε µικρό κόστος. 39

40 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τρισδιάστατο σχέδιο Το τρισδιάστατο σχέδιο περιλαµβάνει το αξονοµετρικό και προοπτικό. Το τρισδιάστατο αξονοµετρικό διακρίνεται σε ισοµετρικό και πλάγιας προβολής ( ούκας 2002) 1.Τρισδιαστατο αξονοµετρικό σχέδιο Με τη µέθοδο των ορθών προβολών παριστάνεται, όπως αναφέρθηκε, η µορφή ενός αντικειµένου. Το σχέδιο που γίνεται µε ορθές προβολές δίνει όλα τα στοιχεία του αντικειµένου µε ακρίβεια και σαφήνεια επειδή διατηρούν την µετρητική τους δυνατότητα αλλά για να καταλάβει κανείς ένα τέτοιο σχέδιο, πρέπει να είναι ειδικός και να γνωρίζει τεχνικό σχέδιο. 2. Ισοµετρικό σχέδιο Στο ισοµετρικό οι κλίµακες στους τρεις άξονες είναι ίδιες και έτσι διατηρούν τις σχετικές αναλογίες. 3. Πλάγια προβολή Στην πλάγια προβολή η πρόσοψη του αντικειµένου σχεδιάζεται µε ορθές προβολές και οι άλλες όψεις του µε πλάγιες προβολές και γωνία 30 ή 45. Η πρόσοψη του σχεδίου της πλάγιας προβολής είναι η ίδια µε την πρόσοψη του αντικειµένου που σχεδιάζεται µε ορθές προβολές, µόνο όταν η πρόσοψη του αντικειµένου βρίσκεται σ' ένα επίπεδο που είναι παράλληλο µε το επίπεδο προβολής. 40

41 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Όταν η πρόσοψη του αντικειµένου βρίσκεται σε περισσότερα επίπεδα, τότε πρέπει η σχεδίαση να αρχίσει από το πιο κατάλληλο επίπεδο, ώστε να ολοκληρωθεί το σχέδιο γρήγορα και εύκολα. Με τη σχεδίαση της πλάγιας προβολής φαίνονται δύο περιπτώσεις σχεδίων: 1. Σχεδίαση των γραµµών βάθους µε γωνία 45 από το οριζόντιο επίπεδο και µε κλίµακα 1:1 2. Σχεδίαση των γραµµών Βάθους στο µισό (1/2) µήκος από το πραγµατικό και µε γωνία 30 ή 45 από το οριζόντιο επίπεδο Οι δύο µέθοδοι εικονογραφικής παράστασης των αντικειµένων στον τρισδιάστατο χώρο, δηλαδή η ισοµετρική και η πλάγια προβολή, είναι το ίδιο ικανοποιητικές. Η εκλογή της πιο κατάλληλης για την εικονογραφική παράσταση εξαρτάται από τη σύνθεση των στοιχείων του αντικειµένου και από τον τρόπο εµφάνισης τους 4. Προοπτικό σχέδιο Το προοπτικό σχέδιο βασίζεται στον τρόπο µε τον οποίο οι γραµµές φαίνονται να συγκλίνουν σταδιακά σε κάποιο σηµείο, καθώς αποµακρύνονται από µας και τελικά εξαφανίζονται σε κάποιο σηµείο ή σηµεία. Για παράδειγµα, αν σταθούµε σε ένα αυτοκινητόδροµο, τότε θα δούµε ότι αυτός στενεύει σταδιακά και καταλήγει σε κάποιο µακρινό σηµείο. 41

42 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αυτόµατη σχεδίαση µε CAD To AutoCAD είναι το πιο συνηθισµένο πακέτο σχεδίασης µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή για τη δηµιουργία, µεταβολή και παρουσίαση ενός σχεδίου. Ο όρος CAD προκύπτει από τα αρχικά των αγγλικών λέξεων Computer Aided Design. Στη δεκαετία του 1980 εµφανίσθηκαν τα πρώτα προγράµµατα τεχνικού σχεδίου που έτρεχαν στο λειτουργικό σύστηµα DOS (AutoCAD). Οι εντολές για αποστήθιση ήταν πολλές µε αποτέλεσµα να είναι δύσχρηστο. Η εµφάνιση των Windows µε πίνακες επιλογών (µενού) διευκόλυνε τη χρήση του και έδωσε νέες σχεδιαστικές δυνατότητες. Παράλληλα µε το AutoCAD, κάποιες εταιρείες µεταξύ αυτών και Ελληνικές ανέπτυξαν προγράµµατα που εργάζονται για την απόδοση σε περιβάλλον CAD, ιδιαίτερα στην τρισδιάστατη σχεδίαση και σε τοπογραφικές εφαρµογές. Οι εντολές σχεδίασης δίνονται από τον πίνακα επιλογών της οθόνης, που ενεργοποιούνται µε τη βοήθεια συσκευών επιλογής, δηλαδή του ποντικιού (mouse) ή µε ειδικό στυλό σε πινακίδα ψηφιακής µετατροπής (digitizing tablet). Η επιλογή γίνεται µε έντονο τονισµό της εντολής του πίνακα στην οθόνη µε τη βοήθεια του δροµέα. Στο κάτω τµήµα της οθόνης υπάρχει η γραµµή εντολών (command line) που χρησιµοποιείται για να πληκτρολογούνται οι εντολές του προγράµµατος, προκειµένου να δώσουν χαρακτηριστικά κάποιου αντικειµένου ή σηµείου, π.χ. τις συντεταγµένες του, αλλά και για να πραγµατοποιείται διάλογος µεταξύ χρήστη και υπολογιστή (λογισµικό). Έτσι µπορούµε να σχεδιάσουµε γραµµές, κύκλους, σηµεία, καµπύλες, εφαπτόµενες, να σχεδιάσουµε γεωµετρικές κατασκευές, να µεγεθύνουµε και να διορθώσουµε ένα κοµµάτι ή όλο το σχέδιο. Ακόµη µπορούµε να µετατοπίσουµε τα σχήµατα µέσα στο 42

43 ΕΙΣΑΓΩΓΗ σχέδιο, να αντιγράψουµε κάποια σχήµατα, να σχεδιάσουµε προοπτικά, να αυτοσχεδιάσουµε σύµβολα, να δηµιουργήσουµε περιθώρια και υποµνήµατα, να οργανώσουµε τα διάφορα σχέδια σε στρώµατα ή επίπεδα (layers) και να σχεδιάσουµε τρισδιάστατα και τοπογραφικά σχέδια. Τα βασικά στοιχεία ενός συστήµατος CAD είναι: 1. Εισαγωγή ψηφιοποιηµένων δεδοµένων, µε τη βοήθεια ψηφιοποιητών, σαρωτών ή µε κατευθείαν εισαγωγή δεδοµένων µε πληκτρολόγηση. 2. Αποθήκευση δεδοµένων σε µια βάση δεδοµένων µε τη Βοήθεια µαγνητικών µέσων (δισκέτες, CD). 3. Επεξεργασία δεδοµένων µε την βοήθεια αλγορίθµων, την παρουσίαση του σχεδίου στην οθόνη µε δυνατότητα στο χρήστη να επιφέρει αλλαγές 4. Παρουσίαση αποτελεσµάτων σε σχεδιογράφο, εκτυπωτή και οθόνη υψηλής ανάλυσης. ( ούκας 2002) Ο σχεδιαστικός χώρος του AutoCAD είναι ένα επίπεδο απείρων διαστάσεων, µε δυνατότητα µεγέθυνσης ή σµίκρυνσης τµήµατος του χώρου αυτού, που θέλουµε να επεξεργαστούµε. Έτσι δεν είναι αναγκαία η χρήση κλίµακας σχεδίασης, γιατί δηµιουργούνται στις πραγµατικές διαστάσεις 1:1. Η κλίµακα µας απασχολεί µόνο στην απόδοση (εκτύπωση ή σχεδίαση), προκειµένου να δώσουµε στο πρόγραµµα τις διαστάσεις του χαρτιού σχεδίασης. Για την απόδοση αντιστοιχούµε τις αυθαίρετες σχεδιαστικές µονάδες του προγράµµατος µε την επιθυµητή µονάδα που χρησιµοποιήθηκε στο σχέδιο. Έστω, ότι η µονάδα αυτή είναι το µέτρο και θέλουµε να εκτυπώσουµε σε κλίµακα 1: 500. Τότε στην περιοχή Drawing Units γράφουµε 500 και στην περιοχή Custom γράφουµε 1000 (

44 ΕΙΣΑΓΩΓΗ χιλιοστά = 1 µέτρο). Αυτό σηµαίνει ότι τις 500 σχεδιαστικές µονάδες θα τις εκτυπώσει στο χαρτί ένα µέτρο. Ένα πρόβληµα που παρουσιάζεται είναι η συµβατότητα ανάµεσα στα διάφορα συνεργαζόµενα συστήµατα. Έτσι δηµιουργήθηκαν προδιαγραφές τυποποίησης των δεδοµένων που από τα περισσότερο γνωστά είναι τα IGES (Initial Graphical Exchange Specification), DXF (Autodesk), DGN (Intergraph), HP-GL (Hewllett Packard) κ,λπ. Η είσοδος των σαρωτών στη σχεδιαστική διαδικασία οδήγησε το λογισµικό των CAD να υποστηρίζει,εκτός από την διανυσµατική και την ψηφιδωτή µορφή δεδοµένων (raster format).( Κάππος 2000) Το AutoCAD 2008 Το AutoCAD 2008 είναι ένα πρόγραµµα γενικής σχεδίασης. Με την χρήση του µπορούν να δηµιουργηθούν τεχνικά σχέδια κάθε τύπου εύκολα, γρήγορα και µε απόλυτη ακρίβεια. Ο σχεδιασµός γίνεται σε δύο ή τρεις διαστάσεις, παρέχεται η δυνατότητα δηµιουργίας προοπτικά µε φωτισµό υλικά και κίνηση µε πάρα πολύ καλά αποτελέσµατα. Η νέα έκδοση ενσωµατώνει πολλές βελτιώσεις. Η τρισδιάστατη σχεδίαση µε την χρησιµοποίηση του προγράµµατος AutoCAD γίνετε εύκολα και γρήγορα µε την χρησιµοποίηση των δυνατοτήτων που παρέχει. 44

45 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα Επιφάνεια εργασίας AutoCAD

46 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το περιβάλλον του προγράµµατος είναι συγχρονισµένο µε το περιβάλλον των Windows ώστε να είναι φιλικό και εύκολο στην χρήση για τον χρήστη. Το σύνολο των εντολών για την τρισδιάστατη σχεδίαση είναι σε µορφή εικονιδίων πράγµα που καθιστά το AutoCAD εύχρηστο, απλό στην εκµάθηση ενώ µειώνει σηµαντικά τον χρόνο εργασίας. Η εξαγωγή των αποτελεσµάτων γίνεται σε πολλούς διαφορετικούς τύπους αρχείων ενώ παρέχεται και η δυνατότητα απευθείας εκτύπωσης των αποτελεσµάτων από εκτυπωτή ή PLOTER. Η δυνατότητα δηµιουργίας τρισδιάστατου µοντέλου σε πολλαπλά διάφανα φύλλα (layers) κάνει δυνατή και εύκολη την σχεδίαση µεγάλων και συνθέτων τρισδιάστατων µοντέλων. Οι βελτιώσεις στη νέα έκδοση αφορούν τόσο την σχεδίαση σε 2D όσο και την τρισδιάστατη σχεδίαση. Οι νέες βελτιώσεις της έκδοσης 2008 είναι: 1. Απλούστερο, εργονοµικότερο και παραγωγικότερο περιβάλλον εργασίας. 2. Μείωση του µεγέθους των αρχείων, ταχύτερο φόρτωµά τους. 3. Το Express Tools ενσωµατωµένα στο κυρίως πρόγραµµα. 4. Υποστήριξη true color και σε κοινές εκτυπώσεις. 5. Βαθµιδωτή σκίαση (gradient fills), ακόµη και σαν hatch. 6. Βελτιώσεις ασφάλειας (κωδικός προστασίας & ψηφιακή υπογραφή). 7. Συγγραφή κειµένου µε πλήρη έλεγχο µορφοποίησης. 8. Αρχεία DWF πολλαπλών φύλλων σχεδίου. 9. Προηγµένα εργαλεία διαχείρισης. 46

47 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ, ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2.1. ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ Ως περιοχή έρευνας επιλέχτηκαν οι κτιριακές εγκαταστάσεις του δασοπονικού κήπου της σχολής ασολογίας και φυσικού περιβάλλοντος (Εικόνα ) στην περιοχή του Φοίνικα Θεσσαλονίκης.Τον Αύγουστο του 1981 θεµελιώθηκαν για πρώτη φορά οι νέες χωριστές κτιριακές εγκαταστάσεις στην έκταση που υπάρχει στο δασοπονικό κήπο στο Φοίνικα µε συνολική στεγασµένη επιφάνεια τ.µ. στα πέντε (5) κτίρια. Τον Μάρτιο του 1991 εγκαινιάστηκε η λειτουργία των νέων κτιριακών εγκαταστάσεων Εικόνα ορυφορική φωτογραφία κτιριακών εγκαταστάσεων της σχολής ασολογίας και φυσικού περιβάλλοντος στον Φοίνικα. Πηγή: Google Earth 47

48 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σχήµα Χάρτης της περιοχής των εγκαταστάσεων της σχολής δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος στον Φοίνικα. Πηγή: Google Map 48

49 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2.2. ΥΛΙΚΑ Για την πραγµατοποίηση της διατριβής χρησιµοποιήθηκαν τα παρακάτω υλικά: I. Γεωδαιτικός σταθµός (total station): Leica TC 805 για εξάρτηση εκεί που δεν υπήρχε σήµα του GPS. (Εικόνα ) II. Γεωδαιτικός δέκτης GPS: Topcon Hiper Pro για µέτρηση συντεταγµένων κτιρίων.( Εικόνα ,Εικόνα ) III. Σχεδιαστικό πρόγραµµα AutoCAD 2008 IV. Τοπογραφικά σηµεία εξάρτισης της ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε. (Σχήµα ) V. Επισήµανση των σηµείων της όδευσης Φοίνικα του Εργαστηριού Μηχανικών Επιστηµών και Τοπογραφίας. (Σχήµα ) Γεωδαιτικός Σταθµός (Total Station) Ο Γεωδαιτικός σταθµός (total station) που χρησιµοποιήθηκε για την εύρεση των συντεταγµένων των σηµείων όπου το GPS δεν είχε σήµα, είναι ο Leica TC 805. Το ΤC805 είναι ειδικά κατάλληλο για τοπογραφικές εργασίες, εργασίες οικοδόµησης και κατασκευής, εστιάζοντας στον καθορισµό όγκων και χαράξεων, εργασίες ταχυµετρίας µε γρήγορες και εύκολες εγκαταστάσεις κωδικοποίησης. Η ακρίβεια της γωvιακής µέτρησης και το πεδίο και ακρίβεια του ΕDΜ είναι ταυτόσηµα το ένα µε το άλλο. Η µετρήσιµη πληροφορία µπορεί να αποθηκευτεί στην εσωτερική µνήµη ή µπορεί να µεταφερθεί µέσω της σειριακής εξόδου σε ένα εξωτερικό καταγραφέα. 49

50 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Εικόνα Γεωδαιτικός σταθµός Leica TC Γεωδαιτικός έκτης GPS Ο Γεωδαιτικός δέκτης GPS που χρησιµοποιήθηκε για τον αδροµερή έλεγχο των συντεταγµένων των σηµείων της όδευσης 50

51 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ και για την αποτύπωση των κτιρίων είναι ο Hiper Pro της εταιρίας TOPCON. Το σύστηµα Hiper Pro της Topcon αποτελεί την επανάσταση στην τεχνολογία των γεωδαιτικών δεκτών GPS. Η καινοτοµία του συστήµατος που εντοπίζεται στην απόλυτη χρήση της ασύρµατης τεχνολογίας σε όλα τα τεχνικά του µέρη, το καθιστούν ως το πιο κατάλληλο και εύχρηστο σύστηµα της αγοράς για εφαρµογές πραγµατικού χρόνου RTK. Τόσο ο σταθµός βάσης (base) όσο και ο κινητός σταθµός (rover) Hiper Pro, διαθέτουν ενσωµατωµένο UHF radio modem, µε αποτέλεσµα την πλήρη απαλλαγή του συστήµατος από καλώδια. Μερικά από τα εξέχοντα χαρακτηριστικά και τα πλεονεκτήµατα του συστήµατος Hiper Pro είναι τα παρακάτω: Πλήρως απαλλαγµένο από καλώδια σύστηµα Απλή και γρήγορη διαδικασία στησίµατος και λειτουργίας Ο σταθερός (base) δέκτης µπορεί να χρησιµοποιηθεί και σαν κινητός (rover) Ενσωµατωµένο UHF radio modem και στους δύο δέκτες Εξελιγµένη τεχνολογία Free Channel Scan για τον αυτόµατο εντοπισµό παρεµβολών και την εναλλαγή σε ελεύθερο κανάλι Καινούρια, εξελιγµένη τεχνολογία πλακέτας Euro 112 Turbo board 51

52 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Εικόνα Το σύστηµα Hiper Pro: ο σταθερός (base) δέκτης και ο κινητός δέκτης (rover) Εικόνα Χειριστήριο πεδίου του συστήµατος Hiper Pro 52

53 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του συστήµατος παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα (ΠΙΝΑΚΑΣ ) : ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας τεχνικών χαρακτηριστικών συστήµατος Hiper Pro Κανάλια παρακολούθησης δορυφόρων Ακρίβεια εντοπισµού Παροχή ρεύµατος 40 L1 GPS (20 GPS L1+L2 τις µέρες Cinderella), 20 GPS L1+L2 (GD), 20 GPS L1+GLONASS (GG), 20 GPS L1+L2+GLONASS (GGD) Στατικός: Οριζ:3mm+0.5ppm Υψοµ:5mm+0.5ppm RTK: Οριζ:10mm+1ppm Υψοµ:15mm+1ppm 2 ενσωµατωµένες µπαταρίες Λιθίου 14+ ωρών συνεχούς λειτουργίας RTK Θύρα για εξωτερική παροχή 6-28Volts DC Κατανάλωση <4.2Watts Χαρακτηριστικά κεραίας GPS/GLONASS, ενσωµατωµένη UHF κεραία Χαρακτηριστικά radio modem Ενσωµατωµένο TX/RX UHF modem (1.0W/0.25W, επιλέξιµο) Ασύρµατη επικοινωνία Bluetooth version 1.1 Θύρες επικοινωνίας Εσωτερική µνήµη Ρυθµός καταγραφής µετρήσεων Format διαφορικών διορθώσεων Περιβαλλοντολογικές συνθήκες λειτουργίας ιαστάσεις 2 x RS232 Έως 1GB Έως 20Hz RTCM v.2.1,2.2,2.3,cmr,cmr+ -30 C έως +55 C, αδιάβροχο (159 x 172 x 88)mm Βάρος 1.65kgr 53

54 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Το σύστηµα χρησιµοποιεί το λογισµικό TopSURV το οποίο έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Ελληνικό Μενού ιαλόγων Εργασία µε γραµµές - Πολύγωνα Χάραξη σηµείων βάση νέων παραµέτρων (σχεδίαση στην οθόνη καισταθερά ή Χ.Θ. και παράλληλη µετατόπιση για σηµείωση) Εµφάνιση των σηµείων που έχουν χαραχθεί παραπλεύρως µε τα απλάσηµεία αποτύπωσης ιαχωρισµός των παρατηρήσεων ανάλογα µε ποιο όργανο ελήφθησαν. Μενού για τις λεπτοµέρειες του MmGPS Χάραξη ψηφιακού µοντέλου εδάφους (DTM) Χάραξη µελέτης Οδοποιίας µε χρήση RTK Υποστήριξη άλλων γεωδαιτικών σταθµών (Leica, Sokkia) Επέκταση στις δυνατότητες Εισαγωγής - Εξαγωγής αρχείων. Εισαγωγή - Εξαγωγή λίστας σηµείων Εισαγωγή αρχείου Land XML σε TN3 Εισαγωγή - Εξαγωγή από TN3 από/σε DWG / DXF. Εισαγωγή οντοτήτων από Land XML υνατότητα εισαγωγής συγκεκριµένων στοιχείων από αρχείο LAND XML. Περαιτέρω επεξεργασία στο γραφείο για µετρήσεις RTK (GPS) υνατότητα εισαγωγής CODE στον σταθµό Base (GPS) Υποστήριξη πολλαπλών θυρών επικοινωνίας 54

55 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σχεδιαστικό Πρόγραµµα AutoCAD 2008 Το AutoCAD 2008 είναι ένα πρόγραµµα γενικής σχεδίασης. Με την χρήση του µπορούν να δηµιουργηθούν τεχνικά σχέδια κάθε τύπου εύκολα, γρήγορα και µε απόλυτη ακρίβεια. Ο σχεδιασµός γίνεται σε δύο ή τρεις διαστάσεις, παρέχεται η δυνατότητα δηµιουργίας προοπτικά µε φωτισµό υλικά και κίνηση µε πάρα πολύ καλά αποτελέσµατα. Η νέα έκδοση ενσωµατώνει πολλές βελτιώσεις. Tο AutoCAD είναι το παγκόσµιο πρότυπο στα CAD προγράµµατα. Η τρισδιάστατη σχεδίαση µε την χρησιµοποίηση του προγράµµατος AutoCAD γίνεται εύκολα και γρήγορα µε την χρησιµοποίηση των δυνατοτήτων που παρέχει. Το περιβάλλον του προγράµµατος είναι συγχρονισµένο µε το περιβάλλον των Windows ώστε να είναι φιλικό και εύκολο στην χρήση για τον χρήστη. Το πρόγραµµα έχει την δυνατότητα επεξεργασίας ενός µεγάλου αριθµού στοιχείων για την δηµιουργία τρισδιάστατων µοντέλων ενώ µπορούµε να εισαγάγουµε στοιχεία σχεδόν σε όλους τους γνωστούς τύπους αρχείων ενδεικτικά αναφέρονται : DWG, DXF, TXT, XYZ, TIFF, JPEG. Το Autocad έχει µεγάλες δυνατότητες φωτορεαλισµού του τρισδιάστατου µοντέλου ενώ µπορεί να δηµιουργήσει σκιές υπολογίζοντας την θέση του ηλίου ανάλογα µε το γεωγραφικό πλάτος και µήκος που του εισάγει ο χρήστης. Το τρισδιάστατο µοντέλο που δηµιουργείτε µε το AutoCAD έχει τις πραγµατικές συντεταγµένες τις περιοχής και για αυτό υπάρχει η δυνατότητα τοποθέτησης κάµερας για την εξαγωγή εικόνας θέσης θέας από επιλεγµένο σηµείο το οποίο µπορούµε να ορίσουµε µε συντεταγµένες. Το πρόγραµµα έχει επίσης την δυνατότητα εξαγωγής βίντεο µιας, ορισµένης µε συντεταγµένες από τον χρήστη, διαδροµής µέσα στο τρισδιάστατο µοντέλο. 55

56 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Τοπογραφικά σηµεία έλεγχου από τη εταιρία του Κτηµατολογίου Τα σηµεία αυτά ανήκουν στο δίκτυο των τοπογραφικών σηµείων έλεγχου της ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε. και χρησιµοποιήθηκαν για να γίνει ο αδροµερής έλεγχος των σηµείων της όδευσης. Οι συντεταγµένες των σηµείων είναι στο σύστηµα ΕΓΣΑ 87 Σχήµα Σχήµα εξάρτησης όδευσης από το δελτίο τοπογραφικού σηµείου ελέγχου κτηµατολογίου 56

57 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2.3. ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Για να εκπληρωθούν ο σκοπός και οι στόχοι της διατριβής ακολουθήθηκε συνοπτικά η παρακάτω διαδικασία: 1. Έλεγχος της όδευσης : Αδροµερής έλεγχος των σηµείων της όδευσης µε GPS. Έλεγχος και σύγκριση των αποτελεσµάτων. 2. Αποτύπωση των κτιρίων : Αποτύπωση µε GPS. Αποτύπωση µε γεωδαιτικό σταθµό στα σηµεία όπου το GPS δεν είχε σήµα. 3. Εισαγωγή των αποτελεσµάτων στο AutoCAD και παραγωγή του τρισδιάστατου µοντέλου Έλεγχος της όδευσης Για τον έλεγχο της ακρίβειας και των επιτρεπτών σφαλµάτων της όδευσης έγινε επίλυση της όδευσης σύµφωνα µε τα θεωρήµατα της τοπογραφίας και σύγκριση των αποτελεσµάτων µε τα αποτελέσµατα των µετρήσεων που πραγµατοποιήθηκαν µε το γεωδαιτικό GPS Αδροµερής έλεγχος των σηµείων της όδευσης µε GPS. Η διαδικασία του αδροµερούς ελέγχου των σηµείων της όδευσης µε το γεωδαιτικό GPS έχει ως εξής : Σε σηµείο µε γνωστές συντεταγµένες τοποθετήθηκε ο σταθερός δέκτης (base). 57

58 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Μετά το πέρας 20 λεπτών, ώστε ο δέκτης να εντοπίσει τους δορυφόρους που υπήρχαν στην περιοχή, εισήχθησαν οι συντεταγµένες του σηµείου µε το χειριστήριο πεδίου επιλέγοντας το λογισµικό "TOPSURV". Εντοπίστηκαν οχτώ (8) δορυφόροι µε κατανοµή περιµετρικά της περιοχής, γεγονός που δίνει ακρίβεια στις µετρήσεις. Στη συνέχεια ο κινητός δέκτης (rover) τοποθετήθηκε σε κοντάρι ύψους 2 µέτρων. Για τον υπολογισµό των συντεταγµένων των υπόλοιπων σηµείων κάθε φορά τοποθετούνταν ο κινητός δέκτης στο σηµείο του σηµείου και χρησιµοποιώντας το χειριστήριο πεδίου µε εντολή του λογισµικού "TOPSURV" εισάγονταν οι συντεταγµένες κάθε σηµείου. Στη συνέχεια έγινε η εξαγωγή της λίστας των σηµείων σε αρχείο TXT και DXF το οποίο αναγνωρίζετε από το πρόγραµµα AutoCAD Έλεγχος και σύγκριση των αποτελεσµάτων Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων τόσο µε το GPS όσο και µε τον γεωδαιτικό σταθµό συγκρίθηκαν και ελέγχτηκαν για σφάλµατα µε βάση τα παρακάτω θεωρήµατα: 1. Στοιχεία θεωρίας σφαλµάτων Υπάρχουν πολλές αιτίες που επιδρούν στη µµέτρηση ενός µµεγέθους, έτσι ώστε, η ευρεθείσα τιµή να µη ταυτίζεται µε την αληθινή. Οι πηγές των σφαλµάτων αποδίδονται στις ατέλειες των χρησιµοποιουµένων οργάνων, δια των οποίων γίνονται οι µµετρήσεις ή παρατηρήσεις, στις µµεταβολές συνθηκών περιβάλλοντος (ατµοσφαιρική διάθλαση, διαστολές-συστολές κλπ), στις ατέλειες των αισθήσεων του παρατηρητή (κυρίως της όρασης). 58

59 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ιακρίνονται τρεις κατηγορίες σφαλµάτων: α. χονδροειδή σφάλµατα τα οποία προέρχονται συνήθως από απροσεξία ή απειρία του παρατηρητή. Αυτά συνήθως έχουν µεγάλη τιµή γι' αυτό είναι εύκολο να εντοπισθούν και να εξαλειφθούν, επαναλαµβάνοντας τη µµέτρηση του µεγέθους. β. συστηµατικά σφάλµατα προέρχονται από σφάλµατα των χρησιµοποιουµένων οργάνων. Περιορισµός του µεγέθους των συστηµατικών σφαλµάτων γίνεται µε τον έλεγχο των οργάνων πριν και µετά τις µετρήσεις. Στη περίπτωση που µετράται ένα µέγεθος τµηµατικά, το συστηµατικό σφάλµα του µεγέθους θα είναι ίσο µε το άθροισµα των συστηµατικών σφαλµάτων που προκύπτουν στις µµετρήσεις κάθε τµήµατος. γ. τυχαία σφάλµατα των οποίων η πηγή και η προέλευση είναι γενικά άγνωστη, ακολουθούν τις µετρήσεις χωρίς να είναι δυνατή η αποφυγή τους. Γενικά σφάλµα θεωρείται κάθε ακούσια απόκλιση από την εξ αντικειµένου αληθινή τιµή. Κανόνας είναι να αυξάνεται το πλήθος των µετρήσεων και να εκτελείται αριθµός προσδιορισµών µεγαλύτερος από εκείνον, που απαιτούν οι µαθηµατικές ανάγκες της λύσης. Η µέθοδος αυτή βελτιώνει τα αποτελέσµατα, αλλά ταυτόχρονα πρέπει να απαιτηθούν τρία βασικά ερωτήµατα. α. από το σύνολο των µµετρήσεων ποια θα είναι η τιµή που πρέπει να επιλεχθεί σαν τιµή του µεγέθους. β. ποια η ακρίβεια των µετρήσεων που έγιναν. γ. ποια η ακρίβεια του αποτελέσµατος, που έχει επιτευχθεί 59

60 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Τα παραπάνω αποτελούν αντικείµενο της Θεωρίας Σφαλµάτων. Εδώ θα αναπτυχθούν βασικές έννοιες απαραίτητες για τις Τοπογραφικές εργασίες. Τις µετρήσεις ενός µεγέθους τις διακρίνουµε σε ισοβαρείς και ανισοβαρείς. Ισοβαρείς είναι οι µετρήσεις που έχουν γίνει από τον ίδιο παρατηρητή, µε το ίδιο όργανο και τις ίδιες συνθήκες περιβάλλοντος. Ανισοβαρείς είναι οι µετρήσεις που έχουν γίνει ή από διαφορετικούς παρατηρητές, ή µε άλλο όργανο, ή µε άλλες συνθήκες περιβάλλοντος κλπ. 2. Πιθανότερη τιµή - Κατανοµή των σφαλµάτων Η πιθανότερη τιµή µιας σειράς µετρήσεων είναι η τιµή που προσεγγίζει περισσότερο την πραγµατική. Από τη θεωρία των ελαχίστων τετραγώνων προκύπτει ότι η πιθανότερη τιµή µεγέθους είναι ίση µε τον µέσο όρο των αποτελεσµάτων της σειράς των µετρήσεων, δηλαδή για ισοβαρείς µετρήσεις 1ι, 1 2,..., 1 χωρίς συστηµατικό σφάλµα κάποιου µεγέθους, που είναι άγνωστη η αληθής τιµή Χ, η πιθανότερη τιµή του µεγέθους αυτού είναι: L = (l 1 + l l n )/n Όσο ο αριθµός των µετρήσεων n αυξάνει, τόσο η πιθανή τιµή L πλησιάζει την αληθή τιµή Χ. Οι διαφορές ει = Χ - l b ε 2 = Χ - 1 2,., ε n = Χ - 1 Π ονοµάζονται αληθή σφάλµατα και συµβολίζονται µε ε, ενώ οι διαφορές υ 1 = L l 1, υ 2 = L -1 2,..., υ π = L - 1 η (2) ονοµάζονται φαινοµενικά ή αριθµητικά σφάλµατα ή απλά σφάλµατα και 60

61 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ συµβολίζονται µε υ. Αν προσθέσουµε τις σχέσεις 2 κατά µέλη και λάβουµε υπόψη την σχέση 1 προκύπτει ότι το άθροισµα των υ = (υ) = n x L - (η x L) = 0, που σηµαίνει ότι άλλα σφάλµατα είναι θετικά, άλλα αρνητικά έτσι ώστε να αλληλοεξουδετερώνονται. Εάν ο αριθµός των παρατηρήσεων τείνει στο άπειρο, τότε έχουµε τον ίδιο αριθµό θετικών και αρνητικών σφαλµάτων, που σηµαίνει µια συµµετρική κατανοµή των σφαλµάτων σύµφωνα µε τον νόµο του Gauss. To πλήθος των σφαλµάτων σε σχέση µε το µέγεθος του σφάλµατος, ακολουθεί την κωνοειδή καµπύλη του Gauss. Έτσι το πλήθος των µικρών σφαλµάτων είναι µεγαλύτερο του πλήθους των µεγάλων. Υπάρχει δηλαδή µεγαλύτερη πιθανότητα να εµφανισθεί µικρό σφάλµα από ένα µεγάλο. 3. Κριτήρια ακρίβειας µιας σειράς µετρήσεων Μετά τον προσδιορισµό της πιθανότερης τιµής µιας σειράς µετρήσεων (παρατηρήσεων), προκύπτει το ερώτηµα της εκτίµησης του σφάλµατος, που έγινε κατά τον προσδιορισµό. Το σφάλµα είναι κριτήριο εκτίµησης του βαθµού ακρίβειας µιας σειράς µετρήσεων ή αν µια σειρά µετρήσεων είναι ακριβέστερη άλλης. Για τον σκοπό αυτό χρησιµοποιούνται τρία κριτήρια: Α) Το κριτήριο του µέσου αριθµητικού σφάλµατος µ α. Μέσο αριθµητικό σφάλµα µιας σειράς µετρήσεων, ορίζεται το πηλίκο του αθροίσµατος των απολύτων τιµών των αριθµητικών (φαινοµενικών) σφαλµάτων υ 1, υ 2,..., υ n µε τον αριθµό των µετρήσεων: µα = ± (υ) / n. 61

62 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Β) Το κριτήριο του µέσου πιθανού σφάλµατος µ π. 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 µ π. Στην περίπτωση που το πλήθος είναι άρτιο, σαν µέσο πιθανό σφάλµα παίρνεται το ηµιάθροισµα των δύο µεσαίων διαφορών. Γ) To κριτήριο του µέσου τετραγωνικού σφάλµατος µ τ. Αν ε είναι οι αληθείς διαφορές n παρατηρήσεων τότε το µέσο τετραγωνικό σφάλµα είναι ίσο µε: µ τ = ± {(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: µ τ = ± {(εε) / n} 0,5 = ± {(υυ) / (n-1)} 0,5 Παράλληλα οι παρακάτω προσεγγιστικές σχέσεις βοηθούν στον έλεγχο των κριτηρίων, όταν αυτά αλληλοαναιρούνται: µ α =4/5 x µ τ και µ π =2/3 x µ τ. Παρατηρούµε ότι κατά το πρώτο κριτήριο οι σειρές είναι το ίδιο ακριβείς, κατά το δεύτερο η πρώτη σειρά και κατά το τρίτο η δεύτερη. Από τις προσεγγιστικές όµως σχέσεις βλέπουµε ότι ισχύουν καλύτερα για την δεύτερη σειρά την οποία και θεωρούµε ακριβέστερη. Άλλωστε η διασπορά των τιµών υ είναι µεγαλύτερη στην πρώτη και δεν κατανέµεται κανονικά. Άρα η τιµή 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 62

63 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ (µεγαλύτερο) των άλλων κριτηρίων. Οι αντίστοιχες προσεγγιστικές σχέσεις, που δίνουν το µέγιστο σφάλµα µε πιθανότητα 99,5% είναι: Μ = ± 2,67 x µ τ, Μ = ± 4 x µ π. Αν θέλουµε για πιθανότητα 67%, τότε ± µ τ Αν θέλουµε για πιθανότητα 95,0%, τότε ± 1,96 x µ τ Αν θέλουµε για πιθανότητα 95,5%, τότε ± 2 x µ τ Αν θέλουµε για πιθανότητα 99,7%, τότε ± 3 x µ τ Όταν µια µέτρηση είναι µεγαλύτερη των παραπάνω ορίων θεωρείται ύποπτη και απορρίπτεται Αποτύπωση των κτιρίων Τα τρία στάδια της αποτύπωσης είναι τα εξής : Στοιχεία πεδίου Υπολογισµοί Σχεδίαση Αποτύπωση µε GPS Ο σταθερός δέκτης (base) στήνεται σε ένα γνωστό σηµείο και µετά την πάροδο ενός εικοσαλέπτου και όταν στο λογισµικό TOPSURV του χειριστηρίου πεδίου αναγραφεί η ένδειξη ότι το όργανο έχει πιάσει σήµα από ένα ικανοποιητικό αριθµό δορυφόρων που έχουν την κατάλληλη γεωµετρία, εισάγονται οι συντεταγµένες του σηµείου. Για τον υπολογισµό των συντεταγµένων των σηµείων τις αποτύπωσης κάθε φορά ο κινητός δέκτης (rover) τοποθετείται στο σηµείο και οι συντεταγµένες του καταγράφονται µέσω του λογισµικού TOPSURV στο χειριστήριο πεδίου. Στην αποτύπωση 63

64 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ των κτηρίων ο κινητός δέκτης (rover) τοποθετούνταν στις γωνίες των κτιρίων, στα σκαλοπάτια σε κάθε σκαλί ξεχωριστά και στις γωνίες στην οροφή του κάθε κτιρίου ώστε να συλλεχτούν στοιχεία για το ύψος του κάθε κτιρίου για να γίνει στην συνέχεια η τρισδιάστατη αποτύπωση του. Στα σηµεία στα ο οποία η αποτύπωση των σηµείων ήταν αδύνατη µε το γεωδαιτικό GPS, λόγω έλλειψης σήµατος από τους δορυφόρους η αποτύπωση έγινε µε το γεωδαιτικό σταθµό (total station) µε την µέθοδο που περιγράφετε στο επόµενο κεφάλαιο Αποτύπωση µε γεωδαιτικό σταθµό Κατά την αποτύπωση µε τον γεωδαιτικό σταθµό το όργανο στήνεται σε ένα σηµείο της όδευσης µε γνωστές συντεταγµένες, από το οποίο είναι δυνατή η αποτύπωση των σηµείων που θέλουµε. Αφού γίνει η κέντρωση και η οριζοντίωση, ακολουθεί η διαδικασία του προσανατολισµού σκοπεύοντας το πρίσµα το οποίο είναι τοποθετηµένο σε ένα γνωστό σηµείο και εισάγοντας τις συντεταγµένες του σηµείου που σκοπεύουµε και τους σηµείου στο οποίο είναι στηµένο το όργανο. Στην συνέχεια περιστρέφουµε το όργανο δεξιόστροφα και στοχεύουµε το πρίσµα το οποίο είναι τοποθετηµένο στο σηµείο που θέλουµε να αποτυπώσουµε στην συνέχεια το πρίσµα τοποθετείτε στο επόµενο σηµείο και στοχεύετε µε το όργανο και ούτω κάθε εξής. Αν χρειαστεί να µετακινηθεί το όργανο σε άλλο σηµείο τότε επαναλαµβάνεται η διαδικασία του προσανατολισµού. Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων εξάγονται µέσς υπολογιστή σε αρχείο txt. 64

65 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Εισαγωγή των αποτελεσµάτων στο AutoCAD και παράγωγη του τρισδιάστατου µοντέλου Μετά το πέρας των µετρήσεων έγινε η εξαγωγή των αποτελεσµάτων µέσω υπολογιστή σε αρχείο DXF µια µορφή που αναγνωρίζεται από το σχεδιαστικό πρόγραµµα AutoCAD. Το αρχείο DXF περιείχε όλα τα σηµεία που αποτυπωθήκαν αριθµηµένα µε ένα γράµµα και έναν αριθµό ώστε να είναι εύκολή η κατάταξη τους ανάλογα µε το κτήριο στο οποίο ανήκαν. Στην αρχή ενώθηκαν, χρησιµοποιώντας την εντολή line τα σηµεία του κάθε κτηρίου που πάρθηκαν στην βάση του κάθε κτηρίου δηµιουργώντας έτσι ένα δισδιάστατο σχέδιο που απεικόνιζε κάθε κτήριο ως ένα ξεχωριστό πολύγωνο. Στην συνέχεια χρησιµοποιώντας την εντολή extrude το κάθε δισδιάστατο πολύγωνο σηκώθηκε στον χώρο µέχρι τα σηµεία που είχαν αποτυπωθεί µε το γεωδαιτικό GPS στις ταράτσες των κτηρίων. Έτσι σχηµατίστηκε το τρισδιάστατο µοντέλο εδάφους το οποίο χρωµατίστηκε µε την εντολή hatch. To τρισδιάστατο µοντέλο που δηµιουργήθηκε έχει τις πραγµατικές συντεταγµένες δηλαδή σε οποιοδήποτε σηµείο του µπορούµε να δούµε µέσα από το πρόγραµµα τις συντεταγµένες οι οποίες είναι στο σύστηµα ΕΓΣΑ 87 και είναι οι συντεταγµένες που υπάρχουν πραγµατικά στην περιοχή. Στο τρισδιάστατο µοντέλο στην συνέχεια έγινε φωτορεαλισµός για καλύτερο οπτικό αποτέλεσµα. Χρησιµοποιώντας την δυνατότητα του προγράµµατος, που επιλέγοντας την γεωγραφική θέση,την ώρα και τον µήνα παράγει φωτορεαλιστικές εικόνες του µοντέλου µε την θέση του ήλιου και την σκίαση, δηµιουργήθηκαν εικόνες του τρισδιάστατου µοντέλου των κτιριακών εγκαταστάσεων µε διαφορετική σκίαση και θέση του ήλιου. Στην συνέχεια µε την 65

66 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ εντολή place camera και δίνοντας τις επιθυµητές συντεταγµένες δηµιουργήθηκαν διαφορετικές θέσεις θέας. Ενδεικτικά αναφέρουµε µερικές: από τον δεύτερο όροφο του Γ κτιρίου στο Α κτίριο, από την ταράτσα του Γ κτηρίου πανοραµικά, όλων των εγκαταστάσεων µε νότιο-νοτιοανατολικό προσανατολισµό κ.α. Στην συνέχεια χρησιµοποιώντας την δυνατότητα του προγράµµατος δηµιουργήθηκε βίντεο στο οποίο παρουσιάζεται µια εικονική διαδροµή στο τρισδιάστατο µοντέλο των κτηριακών εγκαταστάσεων. 66

67 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στην συνεχεία παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που περιλαµβάνουν: 1. Τις µετρήσεις µε το γεωδαιτικό GPS 2. Σύγκριση επαλήθευση των αποτελεσµάτων µε την υπάρχουσα όδευση που µετρήθηκε µε γεωδαιτικό σταθµό 3. Τρισδιάστατο µοντέλο των κτιριακών εγκαταστάσεων ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕ GPS ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟ ΣΤΑΘΜΟ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα των µετρήσεων µε το γεωδαιτικό GPS (Πινάκας 3.1-2) και η σύγκριση µε τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από τις µετρήσεις των σηµείων µε τον γεωδαιτικό σταθµό και την επίλυση της όδευσης. (Πινάκας 3.1-5) 67

68 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας συντεταγµένων σηµείων υπάρχουσας όδευσης που µετρήθηκε µε γεωδαιτικό σταθµό ( Αληθής τιµή) ΣΗΜΕΙΑ a/a X Y Z f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f

69 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας συντεταγµένων σηµείων µετρηµένα µε GPS ΣΗΜΕΙΑ a/a X Y Z f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f

70 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Συγκριτικός πίνακας γωνιών διεύθυνσης σηµείων GPS Αληθής τιµής ΑΥΞΩΝ ΑΡΙΘΜΟΣ ΓΩΝΙΩΝ ΓΩΝΙΑ ΙΕΥΘΥΝΣΕΩΣ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ GPS ΓΩΝΙΑ ΙΕΥΘΥΝΣΕΩΣ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ a/a G GPS G Total ΙΑΦΟΡΑ f1f f2f f4f f5f f6f f7f f8f f9f f10f f11f f12f f13f f14f f15f f16f f17f f18f f19f f20f

71 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Από τον παραπάνω πίνακα φαίνεται ότι οι γωνίες διεύθυνσης των σηµείων των οποίων οι συντεταγµένες µετρήθηκαν µε τον γεωδαιτικό σταθµό και επιλύθηκαν µε την διαδικασία της οδεύσεως διαφέρουν από τις γωνίες διευθύνσεων που µετρήθηκαν µε το GPS στην µεγαλύτερη περίπτωση λιγότερο του 1/2 του grad. Αυτό δείχνει ότι οι µετρήσεις µε το GPS έχουν καλή ακρίβεια. ΠΙΝΑΚΑΣ Συγκριτικός πίνακας αποστάσεων σηµείων GPS Αληθής τιµής α/α ΑΠΟΣΤΑΣΗ GPS ΑΠΟΣΤΑΣΗ TOTAL ΙΑΦΟΡΑ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ f1f f2f f4f f5f f6f f7f f8f f9f f10f f11f f12f f13f f14f f15f f16f f17f f18f f19f f20f ΣΥΝΟΛΟ Στον πίνακα παρουσιάζονται οι διαφορές σε µέτρα των οριζόντιων αποστάσεων των σηµείων που έχουν µετρηθεί µε GPS και µε γεωδαιτικό σταθµό 71

72 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Συγκριτικός πίνακας συντεταγµένων σηµείων GPS Αληθής τιµής 72

73 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στον πίνακα της προηγούµενης σελίδας φαίνονται οι διαφορές των συντεταγµένων των σηµείων που µετρήθηκαν µε το GPS και τον γεωδαιτικό σταθµό. Οι διαφορές είναι πολύ µικρές έτσι προκύπτει το συµπέρασµα ότι οι µετρήσεις που έγιναν µε το GPS έχουν µεγάλη ακρίβεια. Υπολογισµός µέσου τετραγωνικού σφάλµτος: Το µέσο τετραγωνικό σφάλµα υπολογίζετε σύµφωνα µε τον τύπο: µ τ ± {(υυ) / (n-1)} 0,5 73

74 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας διαφορών συντεταγµένων σηµείων GPS Αληθής τιµής ΙΑΦΟΡΕΣ ΣΤΙΣ ΤΙΜΕΣ ΤΩΝ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ GPS ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΤΕΤΡΑΓΩΝΑ ΙΑΦΟΡΩΝ ΣΤΙΣ ΤΙΜΕΣ ΤΩΝ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ GPS ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ dx dy dz dx 2 dy 2 dz E ΣΥΝΟΛΟ

75 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Το µέσο τετραγωνικό σφάλµα των σηµείων που µετρήθηκαν µε το GPS, κατά x σε σύγκριση µε τις αληθείς τιµές είναι : {Σdx 2 /(20-1)} 0.5 = 0.047m=4.7 cm Το µέσο τετραγωνικό σφάλµα των σηµείων που µετρήθηκαν µε το GPS, κατά y σε σύγκριση µε τις αληθείς τιµές είναι : {Σdy 2 /(20-1) 0.5 } = 0.053m=5.3 cm Το µέσο τετραγωνικό σφάλµα των σηµείων που µετρήθηκαν µε το GPS, κατά z σε σύγκριση µε τις αληθείς τιµές είναι : {Σdz 2 /(20-1)} 0.5 = 0.028=2.8cm 75

76 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΙΝΑΚΑΣ Πίνακας διαφορών γωνιών διευθύνσεως GPS Αληθής τιµής ΑΥΞΩΝ ΑΡΙΘΜΟΣ ΙΕΥΘΥΝΣΕΩΣ ΙΕΥΘΥΝΣΕΩΣ ΓΩΝΙΩΝ a/a ΓΩΝΙΑ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ GPS G gps ΓΩΝΙΑ ΓΕΩ ΑΙΤΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ G Total ΙΑΦΟΡΑ dg dg 2 f1f f2f f4f f5f f6f f7f f8f f9f f10f f11f f12f f13f f14f f15f f16f f17f f18f f19f f20f ΣΥΝΟΛΟ Το µέσο τετραγωνικό σφάλµα των γωνιών διευθύνσεως των σηµείων που µετρήθηκαν µε το GPS, σε σύγκριση µε τις αληθείς τιµές είναι : {ΣdG 2 /(19-1) 0.5 } = g 76

77 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 3.2. ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Το ψηφιακό µοντέλο ΜΟΝΤΕΛΟ των κτιριακών ΚΤΙΡΙΑΚΩΝ εγκαταστάσεων δηµιουργήθηκε ύστερα από την εισαγωγή των µετρήσεων πεδίου στο σχεδιαστικό πρόγραµµα AutoCAD και την κατάλληλη επεξεργασία τους. Το µοντέλο έχει τις πραγµατικές συντεταγµένες των κτιρίων. Στις παρακάτω σελίδες παρουσιάζονται εικόνες από το τρισδιάστατο µοντέλο στο οποίο έχει γίνει φωτορεαλισµός από διαφορετικές θέσεις θέας και σε διαφορετικές ώρες τις ηµέρας. Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάτοψη 77

78 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στην Εικόνα παρουσιάζετε η κάτοψη του τρισδιάστατου µοντέλου η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Όψη Β-ΒΑ ώρα σκίασης 12:00 Στην Εικόνα παρουσιάζετε η Β-ΒΑ όψη του τρισδιάστατου µοντέλου, η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 µεσηµέρι. 78

79 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Όψη Β-ΒΑ ώρα σκίασης 18:00 Στην Εικόνα παρουσιάζετε η Β-ΒΑ όψη του τρισδιάστατου µοντέλου, η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00. Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Μπροστινή όψη ώρα σκίασης 12:00 Στην Εικόνα παρουσιάζετε η µπροστινή όψη του τρισδιάστατου µοντέλου, η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 79

80 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Μπροστινή όψη ώρα σκίασης 18:00 Στην Εικόνα παρουσιάζετε η µπροστινή όψη του τρισδιάστατου µοντέλου, η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων-πίσω όψη ώρα σκίασης 12:00 Στην Εικόνα παρουσιάζετε η πίσω όψη του τρισδιάστατου µοντέλου, η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00. Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Πίσω όψη ώρα σκίασης 18:00 Στην Εικόνα παρουσιάζετε η πίσω όψη του τρισδιάστατου µοντέλου, η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 αντίστοιχα. 80

81 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Παρατηρείτε η διαφορά στην σκίαση σε σχέση µε την µπροστινή όψη αφού εδώ η σκίαση είναι αντίθετη µε την µπροστινή όψη (µεγαλύτερη φωτεινότητα στις 12:00 και όχι στις 18:00). Τα κτίρια Β, Γ,, Ε έχουν το ίδιο απόλυτο ύψος. Στο µοντέλο παρουσιάζονται µε διαφορετικό ύψος γιατί έχουν χτιστεί σε διαφορετικό υψόµετρο. Στις παρακάτω εικόνες παρουσιάζονται διαφορετικές θέσεις θέας του τρισδιάστατου µοντέλου που δηµιουργήθηκαν µε την εισαγωγή στο σχεδιαστικό πρόγραµµα των συντεταγµένων του σηµείου στο οποίο θέλαµε να στηθεί η κάµερα. Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στα σκαλοπάτια του Α κτιρίου να «βλέπει» στο Γ κτίριο ώρα σκίασης 12:00 Στην Εικόνα παρουσιάζεται η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί στα σκαλοπάτια του Α κτιρίου και «βλέπει» προς το Γ κτίριο. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 81

82 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στα σκαλοπάτια του Α κτιρίου να «βλέπει» στο Γ κτίριο ώρα σκίασης 18:00 Στην Εικόνα παρουσιάζετε η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί στα σκαλοπάτια του Α κτιρίου και «βλέπει» προς το Γ κτίριο. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην ταράτσα του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 12:00 82

83 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στην Εικόνα παρουσιάζεται η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί στην ταράτσα του Γ κτιρίου και «βλέπει» προς το Α κτίριο. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00 Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην ταράτσα του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 18:00 Στην Εικόνα παρουσιάζεται η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί στην ταράτσα του Γ κτιρίου και «βλέπει» προς το Α κτίριο. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00. 83

84 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα σε γραφείο του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 12:00 Στην Εικόνα παρουσιάζεται η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί σε γραφείο του Γ κτιρίου και «βλέπει» προς το Α κτίριο. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00. 84

85 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα σε γραφείο του Γ κτιρίου να «βλέπει» στο Α κτίριο ώρα σκίασης 18:00 Στην Εικόνα παρουσιάζεται η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί σε γραφείο του Γ κτιρίου και «βλέπει» προς το Α κτίριο. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00. 85

86 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην είσοδο των κτιριακών εγκαταστάσεων ώρα σκίασης 12:00 Στην Εικόνα παρουσιάζεται η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί στην είσοδο των κτιριακών εγκαταστάσεων. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί στις 15/5/ :00. 86

87 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Εικόνα Τρισδιάστατο ψηφιακό µοντέλο κτιριακών εγκαταστάσεων- Κάµερα στην είσοδο των κτιριακών εγκαταστάσεων ώρα σκίασης 18:00 Στην Εικόνα παρουσιάζεται η θέση θέας του τρισδιάστατου µοντέλου όταν η κάµερα έχει στηθεί στην είσοδο των κτιριακών εγκαταστάσεων. Το ύψος της κάµερας είναι 1,75 µέτρα. Η θέση του ηλίου µε βάση της οποίας έγινε ο φωτορεαλισµός αντιστοιχεί και στις 15/5/ :00. 87

88 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 4.1. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ GPS Η ακρίβεια των G.P.S. βελτιώθηκε σηµαντικά, µετά την κατάργηση της επιλεκτικής διαθεσιµότητας το Παράλληλα τα µοντέλα των γεωδαιτικών G.P.S. αναβαθµίστηκαν τεχνολογικά, µε καλύτερο και πιο δυνατό λογισµικό µε ικανότητα να δίνουν συντεταγµένες απευθείας στο ΕΓΣΑ 87. ιαθέτουν ισχυρότερες κεραίες ενώ πολλές συσκευές έχουν την δυνατότητα να λαµβάνουν σήµα και από τα δύο συστήµατα δορυφορικής πλοήγησης που υπάρχουν σήµερα σε λειτουργία το Αµερικανικό G.P.S. και το Ρωσικό GLONAS καθώς και την δυνατότητα χρησιµοποίησης WAAS, DGPS EGNOS, HEPOS και άλλων διορθωτικών συστηµάτων πράγµα που βελτιώνει κατά πολύ την ακρίβειά τους. Παράλληλα το κόστος αγοράς τους έχει µειωθεί σηµαντικά. Η δυνατότητα των γεωδαιτικών GPS να πραγµατοποιούν µετρήσεις γρήγορα και µε µεγάλη ακρίβεια σε ανοικτό ουρανό π.χ στα σηµεία της υπάρχουσας όδευσης στις εγκαταστάσεις της Σχολής ασολογίας και φυσικού περιβάλλοντος στον Φοίνικα όπου οι αποκλίσεις από τις πραγµατικές τιµές της όδευσης ήταν µηδαµινές, τους δίνει ένα µεγάλο πλεονέκτηµα από της παραδοσιακές µεθόδους εύρεσης συντεταγµένων (οδεύσεις θεοδόλιχοι) αφού µειώνει σηµαντικά τις εργασίες πεδίου και δίνει στον χειριστή τους την δυνατότητα διεκπεραίωσης περισσότερων 88

89 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ έργων στον χρόνο που απατιόνταν για την διεκπεραίωση ενός έργου µε τις παραδοσιακές µεθόδους. Η χρησιµοποίηση της τεχνικής RTK αυξάνει επιπλέον τις δυνατότητες τους. Παράλληλα τα εξελιγµένα λογισµικά που συνοδεύουν τα GPS παρέχουν σηµαντικές ευκολίες στην επεξεργασία και παρουσίαση των στοιχείων. Ο συνδυασµός τους µε G.I.S. για την γρήγορη συλλογή και αποτύπωση τεράστιου αριθµού πληροφοριών π.χ. οδικό δίκτυο, κτίρια, θέσεις όπου είναι τα όρια της συστάδας, θέσεις ιδιαίτερης σηµασίας, και η δυνατότητα on line παρακολούθησης πλήθος εφαρµογών όπως η κίνηση του πυροσβεστικού στόλου, των µέσων µαζικής µεταφοράς, η εξέλιξη ενός έργου κ.α. αποτελεί ένα επιπλέον θετικό στοιχείο για τα GPS. Η αναµενόµενη λειτουργία του ευρωπαϊκού δορυφορικού συστήµατος εντοπισµού θέσης (GALILEO) και η ανάπτυξη γεωδαιτικών GPS 3 ης γενιάς που µπορούν να δέχονται σήµα και από τα τρία δορυφορικά συστήµατα GPS, GALILEO, GLONAS θα βελτιώσει περισσότερο την ακρίβεια των µετρήσεων καθώς θα αυξηθεί ο αριθµός των διαθέσιµων δορυφόρων. Τα µειονεκτήµατα των γεωδαιτικών GPS είναι: εν µπορούν να πραγµατοποιήσουν µετρήσεις ή πραγµατοποιούν µετρήσεις µε µικρή ακρίβεια, σε περιοχές στις οποίες δεν λαµβάνουν σήµα από τους δορυφόρους ή υπάρχει περιορισµένος αριθµός δορυφόρων µε κακή γεωµετρία. Αυτή η περίπτωση πραγµατοποιείται όταν ο ουρανός καλύπτεται από εµπόδια : πυκνή συστάδα, υπόστεγα κτιρίων, γωνίες κτιρίων και όταν στο σηµείο στο οποίο είναι στηµένο το όργανο δεν είναι µέσα στην τροχιά των 89

90 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ δορυφόρων ή οι δορυφόροι έχουν περάσει από εκείνο το σηµείο. Το κλείσιµο των C/A κωδικών και η επιλεκτική διαθεσιµότητα του σήµατος (SA/Selective Availability) που όταν ενεργοποιούνται το Υπουργείο Άµυνας των Η.Π.Α µειώνουν σε µη αποδεκτά επίπεδα την ακρίβεια των µετρήσεων. Οι περισσότερες υπηρεσίες που βελτιώνουν την ακρίβεια των µετρήσεων (WAAS, DGPS EGNOS, HEPOS), απαιτούν οικονοµική συνδροµή. Το σήµα των GPS επηρεάζεται από πηγές ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας, όπως καλώδια υψηλής τάσης ρεύµατος, κεραίες κινητής τηλεφωνίας κ.α Τρισδιάστατη Σχεδίαση µε το AutoCAD Η τρισδιάστατη σχεδίαση µε την χρησιµοποίηση του προγράµµατος AutoCAD γίνετε εύκολα και γρήγορα µε την χρησιµοποίηση των δυνατοτήτων που παρέχει. Το περιβάλλον του προγράµµατος είναι συγχρονισµένο µε το περιβάλλον των Windows ώστε να είναι φιλικό και εύκολο στην χρήση για τον χρήστη. Το πρόγραµµα έχει την δυνατότητα επεξεργασίας ενός µεγάλου αριθµού στοιχείων για την δηµιουργία τρισδιάστατων µοντέλων ενώ µπορούµε να εισαγάγουµε στοιχεία σχεδόν σε όλους τους γνωστούς τύπους αρχείων ενδεικτικά αναφέρονται : DWG, DXF, TXT, XYZ, TIFF, JPEG κ.α. Το σύνολο των εντολών για την τρισδιάστατη σχεδίαση είναι σε µορφή εικονιδίων πράγµα που καθιστά το AutoCAD εύχρηστο, 90

91 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ απλό στην εκµάθηση ενώ µειώνει σηµαντικά τον χρόνο εργασίας. Η εξαγωγή των αποτελεσµάτων γίνεται σε πολλούς διαφορετικούς τύπους αρχείων ενώ παρέχεται και η δυνατότητα απευθείας εκτύπωσης των αποτελεσµάτων από εκτυπωτή ή PLOTER. Το πρόγραµµα έχει την δυνατότητα πολλών διαφορετικών θέσεων παρατήρησης (βλέπε σχήµα ) του τρισδιάστατου µοντέλου ενώ παρέχει στον χρήστη και την δυνατότητα δηµιουργίας θέσεων παρατήρησης τις επιλογής του. Σηµαντική είναι και η δυνατότητα ταυτόχρονης εµφάνισης στην οθόνη ή εκτύπωσης πολλαπλών θέσεων παρατήρησης του τρισδιάστατου µοντέλου ταυτόχρονα. Η δυνατότητα δηµιουργίας τρισδιάστατου µοντέλου σε πολλαπλά διάφανα φύλλα (layers) κάνει δυνατή και εύκολη την σχεδίαση µεγάλων και συνθέτων τρισδιάστατων µοντέλων. Εικόνα Θέση παρατήρησης τρισδιάστατου µοντέλου Το Autocad έχει µεγάλες δυνατότητες φωτορεαλισµού του τρισδιάστατου µοντέλου ενώ µπορεί να δηµιουργήσει σκιές υπολογίζοντας την θέση του ηλίου ανάλογα µε το γεωγραφικό πλάτος και µήκος που του εισάγει ο χρήστης. Το τρισδιάστατο µοντέλο που δηµιουργείτε µε το AutoCAD έχει τις πραγµατικές συντεταγµένες της περιοχής και για αυτό υπάρχει η δυνατότητα 91