ΤΕΠΑΚ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧ./ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧ & ΜΗΧ. ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΠΑΚ, ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧ./ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧ & ΜΗΧ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Μάθημα 6ου Εξαμήνου 2011-12 Δημ. Δεληκαράογλου, Αναπλ. Καθ. Σχολή ΑΤΜ, Ε.Μ.Π. Εισαγωγή Στόχοι και Περιεχόμενο του Μαθήματος http://users.ntua.gr/ddeli/tepak/satgeodesy/ http://users.ntua.gr/ddeli/tepak/satgeodesy/ 1
Τι πραγματεύεται το μάθημα Εστιάζει στην αναλυτική παρουσίαση νέων τάσεων, εξελίξεων και διαφαινόμενων προοπτικών από τις σημαντικότερες τεχνολογίες, συστήματα και τεχνικές που επηρεάζουν και προάγουν τους σκοπούς και στόχους της δορυφορικής (και κατ επέκταση της διαστημικής) γεωδαισίας Επιδιώκει την εξοικίωση με τις σύγχρονες επιστημονικές και πρακτικές εφαρμογές της δορυφορικής γεωδαισίας, με έμφαση στις αρχές λειτουργίας και τα συστήματα δορυφορικού εντοπισμού 1.Ήδη προηγμένες τεχνολογίες δορυφορικού εντοπισμού αλλάζουν με ταχείς ρυθμούς, π.χ. το GPS εξελίσεται βάσει ενός φιλόδοξου σχεδίου μοντερνισμού του -> πρακτικές επιπτώσεις Διεθνείς προσπάθειες οδηγούν σε νέες δορυφορικές υποδομές, π.χ. GNSS: GPS-GLONASS-GALILEO Νέα δορυφορικά συστήματα εντοπισμού είναι σε εξέλιξη, π.χ. QZSS (Quasi-Zenith Satellites System) Πολλές πρακτικές επιπτώσεις, νέες δυνατότητες εφαρμογών με υψηλότερες ακρίβειες και οικονομικά οφέλη 2.Βελτιωμένες τεχνικές δυνατότητες του GPS/GNSS οδηγούν σε νέες μεθοδολογίες και τεχνικές αξιοποίησης τους, π.χ. Μόνιμα δίκτυα σταθμών GPS συνεχούς λειτουργίας παραδοσιακές τεχνικές, π.χ. Διαφορικό GPS (DGPS), Real-Time GPS (RTK) σταδιακά υπερκεράζονται από νέα συστήματα και τεχνικές, όπως Δικτύωση σταθμών αναφοράς και τεχνικές εικονικών σταθμών αναφοράς (Virtual Reference Stations, VRS), όπως το HEPOS, CYPOS, Νέες μεθοδολογίες συλλογής και επεξεργασίας των μετρήσεων 3. Ο ρόλος της Γεωδαισίας, κυρίως εξ αιτίας των δορυφορικών τεχνολογιών, έχει εξελιχθεί από τον κλασσικό σκοπό της μελέτης των κινήσεων, της μορφής και του μεγέθους της Γης, στην μελέτη των αλλαγών τους ως αποτέλεσμα των σύνθετων δυναμικών διαδικασιών που αλληλοεπιδρούν μέσα στη Γη. Η μοντέρνα Γεωδαισία εκμεταλλεύεται πλήρως και συνεχώς εφαρμόζει με πρωτοποριακό τρόπο τις νέες γεωδαιτικές δορυφορικές τεχνολογίες για την απόκτηση θεμελιωδών νέων μετρήσεων για τη μελέτη της Γης ως σύστημα Οι γεωδαίτες του σήμερα αναπτύσουν το Global Geodetic Observatory System 4. Νέες Μετρήσεις Τεχνικές/Συστήματα υλοποίηση των συστημάτων αναφοράς, βαρύτητα, παλίρροιες, γήινη μορφολογία και βαθυμετρία, προσανατολισμός και κινήσεις της Γης, δυναμική συμπεριφορά των ωκεανών, αλλαγές στη στάθμη της θάλασσας και επιπτώσεις τους στις κλιματικές αλλαγές, τεκτονικές μικρομετακινήσεις και παραμορφώσεις του γήινου φλοιού, 2008 - Διεθνές έτος του πλανήτη Γη GGOS κεντρικός πυρήνας του GEOSS 2
5. Τρέχουσες και του άμεσου μέλλοντος γεωδαιτικές δορυφορικές τεχνικές/συστήματα/αισθητήρες περιλαμβάνουν SLR, Satellite Laser Ranging VLBI, Very Long Baseline Interferometry GPS 3ης γενιάς GALILEO Δορυφορικά αλτίμετρα ραντάρ και λέιζερ Διαστημικά LIDAR Αισθητήρες της ιονόσφαιρας και τροπόσφαιρας (μετεωρολογία με GPS) Αερομεταφερόμενα και διαστημικά παρεμβαλόμετρα (low-low satellite-to-satellite tracking), Βαρυτήμετρα και βαθμιδόμετρα βαρύτητας, Συστήματα περεμβαλομετρίας ραντάρ συνθετικού ανοίγματος αλλά και γιατί σε αυτές τις τεχνικές στηρίζεται η επιτυχία του GEOSS Νέες Μετρήσεις Τεχνικές/Συστήματα 2008 - Διεθνές έτος του πλανήτη Γη GGOS κεντρικός πυρήνας του GEOSS GEOSS - Global Earth Observation System of Systems GGOS - Global Geodetic Observing System (GGOS) Γιατί να ενδιαφέρουν έναν Τοπογράφο Μηχανικό οι γνώσεις της ορυφορικής Γεωδαισίας; Μερικοί βασικοί ορισμοί & έννοιες Οι Οι σχέσεις Γεωδαισίας & Δορυφορικής Γεωδαισίας με με τις τις άλλες Γεωεπιστήμες Συμβουλευτείτε στις σελίδες του μαθήματος Εισαγωγή από το βιβλίο "G. Seeber (1993) - Satellite Geodesy François Barlier and Michel Lefebvre (2001) - A new look at planet Earth: Satellite geodesy and geosciences Gehard Beutler (2004) - Revolution in Geodesy and Surveying Ηεπιστήμη της Γεωδαισίας To 1880 έδωσε το βασικό ορισμό της Γεωδαισίας ως Η επιστήμη που πραγματεύεται τη μέτρηση και την αντιπροσώπευση (απεικόνιση) της γήινης επιφάνειας "Geodesy is the science of measuring and portraying the earth s surface" [Helmert, F.R. (1880) -Die mathematischen und physikalishen Theorien der höheren Geodasie, p.3]. Friedrich Robert Helmert (1843 1917) Εμπεριέχει τον προσδιορισμό του γήινου πεδίου βαρύτητας και την επιφανεια του ωκεάνιου φλοιού Ηεπιστήμη της Γεωδαισίας Σήμερα, αν και ορισμός αυτός παραμένει εξ ίσου επίκαιρος, οι ορίζοντες της Γεωδαισίας έχουν διευρυνθεί και ο σύγχρονος ορισμός περιλαμβάνει το γήινο πεδίο βαρύτητας, σε ένα τρισδιάστατο και διαχρονικά μεταβαλλόμενο χώρο "Geodesy is the discipline that deals with the measurement and representation of the earth, including its gravity field, in a three-dimensional time varying space." ΗΓεωδαισία σήμερα νοείται ως η επιστήμη με αντικείμενο τρεις βασικούς τομείς: Tον προσδιορισμό της μορφής και των διαστάσεων της Γης Ακριβή προσδιορισμό σημείων της γήινης φυσικής επιφάνειας (και της επιφάνειας του βυθού των ωκεανών) Περιγραφή του εξωτερικού πεδίου βαρύτητας Μελέτη των διαχρονικών μετατοπίσεων σημείων της Γης και των μεταβολών του πεδίου βαρύτητας της 3
ΗΓεωδαισία σήμερα νοείται ως η επιστήμη που στηρίζεται σε τρεις βασικούς στυλοβάτες: Είναι η επιμέρους επιστημονική γνωστική περιοχή της Γεωδαισίας που πραγματεύεται τον προσδιορισμό της μορφής και των διαστάσεων της Γης, τη θέση των αντικειμένων στην επιφάνειά της και τον υπολογισμό του γήινου πεδίου βαρύτητας με τη βοήθεια των τεχνητών δορυφόρων. Δηλαδή, γεωδαισία με τη βοήθεια των δορυφόρων και διαστημικών τεχνικών? Ανήκει στον ευρύτερο τομέα της διαστημικής γεωδαισίας, η οποία περιλαμβάνει επίσης τέτοιες τεχνικές όπως τη γεωδαιτική Συμβολομετρία/Παρεμβαλλομετρ ία Πολύ Μεγάλων Βάσεων (VLBI) Η (δορυφορική) γεωδαισία έχει μια συμβιοτική σχέση με πολλές άλλες γεωεπιστημονικές περιοχές και τα δορυφορικά και σεληνιακά αποστασιόμετρα λέιζερ. Ρόλος στη Γεωδαιτική Επιστήμη Επίγειες Παρατηρήσεις Επίγειες Παρατηρήσεις Αστρονομικές Παρατηρήσεις Μετρήσεις Βαρύτητας Μαθηματική Γεωδαισία Μαθηματική Γεωδαισία Γεωδαιτική Αστρονομία Γεωδαιτική Αστρονομία Φυσική Γεωδαισία Φυσική Γεωδαισία Κύριες χρήσεις των γεωδαιτικών δορυφόρων Ως στόχοι ορατοί από σταθμούς σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους Γεωμετρικές μέθοδοι ανάλυσης ταυτόχρονων παρατηρήσεων Η δυναμική κίνηση των δορυφόρων δεν λαμβάνεται υπόψη 4
Κύριες χρήσεις των γεωδαιτικών δορυφόρων Ως αισθητήρες στο πεδίο βαρύτητας της Γης υναμικές μέθοδοι ανάλυσης των παρατηρήσεων -> απαραίτητη η γνώση της τροχιάς και της δυναμικής συμπεριφοράς των δορυφόρων Σχέση μεταξύ της πλατφόρμας παρατήρησης (observation platform) και της πλατφόρμαςστόχου (target platform) Κύριες χρήσεις των γεωδαιτικών δορυφόρων Ως πλατφόρμες στο διάστημα, μαζί με άλλους αισθητήρες. π.χ. Γεωδαιτικές τεχνικές παρακαλούθησης των δορυφόρων στην τροχιά τους -> τροχιές υψηλής ακριβείας, ως προϋπόθεση αξιοποίησης των παρατηρήσεων συγκεκριμένων αισθητήρων ορυφορικές Μετρήσεις Από τη Γη προς τους δορυφόρους ιευθύνσεις από βαλλιστικές κάμερες (με διαδικασίες τριγωνισμού ανάλογες με εκείνες της φωτογραμμετρίας) ορυφορικές Μετρήσεις Από τη Γη προς και από τους δορυφόρους (ή τη Σελήνη) Δορυφορικά αποστασιόμετρα/τηλέμετρα λέιζερ (Satellite Laser Ranging, SLR) Εφαρμόστηκαν στην πρώτη εποχή της γεωδαισίας με χρήση των τεχνητών δορυφόρων Σεληνιακά αποστασιόμετρα/τηλέμετρα λέιζερ (Lunar Laser Ranging, LLR) ορυφορικές Μετρήσεις Από τους δορυφόρους προς τη Γη, μέσω ραδιοσημάτων Συστήματα εντοπισμού Doppler TRANSIT GPS GLONASS DORIS GALILEO QZSS ορυφορικές/διαστημικές Μετρήσεις... Μέσω αισθητήρων λέιζερ, ραντάρ, Από τους δορυφόρους (ή αστρικά σώματα) προς τη Γη Αλτιμετρία ιαστημικά τηλέμετρα λέϊζερ Συμβολομετρία μεγάλων αποστάσεων (VLBI) Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγματος (SAR) 5
ια-δορυφορικές/διαστημικές Μετρήσεις... TOPEX & JASON Από δορυφόρο σε δορυφόρο (Satellite to Satellite Tracking) Βαθμιδομετρία Από αστρικά σώματα σε δορυφόρους (Space VLBI) Από αλληλουποστηριζόμενους δορυφόρους (Tandem Satellite Missions) ορυφορικές Γεωδαιτικές Τεχνικές Μέτρησης και ανάλυσης παρατηρήσεων υψηλής ακρίβειας. Στόχος τους είναι να εξυπηρετηθούν ταυτόχρονα βασικές και εφαρμοσμένες πρακτικές και γεωεπιστημονικές ανάγκες. Αποτελούν βασικό στοιχείο των σύγχρονων τεχνολογιών εντοπισμού και πλοήγησης, ωκεανογραφίας, γεωφυσικής κ.ά. -> βασικό συστατικό της Γεωπληροφορικής ορυφορικές Γεωδαιτικές Τεχνικές Τυπικά παραδείγματα Γεωδαιτική χρήση των παγκόσμιων δορυφορικών συστημάτων εντοπισμού και πλοήγησης (GPS, GLONASS, GALILEO) Δορυφορικά Αποστασιόμετρα Λέιζερ (SLR) Διαφορικά ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (InSAR) -> διαχρονικές μικρομετακινήσεις Δορυφορικά ραντάρ αλτιμετρίας (στις ωκεάνιες περιοχές) Seasat, Geosat, TOPEX/Poseidon, ERS-1, ERS-2, Jason- 1, Envisat Δορυφορικά λέιζερ αλτιμετρίας (σε ηπειρωτικές και αρκτικές περιοχές) ICESat Δορυφορική (τροχιακή) καταδίωξη για τον καθορισμό του γήινου πεδίου βαρύτητας π.χ., CHAMP Δορυφορική βαθμιδομετρία (μέτρηση της μεταβολής της βαρύτητας από τροχιακές διαταραχές), GOCE Δια-δορυφορική καταδίωξη διαστημικών σκαφών, GRACE ορυφορικές/διαστημικές Γεωδαιτικές Τεχνολογίες Τυπικές εφαρμογές της ορυφορικής Γεωδαισίας Γεωδαισία, σε παγκόσμια κλίμακα Γεωδαιτικά δίκτυα Γεωδυναμικά δίκτυα Τοπογραφία Πλοήγηση και Θαλάσσια Γεωδαισία Τομογραφία της ατμόσφαιρας Ακρίβεια εντοπισμού (cm) Επίγειες Μέθοδοι Inertial Systems GPS Doppler SLR VLBI Απόσταση σημείων/σταθμών (km) 6