MΟΝΙΜΟ ΔΙΚΣΤΟ ΣΑΘΜΩΝ ΑΝΑΥΟΡΑ 2011 Εγκατάσταση Αξιοπιστία Τοπικοί Μετασχηματισμοί. Παναγιώτης Γρηγορακάκης Μάιος 2011

Transcript

1 MΟΝΙΜΟ ΔΙΚΣΤΟ ΣΑΘΜΩΝ ΑΝΑΥΟΡΑ 2011 Εγκατάσταση Αξιοπιστία Τοπικοί Μετασχηματισμοί Παναγιώτης Γρηγορακάκης Μάιος 2011

2 To MetricaΝΕΣ είναι το πρώτο ελληνικό ιδιωτικό δίκτυο σταθμών αναφοράς GNSS που μεταδίδει σε πραγματικό χρόνο διορθώσεις για δέκτες GPS (2006). Η εταιρεία METRICA ΑΕ, αποκλειστικός αντιπρόσωπος της Leica-Geosystems στην Ελλάδα για τα γεωδαιτικά συστήματα GΝSS με πλούσια εμπειρία στον χώρο των GPS και των μόνιμων σταθμών αναφοράς έχει αναλάβει την ανάπτυξη και προώθηση του δικτύου αυτού.

3 Σεχνογνωσία Metrica Στην Ελλάδα έχουν εγκατασταθεί τα 5 τελευταία χρόνια πάνω από 55 μόνιμοι σταθμοί αναφοράς της Leica-Geosystems τύπου GRX1200, RS500 & GR10 που υποστηρίζονται από το λογισμικό SPIDERNET. Από τους παραπάνω οι 42 αποτελούν το MetricaNET SmartNet GREECE Μέχρι σήμερα έχει εξασφαλιστεί η απρόσκοπτη λειτουργία τους και στόχος κάθε εγκατάστασης είναι 10ετής τουλάχιστον λειτουργία.

4 Κατασκευή, αυτονομία και αξιοπιστία διάρκεια ζωής Οι δέκτες αναφοράς Leica Geosystems πληρώντας τις αυστηρότερες στρατιωτικές προδιαγραφές κατασκευής, είναι η μεγαλύτερη εξασφάλιση ομαλής και συνεχούς λειτουργίας του δικτύου. Στιβαρή εγκατάσταση, σε μεταλλικούς ηλεκτρολογικούς πίνακες. Προστασία υπέρτασης και βύθισης ρεύματος, αυτόνομο σύστημα αδιάλειπτης παροχής ρεύματος (UPS) που εξασφαλίζει 3 μέρες αυτονομίας σε περίπτωση διακοπής ρεύματος.

5 Επικοινωνία Μεηάδοζη διορθώζεων RTK Για την επικοινωνία εγκαθίστανται α) κεραίαμαστίγιο UHF 2.5m, για την μεγιστοποίηση της εμβέλειας, όπως και β)κεραία GSM για εναλλακτική δυνατότητα επικοινωνίας μέσω παρόχων κινητής τηλεφωνίας. Σε κάθε εγκατάσταση, η βασική επικοινωνία εδραιώνεται με ευρυζωνική σύνδεση στο διαδίκτυο, όπου εκτός από παρακολούθηση της καλής λειτουργίας από μακριά, καθώς και συλλογή επεξεργασία των δεδομένων των σταθμών, αποτελεί την κύρια οδό συναλλαγής μεταξύ ΔΙΚΤΥΟΥ <-> ROVERS

6 Μία γραφική απεικόνιση ενός πιθανού RTK δικτύου

7

8 Κεντρική Διαχείριση Δικτύου Λογισμικό Πλεονεκτήματα LEICA Geosystems Το λογισμικό SpiderNet της Leica Geosystems χρησιμοποιείται για τη διαχείριση, τον έλεγχο και τη συλλογή παρατηρήσεων από σταθμούς αναφοράς σε συνδυασμό με τα Leica GNSS QC και Leica CrossCheck, είτε αυτοί λειτουργούν ανεξάρτητα (Standalone), ή ένα σύνολο σταθμών αποτελεί ένα αυτόνομο δίκτυο αναφοράς.

9 ύγκριση με άλλα δίκτυα αναφοράς Πλεονεκτήματα MetricaNET Πύκνωση βάσεων σε αστικές περιοχές, με αποτέλεσμα μέγιστες ομοιογενείς ακρίβειες 1-3cm σε όλη την επιφάνεια κάλυψης. Μόνιμη λήψη εκπομπή διορθώσεων Glonass (Galileo Compass Ready). Περαιτέρω αύξηση της ακρίβειας και της αξιοπιστίας σε αστικές «δύσκολες» περιοχές. Ανταγωνιστικός τιμοκατάλογος σε όλες τις υπηρεσίες. Υποστήριξη Metrica Support 365 ημέρες το χρόνο και η ταχύτερη αποκατάσταση βλαβών. Αναβαθμισμένες υπηρεσίες: ποιοτικός έλεγχος στοιχείων, συνεχής επίλυση βάσεων μεταξύ των σταθμών του δικτύου. Αμεσότητα και φιλική σχέση με τους πελάτες.

10 Leica Geosystems υστήματα συντεταγμένων & μέθοδοι υλοποίησης ύνοψη περιεχομένων Το παγκόσμιο WGS84 και τα «ΤΟΠΙΚΑ» Συστήματα Συντεταγμένων Διαφορετικοί τύποι συντεταγμένων, Καρτεσιανές, Γεωδαιτικές και Κάνναβος. Οι μετασχηματισμοί: Classic 3D / One step / Two step Πως δουλεύουν, πότε χρησιμοποιούνται, περιορισμοί Μοντέλα καννάβου CSCS (Country Specific Coordinate System) Χρησιμότητα μοντέλων, τρόπος δημιουργίας, Μέθοδοι υψομετρίας και μοντέλα Γεωειδούς

11 System 1200, VIVA & LGO Coordinate Systems Εισαγωγή Μία μικρή επανάληψη γεωδαισίας

12 Η Φυσική Γήινη Επιφάνεια (Γεωειδές) Ισοδυναμική επιφάνεια που επιτυγχάνει την βέλτιστη προσομοίωση της «Μέσης Στάθμης Θάλασσας» Χρήση του όρου για την περιγραφή μιας σύνθετης επιφάνειας Σταθερή τιμή βαρύτητας που σ' όλα τα σημεία της τέμνεται κάθετα από τη διεύθυνση του νήματος της στάθμης. Υυσικά μετρήσιμο μέγεθος από επιστημονικά όργανα εισαγωγή σε GPS N. America S. America Europe Africa Topography

13 Έλλειψη => Γεωμετρικό σχήμα που ορίζεται από: Μεγάλο Ημιάξονα (a) και Μικρό Ημιάξονα (b) ή Επιπλάτυνση (f) = (a-b)/a Σο ελλειψοειδές b a Απλή γεωμετρική επιφάνεια που ΔΕΝ είναι φυσικά μετρήσιμη από γεωδαιτικά όργανα N N Topography Διαφορετικά ελλειψοειδή χρησιμοποιούνται για διαφορετικές τοποθεσίες N. America O 2 O 1 S. America Africa

14 Παγκόσμιο ελλειψοειδές WGS84 Το παγκόσμιο World Geodetic System 1984 (WGS84) N Topography Η γενικώς καλύτερη προσαρμογή στο σχήμα της γης A = m 1/f = N. America Europe Ενσωματώνεται σε όλα τα όργανα GPS και αποτελεί την βάση όλων των μετρήσεων S. America Africa

15 Σοπικά υστήματα υντεταγμένων Οι περισσότεροι τοπογράφοι φυσικά, χρησιμοποιούν τοπικά συστήματα συντεταγμένων Παράδειγμα: Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς (ΕΓΣΑ 87) - (Ελλειψοειδές GRS80 και προβολή TM ΕΓΣΑ 87) Πως μπορούμε να μετατρέπουμε τις παγκόσμιες συντεταγμένες σε τοπικές και το αντίθετο μέσω των λογισμικών της Leica Geosystems? Καταρχήν πρέπει να κατανοηθεί η εναλλαγή μεταξύ των διαφορετικών μορφών συντεταγμένων Z X l WGS84 h j P Y Τοπικός Κάνναβος

16 Διαφορετικές μορφές τύποι συντεταγμένων WGS84 Καρτεσιανές και Γεωδαιτικές υντεταγμένες Απεικόνιση του σημείου P σε διαφορετικούς τύπους συντεταγμένων WGS84: WGS84 Cartesian coordinates - X, Y, Z P = X Y Z WGS84 Geodetic co-ordinates - Lat, Long and Ellipsoid Height P = N E m a Only the WGS84 ellipsoid is needed to move between the 2 coordinate types b

17 Σο τοπικό σύστημα αναφοράς Το ίδιο φυσικό σημείο P μπορεί να υφίσταται και σε κάποιο «τοπικό» σύστημα αναφοράς (πχ Ε.Γ.Σ.Α. 87) Πιθανότατα έχει χρησιμοποιηθεί διαφορετικό πλαίσιο αναφοράς (Reference Frame) Οπότε, το σημείο P μπορεί να έχει διαφορετικές WGS84 Καρτεσιανές συντεταγμένες and Τοπικές Καρτεσιανές συντεταγμένες. Ο 7παραμετρικός μετασχηματισμός (CLASSIC 3D) που συσχετίζει τα διαφορετικά χρονικά πλαίσια αναφοράς, χρησιμοποιεί: 3 μεταθέσεις dx, dy και dz 3 στροφές Rx, Ry, Rz Κλίμακα Στο διπλανό παράδειγμα, dx=100, dy=100, dz=100 Local Reference Frame WGS84 Reference Frame P

18 Οπότε, γίνεται δυνατή η εναλλαγή μεταξύ WGS84 και τοπικών συντεταγμένων σε καρτεσιανή γεωκεντρική μορφή WGS84 Cartesian coordinates: X, Y, Z P = X Y Z Local Cartesian coord.: X, Y, Z P = X Y Z Local Reference Frame P WGS84 Reference Frame Only the Classic 3D transformation is needed to move between the 2 co-ordinate types

19 Σοπικές Καρτεσιανές < > Σοπικές Γεωδαιτικές Ήδη μετατρέψαμε καρτεσιανές σε γεωδαιτικές συντεταγμένες Local Cartesian coordinates: X, Y, Z P = X Y Z Local Geodetic co-ordinates - Lat, Long and Ellipsoid Height P = N E m b a Again, only the local ellipsoid (GRS80) is needed to move between the 2 co-ordinate types

20 Σοπικές Γεωδαιτικές <-> Σοπικές συντεταγμένες Καννάβου (1) Οι προβολικές συντεταγμένες καννάβου είναι οι πλέον χρήσιμες στους τοπογράφους Εναλλαγή μεταξύ τοπικών γεωδαιτικών (φ, λ) και συντεταγμένων καννάβου (GRID) γίνεται μόνο μέσω ΠΡΟΒΟΛΗ Οι πιο κοινές προβολές: Εγκάρσια Μερκατορική, Lambert, Cassini Η προβολή μετατρέπει τις γωνιακές συντεταγμένες σε Χ, Ψ πάνω σε επίπεδο Το σχήμα και το μέγεθος μίας χώρας είναι το κριτήριο επιλογής της προβολής εν χρήσει

21 Σοπικές Γεωδαιτικές <-> Σοπικές συντεταγμένες Καννάβου (2) Οπότε, τελικά μέσω της προβολής Local Geodetic co-ordinates - Lat, Long and Ellipsoid Height P = N E m Local Grid coordinates - Easting, Northing, Height P = E N m Only the projection is needed to move between the 2 co-ordinate types

22 ύνοψη μετατροπών συντεταγμένων Μπορούμε τώρα να μετατρέψουμε συντεταγμένες σε όλες τις μορφές Grid Projection Geodetic Geodetic WGS84 Ellipsoid Local Ellipsoid (GRS80) Cartesian Classic 3D Transformation Cartesian WGS84 Co-ordinate Side Local Co-ordinate Side

23 H Leica Geosystems ενσωματώνει 3 βασικούς τύπους μετασχηματισμών σε λογισμικό δέκτες (System 1200 VIVA) Classic 3D 1 Step 2 Step Άλλα είδη μόνο σε λογισμικό (Classical 2D, Stepwise etc )

24 The Classic 3D Transformation Πρέπει να είναι γνωστός ο μετασχηματισμός, το τοπικό ελλειψοειδές (πχ GRS80) και η προβολή (πχ ΣΜ ΕΓΑ87) Το σύνηθες πρόβλημα: Ο μετασχηματισμός είναι άγνωστος και πρέπει να υπολογιστεί. We know the WGS84 coordinates of points (They have been measured with GPS) We know the local co-ordinates of points (They have been measured with TPS or another survey) WGS84 Co-ordinate Side Local Reference Frame P Local Co-ordinate Side WGS84 Reference Frame What is the transformation?

25 ύνοψη μετασχηματισμού Classic 3D Χρήση σε LGO - Δέκτες Τουλάχιστον 3 σημεία γνωστά σε θέση και υψόμετρο Γνωστό ελλειψοειδές και προβολή (και γεωειδές) Θέση και υψόμετρο ΔΕΝ μπορούν να υπολογιστούν ξεχωριστά Δεν υπάρχει περιορισμός εμβέλειας - εμβαδού(στην πραγματικότητα, περιορίζεται από την ποιότητα των τοπικών συντεταγμένων) Περιορισμοί Ρεαλιστικές υποθέσεις 1. Άγνωστο ελλειψοειδές, ή 2. Ο τοπικός κάνναβος αποτελεί ένα αυθαίρετο δίκτυο 3. Τα γνωστά σημεία είναι λιγότερα από 3 (πχ 1, 2), ή 4. Είναι γνωστή μόνο η θέση ή μόνο το υψόμετρο σε κάποια σταθερά σημεία

26 A. One Step Transformation Άμεση μετατροπή συντεταγμένων WGS84 σε τοπικές Classic 2D Transformation Grid Dummy TM Projection Geodetic 1 Step Transformation WGS84 Ellipsoid Cartesian WGS84 Co-ordinate Side Local Co-ordinate Side

27 ύνοψη μετασχηματισμού One Step Χρήση σε LGO - Δέκτες Δεν χρειάζεται να ξέρουμε τοπικό ελλειψοειδές και προβολή Υπολογίζεται ακόμα και με 1 γνωστό σημείο, αλλά Δεν συνίσταται, διότι δεν μπορούν να υπολογιστούν η κλίμακα και οι στροφές Τα γνωστά σταθερά σημεία χρησιμοποιούνται σε Θέση μόνο, Τψόμετρο μόνο ή Θέση + Τψόμετρο Περιορισμός εμβέλειας - εμβαδού Δεν συνίσταται η χρήση για περιοχές μεγαλύτερες από 10 x 10km, λόγω παραμορφώσεων

28 Β. Two Step Transformation Πλειοψηφία μετασχηματισμών MetricaNET Υλοποίηση «τοπικού» ΕΓΣΑ87 Classical 2D Transformation Real Grid Prelim Grid 2 Step Transformation Local Projection Geodetic Geodetic WGS84 Ellipsoid Local Ellipsoid Cartesian Classic 3D Pre- Transformation Cartesian WGS84 Co-ordinate Side Local Co-ordinate Side

29 ύνοψη μετασχηματισμού Two Step υνδυασμός πλεονεκτημάτων Classic 3D και Onestep Χρήση σε LGO Δέκτες Διαχωρισμός υπολογισμού Θέσης και Τψομέτρου (Onestep) Αλλά, η διαφορά έγκειται στην χρήση: Τοπικό Ελλειψοειδές και Προβολή σταθερών (τοπικών) σημείων Ένας «προ-μετασχηματισμός» Classic 3D Φωρίς περιορισμούς εμβαδού...

30 Τπολογισμός μετασχηματισμών Classic 3D, Two Step & WGS84 Co-ordinate Side One Step (LGO) (1) Local Co-ordinate Side The WGS84 (GPS surveyed) points are stored in one project) We know the ellipsoid is WGS84, we can compute the WGS84 Cartesian co-ordinates The Local (known) points are stored in a second project) And because we know the local ellipsoid and the projection, we can compute the local Cartesian coordinates Match the common points to compute the transformation

31 Τπολογισμός μετασχηματισμών Classic 3D, Two Step & One Step (LGO) (2) Look at the residuals to see if any points do not fit The transformation parameters can be seen

32 Γενική προσέγγιση μετασχηματισμών: Προδιαγραφές ποιότητας Κατανομή σταθερών-κοινών σημείων Τα κοινά σημεία πρέπει να επικαλύπτουν την περιοχή εργασίας, γιατί: Απαραίτητο για εξασφάλιση ακρίβειας Ε, Ν και Η Τα σφάλματα μετασχηματισμού είναι απρόβλεπτα έξω από το «σχήμα» των κοινών σημείων Τα σφάλματα μετασχηματισμού αυξάνονται ανάλογα με την απόσταση από την περιοχή κοινών σημείων Σηαθερά ζημεία μεηαζχημαηιζμού Ζηηούμενα ζημεία Ιδανική διανομή Μη αποδεκηή διανομή

33 Αρχεία τοπικών μεταθέσεων καννάβου (CSCS) και μέθοδοι υψομετρίας, γεωειδή CSCS - GEOIDS Λόγοι μετασχηματισμού από WGS σε τοπικό σύστημα: Εκτός από διαφορετικό σχήμα, κέντρο και προσανατολισμό του τοπικού ελλειψοειδούς, αυτό που δεν αναφέρθηκε: ΠΑΡΑΜΟΡΥΩΕΙ λόγω της τοπικής προβολής, διαφοράς τοπικού γεωειδούς από το φυσικό έδαφος ή αποχής γεωειδούς από το ελλειψοειδές e.g. NZL GD2000

34 Μέθοδοι Αναλόγως με την χώρα, υπάρχουν επιπλέον μεταθέσεις οριζοντιογραφίας (CSCS) και υψομετρίας (GEOID): 1. Καννάβοσ (HePos CSCS) 2. Γεωδαιηικές (EGM96, EGM08) 3. Καρηεζιανές Σηο MetricaNET, ορθομεηρικά συόμεηρα επιησγτάνονηαι μέζφ μονηέλφν ηφν ζημείφν ΓΥΣ καηά 90%, ζημείφν βαρσηιμεηρίας (REPER) και δσναηόηηηα τρήζης πλανηηικών γεφειδών (EGM)

35 Παράδειγμα CSCS καννάβου (πχ HePos) σχηματικά πάνω στην μεθοδολογία Leica Geosystems Final Grid CSCS Model Grid Grid Projection Geodetic Geodetic Cartesian WGS84 Ellipsoid Classic 3D Transformation Local Ellipsoid Cartesian WGS84 Co-ordinate Side Local Co-ordinate Side

36 υμπεράσματα Πλεονεκτήματα χρηστών Leica Geosystems: Ευελιξία οργάνων και λογισμικού για δημιουργία μετασχηματισμών Τποστήριξη Εκπαίδευση Τπηρεσίες Metrica Πλεονεκτήματα MetricaNET SmartNET Έτοιμη λύση τοπικών συστημάτων στην περιοχή κάλυψης ορθομετρικά υψόμετρα Απόλυτη συμβατότητα με το πανελλαδικό σύστημα HePos (Α.Π.Θ.) + GLONASS Δυνατότητα αποστολής συστήματος συντεταγμένων από το Leica Spider-Net (RTCM3.1)

37 Ερωτήσεις - χόλια