Evaluarea Moduluilui Gnss Ublox Neo M8n

EVALUAREA MODULUILUI GNSS UBLOX NEO-M8N

Cuprins

Introducere

I.Notiuni generale

I.1.Scurt istoric

I.2.Suprafete terestre

I.3.Elemente topografice ale terenului

II.Metode moderne de masurare

II.1.Statii totale

II.2.GNSS – Sisteme Satelitare de Navigatie Globala

II.3 Sisteme de masurare inertiale

III.Studiu de caz

III.1.Aparatura si softuri utilizate

III.2. Efectuarea masuratorilor si prelucrarea datelor

IV.Concluzii.

Introducere

Prin aceasta lucrare doresc sa evidentiez unele dintre aspectele cele mai evidente si mai folosite in practica topografica a zilelor noastre . Trecand peste notiunile generale care sunt necesare in orice domeniu si care fiind baza a tot ce se cerceteaza mai tarziu , sunt necesare a fi intelese cel putin la nivel conceptual , voi trata elemente legate de instrumentele moderne folosite in topografie – statiile totale si Sistemele de Pozitionare globala.

La statiile totale voi evidentia unele din inovatiile cu care vin in plus fata de instrumentele optice clasice.

In ceea ce priveste Sistemele de Pozitionare Globala (GNSS) voi lua ca exemplu sistemul NAVSTAR GPS care este cel mai vechi si are cea mai extinsa retea. De asemenea marea majoritate a receptoarelor ( daca nu toate) sunt capabile sa receptioneze semnalele GPS , doar ultimele aparitii pe piata fiind capabile sa receptioneze si alte semnale.Aceste doua lucruri fac ca sistemul GPS sa fie un bun exemplu de prezentare a principiilor de functionare ale sistemelor GNSS.La acest capitol voi insista mai mult deoarece consider ca sistemele GNSS sunt viitorul in masuratorile terestre, impreuna cu imaginile satelitare.

De asemenea voi trata cateva elemente legate de planul topografic care desi ca principii si teorie este redus in marime , ramane cel mai important rezultat al masuratorilor terestre , un rezumat al muncii efectuate de topograf din care se pot extrage majoritatea datelor necesare in proiecte din cele mai variate domenii.

Mai apoi la studiul de caz voi incerca sa evidentiez cateva aspecte legate de post-procesarea datelor GPS si mai apoi modul in care softurile de tip CAD si nu numai imbunatatesc viteza si capacitatea de redare grafica a datelor colectate precum si modul in care ajuta la interpretarea datelor astfel redate.

In sfarsit voi incerca sa fac o mica incheiere prin care sa trag cateva concluzii referitoare la cele prezentate.

I.Notiuni generale

I.1.Scurt istoric

Masuratorile terestre au rolul de a determina forma precum si dimensiunile pamantului, si de redare pe plan a suprafetelor astfel determinate . Aceasta redare a aparut datorita nevoilor de organizare a multor activitati economice , militare , administrativo-politice care activitati aveau nevoie de informatii privitoare la extinderea si continutul teritoriului , aici intrand atat detaliiile naturale cat si cele artificiale. Reprezentarea tuturor acestor detalii se face in mod conventional prin planuri si harti . Pentru obtinerea acestora se folosesc proiectii care reduc toate obiectele reprezentate la planul orizontal si in acelasi timp se reduc dimeniunile obiectelor cu un anumit numar de ordine(la scara) , in functie de cerinte.

Marturii ale preocuparilor pe care le-au avut oamenii pentru masuratorile terestre apar inca din antichitate: marea piramida din Gaza construita cu aproape 3 milenii i.H , este de forma perfect patrata orientata pe directia punctelor cardinale , o pictura din Teba arata oameni care masurau pamantul cu o sfoara cu noduri echidistante – tot atunci sumerienii aveau tablite care tineau evidenta proprietatilor. Treptat au inceput sa apara si detalii ale pamantului in ansamblul sau prin prima determinare a razei pamantului (Etatostene).

O perioada foarte importanta de timp pentru masuratorile terestre este Evul Mediu in care au loc mai multe evenimente:

-Galileo Galilei inventeaza luneta deschizand drumul catre observatiile astronomice

-Newton descopera legea gravitatei si astfel creeaza conditiile pentru deducerea formei elipsoidale a Pamantului

-se introduc proiectiile cartografice de catre Mercator

-se descopera logaritmii

-se se descopera metoda triangulatiei

Epoca moderna a avut mai mult rol de a determina dimensiunile elipsoidului si a introduce metode de compensare riguroasa ( metoda celor mai mici patrate). Mai tarziu s-a concretizat notiunea de geoid evidentiind nevoia unor noi stiinte: gravimetria si geodezia fizica . Mai tarziu odata cu dezvoltarea capacitatii de a zbura(balonul) si de a face fotografii a aparut o noua stiinta: fotogrametria.

Perioada contemporana a adus si ea schimbari importante odata cu dezvoltarea accelerata care a suferito fizica : posibilitatea masuratorilor prin unde , ceea ce a dezvoltata atat masuratorile terestre (ex. statia totala) dar a facut posibila si extinderea metodelor de masurare cu vehiculele satelitare-aici intrand teledetectia satelitara si sistemele de pozitionare globala.

Odata cu dezvoltarea masuratorilor terestre s-au dezvoltata si instrumentele de masurat. De la instrumente rudimentare precum o cruce de lemn cu fire de plumb folosita de egipteni , la sistemul de kilometraj folosit de romani care folosea un vehicul cu roti ce punea cateo piatra la o rotatie,o contributie majora au avuto arabii care au inventat instrumente topografice cu cerc gradat pentru masurarea unghiurilor.Astfel s-a deschis calea catre determinarea prin coordonate polare. Acestea impreuna cu luneta lui Galilei care a permis vizarea punctelor la distanta mai mare se poate spune ca reprezinta “scheletul” aparatelor topografice care sunt utilizate astazi.

In sec.XIX-XX se pun bazele firmelor producatoare de aparatura topografica moderna: Zeiss,Wild Heerbrugg,Leica(care se deosebeste prin calitatea lentilelor , fiind de altfel si produator de aparate fotografice).

In epoca contemporana se introduce masurarea prin unde aparand astfel aparatura de tip statie totala si cea GNSS(Sisteme Satelitare de Navigatie globala).De asemenea acum apar si instrumente de prelucrare a datelor masurate: calculatoare, softuri si de redare a datelor prelucrate si a reprezentarilor : imprimante si plottere.

In romania preocupari pentru masuratorile terestre au existat in Transilvania impulsionate de imperiul Austro-Ungar, in Moldova si Valahia au aparut reprezentari cartografice efectuate de D. Cantemir si Constantin Cantacuzino. Bazele unei preocupari sistematice in domeniul masuratorilor terestre au fost puse in Romania de catre Gh. Asachi si Gh. Lazar care au infiintat Scoli de ingineri Hotarnici. Aceasta preocupare a fost mai apoi extinsa de catre Serviciul Topografic Militar infiintat de Al. I. Cuza . Incepand cu anul 1951 s-a creat reteaua geodezica de stat ce s-a efectuat pe baza masuratorilor de precizie in domeniile:astronomie, geodezie si gravimetrie.In aceeasi perioada s-a realizat si reteaua de nivelment de mare precizie Marea neagra 1975.

In ultimii ani in Romania se observa 4 mari directii/nevoi in domeniu :

-introducerea cadastrului

-realizarea retelei geodezice GPS

-realizarea masuratorilor pentru determinarea riguroasa a geoidului pe teritoriului Romaniei

-elaborarea unor reguli/norme generale care saduca la omogenizarea lucrarilor pe teritoiul tarii

I.2.Suprafete terestre

In domeniul masuratorilor terestre se deosebesc 3 suprafete terestre(figura 1 ):

-geoidul

-elipsoidul

-suprafata fizica(topografica)

Fig.1 – Suprafete terestre

Geoidul- este definit ca suprafata determinata de prelungirea suprafetei linistite a marilor si oceanelor prelungite sub scoarta terestra. Este o suprafata neregulata cu caracteristica ca este perpendicular pe verticala locului(directia firului cu plumb). Se foloseste pentru masurarea altitudinilor de pe suprafta topografica.

Elipsoidul- suprafata geometrica care aproximeaza cel mai bine goidul, este obtinut prin rotirea elipsei in jurul axei mici care este paralela cu axa Pamantului.

Suprafata topografica- este reprezentat de suprafata terenului natural avand deci o forma neregulata.

La noi in tara este folosit elipsoidul Krasovski. Parametrii lui sunt:

-semiaxa mare a=6378245m

-semiaxa mica b=6356863

-turtirea 1/298.3

In timp au mai fost folositi urmatorii elipsoizi :

Tabel 1 –Parametri elipsoizi folositi in Romania

Un punct este definit pe elipsoidul de rotatie prin coordonate geografice:latitudinea si longitudinea.

Latitudinea (B) este unghiul format de normala la aelipsoid cu planul ecuatorului

Longitudinea (L) este unghiul diedru dintre meridianul ce trece prin punctsi meridianul de origine al elipsoidului ( meridianul Greenwich).

Fig.2 – Elipsoidul de rotatie

I.3.Elemente topografice ale terenului

Pentru reprezentarea terenului pe planuri si harti se efectueaza o descompunere a elementelor masurate in unghiuri si elemente liniare masurabile. Astfel se obtin elemente topografice ale terenului in plan vertical si in plan orizontal.

In plan vertical avem:

-aliniamentul – o linie sinuoasa care este reprezentata de intersectia terenului cu planul vertical

-distanta inclinata(Lmn) – linia dreapta ce uneste punctele masurate

-distanta redusa la orizont(Dmn) – proiectia in plan a distantei inclinate(aceasta este distanta ce va fi reprezentata pe planuri/harti)

-unghiul de panta (α)– unghiul facut de distanta inclinata cu proiectia sa in plan orizontal

-unghiul zenital (Z)– reprezinta unghiul facut de distanta inclinata cu verticala locului

-cotele punctelor (Hn,Hm)– distanta de la planul de cota 0 la planurile orizontale care trec prin punctele masurate

Fig.3 – Elemente verticale ale terenului

In plan orizontal avem:

-distanta redusa la orizont(cea din elementele verticale )

-unghiul orizontal – unghiul dintre doua distante reduse la orizont ce au un punct comun

-orientarea topografica – unghiul orizontal facut de directia nord cu directia aliniamentului dat.Exista orientare directa si orientarea inversa care difera cu 200g

Fig.4 – Orientarea topografica

II.Metode moderne de masurare

II.1.Statii totale

Statiile totale fac parte din generatia noua a instrumentelor topografice avand, in principiu , functionalitatea unui tahimetru clasic . Aparitia perfectionarea continua , raspandirea si folosirea lor aproape in exclusivitate, ca si confirmarea avantajelor de precizie , de confort in manevrare si randament , au facut din statiile totale simbolul activitatii topografului modern. Statiile totale(ST) sunt instrumente electronice capabile sa determine in teren majoritatea elementelor topografice (unghiuri, distante, diferente de nivel, suprafete), sa efectueze prin intermediul unor softuri integrate numeroase calcule topografice si sa stocheze datele din teren in memorii electronice. Denumirea generica de statii totale sau inteligente s-a impus din literatura straina, prin publicatiile de specialitate editate in limbile producatorilor de instrumente (engleza, germana).

Aspectul unei statii totale si conceptul mecanic care permite reglarea in statie, vizarea, se fac ca la un instrument optic clasic. Diferentele apar in interior prin componentele electronice de calcul si stocare informatii, metoda de marcare a cercurilor pentru masurarea unghiurilor, precum si modul in care se face determinarea distantei prin folosirea undelor difera fata de instrumentele optice clasice.

Fig. 5 – Partile componente ale statiei LEICA TCR403

1) Colimator

2) Lumina de ghidare EGL (optional)

3) Surub de miscare fina pe verticala

4) Baterie

5) Distantier pentru Bateriile GEB111

6) Capac baterie

7) Ocular, clarificare reticul

8) Focusarea imaginii

9) Maner de transport detasabil

10) Interfata seriala RS232

11) Surub de calare

12) Obiectiv cu EDM (Electronic Distance Measurement) incorporat

13) Display

14) Tastatura

15) Nivela sferica

16) Tasta On/Off

17) Tasta tragaci -Trigger key

18) Surub de miscare fina pe orizontala

Cercurile se marcheaza prin mai multe variante:

-coduri optice pe piste concentrice avand o codificare binara de tip fascicolul luminos trece/nu trec seriala RS232

11) Surub de calare

12) Obiectiv cu EDM (Electronic Distance Measurement) incorporat

13) Display

14) Tastatura

15) Nivela sferica

16) Tasta On/Off

17) Tasta tragaci -Trigger key

18) Surub de miscare fina pe orizontala

Cercurile se marcheaza prin mai multe variante:

-coduri optice pe piste concentrice avand o codificare binara de tip fascicolul luminos trece/nu trece pt a produce un semnal.Determinarea fractiunilor se face printr-un proces de interpolare.

-prin raster de linii – se obtine o alternanta de bariere dispuse radial prin care lumina poate trece.Se obtin precizii de +/-50cc iar prin interpolare chiar si mai mici.

-circuite cu cuplare de sarcina – convertesc lumina in sarcini electrice.Acest din urma sistem permite obtinerea unor precizii care ajung pana la +/-2cc.

Interpolarea la marcajele mentionate se realizeaza prin 2 metode:

-metode interferentiale – constau in observarea franjelor de egala masura.

-micrometre electronice – au ca indice de citire o dioda dubla care realizeaza automat coincidenta cu o lamela cu fetele plane paralele actionata de catre un motor.

La statiile totale apare un nou tip de nivela, electronica care apare pe display-ul statiei. Are aspectul a doua nivele torice iar orizontalizarea o realizeaza prin intermediul unor senzori optici.

O alta noutate este reprezentata de catre compensator. Acesta este un dispozitiv care corecteaza efectul de neverticalitate al axului principal , in limita unei erori de ~4’-5’.Componentele inclinarii in plan vertical si orizontal se aplica automat directiilor inainte de inegistrarea masuratorilor.Daca inclinatia aparatului depaseste limita suportata de compensator atunci statia opreste capacitaea de a face masuratori si “cere”refacerea calarii.

Microprocesorul unei statii totale este cnsiderat”creierul” acesteia si are functii multiple:

-rezolvarea de operatii matematice definite de software-ul statiei si care pot fi:medii de masuratori,compensari de unghiuri in tur de prizont, calculul diferentelor de nivel sau al distantelor reduse la orizont, calculul coordonatelor unui punct, intersectii diferite precum si alte asemenea calcule care depind si de software-ul instalat pe fiecare statie totala

-determinarea corectiilor de adus unghiurilor cu ajutorul compensatoarelor bi/triaxiale.

-monitorizarea statiei – stadiul calarii aparatului,monitorizarea erorilor de functionare,prelucrarea informatiilor proenite de la senzorii de temperatura si presiune atmosferica etc

Dispozitivul EDM(Electronic Distance Measurement) – permite masurarea electronica a distantelor folosind undele electromagnetice . Sunt folosite 2 tipuri de unda :purtatoare de semnal(lungime de unda mica) si semnale care efectueaza efectiv masuratorile(lungimi de unda mare).

Exista 2 moduri in care se pot face masuratorile:

1.Prin diferente de faza – unde unda este emisa continuu iar distanta se determina din diferenta de faza a undei reflectate

2.Prin timpul in care impulsul parcurge dublul distantei . Pentru aceasta este folosit doar un impuls.

Unele modele de statii beneficiaza de ambele moduri de masurare putand fi ales de catre operator cel care e considerat mai avantajos la momentul efectuarii masuratorilor .

Alte specificatii importante pentru statiile totale si unele din avantajele cele mai importante sunt prezenta memoriei care poate fi integrata sau externe(carnete electronice de teren) si afisajul statiei care ofera o interfata intre date si operator. Astfel operatorul poate face in timp real verificari si modificari de masuratori daca e necesar cu un efort minim. De asemenea la generatiile noi de statii totale afisajul este atat de performant incat bineinteles ca prin intermediul softului se pot realiza chiar si schite ale elementelor masurate direct din teren pe care operatorul le poate interpreta in timp real pentru a efectua masuratori suplimentare daca este cazul.

Cele mai avansate statii totale ale momentului sunt cele cele motorizate care au ATR(automatic target recognition) care detecteaza automat prisma fiind posibil astfel sa se efectueze masuratorile de catre o singura persoana. Contrar asteptarilor insa acest tip de statii nu s-a impus pe piata deoarece au costuri ridicate de achizitie si realitatea este ca e necesar mai mult de o persoana in teren pentru identificarea de puncte vechi, marcarea celor noi, intocmirea schitei etc. Avantajele insa raman ea putand fi folosita si in mod semi-automat facandu-se o vizare relativa a punctului urmand mai apoi ca statia sa efectueze calibrarea de precizie eliminand astfel eventualele erori personale de vizare.

Pe langa toate avantajele unei statii totala exista si un dezavantaj: bateria . Operatorul trebuie sa verifice starea bateriei inaintea unei sesiuni de masuratori si sa o incarce daca este cazul sau eventual sa detina o baterie de rezerva.

Toate aceste caracteristici fac ca statiile totale sa asigure precizii mult superioare aparatelor clasice. In Tabelul 2 se da o astfel de echivalenta a erorilor de masurare cu statia totala:

Tabel 2 – Echivalenta erorilor de masurare cu statia totala

Programele uzuale prezente in statiile totale sunt:

-drumuire cu radiate

-trasare

-poligonatie

-arie plana

-retroointersectie

-linie de referinta

-puncte inaccesibile

Precizia de masurare ridicata, timpul scurt de masurare, stocarea datelor, eliminarea majoritatii erorilor personale ,aplicatiile topogeodezice de rezolvare in teren a unor probleme uzuale , elemente de corectie introduse automat sau manual, etc au facut ca in prezent statia totala sa detina pozitia dominanta in lucrari de ridicare si trasare .

II.2.GNSS – Sisteme Satelitare de Navigatie Globala

Cu sisteme de pozitionare bazate pe sateliti artificiali pot fi astazi realizate numeroase probleme de navigatie pe uscat, pe apă și in aer. Astfel de sisteme, care au ajuns în fază finală de realizare, oferă în anumite condiții precizii de pozitionare in ,domeniul milimetrilor, motiv

pentru care aceste sisteme de navigație pot fi utilizate in mod foarte eficient si in aplicatii geodezice curente.

Sistemele de pozitionare cu sateliti au aparut ca urmare a dezvoltarrii programelor spatiale ale SUA si URSS.Datorita efectului doppler atunci cand intre emitator si receptor apare o miscare relativa frecventa unei oscilatii variaza.Acest principu a fost folosit pentru primele sisteme de navigatie.S-a observat ca din statii de la sol puteau fi determinate elementele orbitale ale unui satelit si prin reversul fenomenului s-a tras concluzia ca in acelasi mod pot fi determinate pozitiile unor statii de la sol folosind satelitii.Astfel s-a realizat de catre SUA primul sistem de navigatie: “Transit” devenit activ in 1964 doar pentru armata si deschis pentru operatiuni civile in 1967 .

Acesta fiind punctul de plecare si analiza preciziilor oferite de sistem si deci a beneficiilor care decurgeau de aici s-au realizat sisteme noi de pozitionare satelitara in SUA si URSS: NAVSTAR-GPS respectiv GLONASS.Aceste sisteme desi au fost concepute independent , in ziua de azi se folosesc impreuna imbunatatind datele obtinute de utilizatori.

Cel mai utilizat sistem insa este sistemul NAVSTAR-GPS la care ma voi referi in continuare ca GPS.

Istoria sa incepe in 1973 cand Ministerul Apararii din SUA a comandat un sistem care sa asigure atat aflarea pozitiei si vitezei unui obiect aflat in miscare cat si informatii de timp de precizie ridicata.Ambele cerinte trebuiau sa fie la dispozitia utilizatorului in timp real.De asemenea tinand cont ca era un produs comandat de Armata se cerea sa poata funtiona independent de starea vremii,non-stop si in orice punct al globului.Paspunsul la aceste cerinte a fost sistemul NAVSTAR-GPS.

Ca urmare a cerintelor mai sus amintite in proiectarea sistemului s-a tinut cont de urmatoarele caracteristici:

-orbite satelitare inalte pentru numar redus e sateliti si stabilitate ridicata pe orbite

-orbite satelitare inclinate pentru o acoperire mai buna a zonelor dinspre poli

-repartizarea pe orbite uniforma a satelitilor –acoperire completa cu efort minim a Pamantului

-orbite satelitare simetrice – asupra satelitilor actioneaza aceeasi factori deci constelatia e stabila

Dupa faza de proiectare au urmat alte 3 faze:

-1974-1979 – verificare si testare-s-au lasnsat primii sateliti si a fost evaluata partea de costuri

-1979-1985 – dezvoltarea sistemului prin lansarea de noi sateliti. De asemenea s-au realizat receptoare adecvate.

-1983-1994 – faza de definitivare:s-a completat integral sistemul prin lansari de noi sateliti;s-a continuat in paralel si dezvoltarea receptoarelor.

Sistemul GPS este compus din 3 segmente:

1.Segmentul spatial

2.Segmentul de control

3.Segmentul utilizator

Fig.6 – Segmente sistem GPS

Segmentul spatial a fost gandit cu urmatoarele caracteristici:

-24 de sateliti

-6 plane orbitale

-inaltimea orbitala de 20200km

-satelitii transmiteau unde radio codificate

-21 de sateliti erau considerati operationali iar 3 de rezerva(acestia insa emit si ei semnale radio)

-planurile satelitilor sunt inclinate la 55° fata de planul ecuatorial

-orbite aproape circulare cu perioade de revolutie de ~12 ore

-satelitii isi modifica momentele de aparitie cu 4 minute mai devreme in fiecare zi

-la o elevatie de peste 15° se pot observa in orice moment intre 4 si 8 sateliti de pe orice punct de pe glob

Satelitii sistemului au fost de mai multe tipuri de-a lungul tipului, ei imbunatatind-usi specificatiile cu fiecare nou tip de satelit.

Sateliții din generația "Block-I" au fost satelili prototipi, concepuți pentru faza de testare și dezvoltare (1978 – 1985). Greutatea lor era de 845 kg și erau prevăzuli pentru o durată de funcționare de 5 ani. Primul satelit de tip Block-I a fost lansat în februarie 1978, iar ultimul din cei Il prevăzuți, în octombrie 1985. In general satelilitii din această generație au îndeplinit durata lor de funcționare, mulți dintre ei chiar au depășit-o, astfel încât în anul 1993 erau încă funclionali satelili lansali în perioada 1983-1985.Satelilii din generația "Block-II" se deosebesc esențial de satelilii din generalia precedentă, prin faptul că aveau implementate tehnicile de protecție SA – Selective Availability și AS – Anti Spoofing, asupra cărora se va reveni. Primul satelit din această generalie, În greutate de cca. 1500 kg a fost lansat În februarie 1989, durata lui de funcționare fIind estimată la cca. 7,5 ani. La bordul fiecărui satelit din "Block-I1" se află 4 ceasuri atomice, două cu Cesiu și două cu Rubidiu. Sateliții din generația "Block-llA" (A are semnificatia "Advanced" – îmbunătățit) sunt dotați cu posibilitatea de comunicare satelit-satelit. Primul satelit din această generație a fost lansat în noiembrie 1990. Sateliții din generația UBlock_IIRH (R are semnificația "Rcplcnishmcnt" ….. Înlocuire) asigură facilitatea de măsurare a distanței satelit-satelit – tehnica SSR (Satelit-ta-Satelit Ranging), iar ceasurile atomice (Maser-Hidrogen) sunt cu un ordine mărime mai precise. Greutatea lor este de 2000 kg, iar durata de viată este estimată la 10 ani. Lansarea satelitilor din această generație a început în anul 1995. Sateliții din generația "Block-ITFu (F are semnificația "Follow on" … continua) vor fi lansați in perioada 200 l ~ 201 O. Se preconizează că această generație va dispune și de sisteme inerțiale de navigație.

Sarcina satelitilor este de a transmite semnale care sa poata fi folosite de utilizatori.Pentru a realiza acest lucru un satelit este dotat cu ceasuri precise, microprocesor si antena pentru transmisia semnalelor.

Tabelul 3. Caracteristicile semnalelor GPS

Codul P si C/A sunt defazate cu 90°unul fata de celalalt.Frecventa la care se repeta este de 1ms pt. codul C/A si 267 de zile pentru P.Aceasta din urma este divizata in asa fel incat fiecare satelit are propria sa parte de cod.

Ceasurile folosite sunt de inalta precizie de tipul rubidiu,cesiu si hidrogen-maser.

Secventa de cod P este echivalenta cu o distanta de 50m redusa prin interpolare la sub 1m, pe cand codul C/A este echivalent cu o rezolutie de 300m.P moduleaza ambele purtatoare (L1 si L2) iar C/A doar L2.

Figura 7 – Structura semnalului GPS

Intregul mesaj este divizat în 5 subsegmente, fiecare constand in zece cuvinte. Fiecare cuvant are 30 biti fiecare.

Subsegmentul 1: contine parametri de corectie de ceas pentru a da utilizatorului informatii despre corecțtia de timp GPS și coeficientii unui model de propagare prin ionosfert pentru utilizatori monofrecventa.

Subsegmentul 2-3:contine efemeridele satelitului precalculate din informatiile statiilor terestre de urmarire. Pe baza acestor parametri se poate calcula pozitia satelitului, intr-un sistem geocentric de coordonate.

Subsegmentul 4: este rezervat pentru mesaje alfanumerice ale unor aplicatii viitoare.

Subsegmentul 5: contine datele de almanah pentru un satelit. Acest subsegment contine in mod

succesiv almanahul a 25 sateliti. Culegerea unui almanah complet necesita maximum 12,5 minute.

Masurarea cu codul P pe ambele frecvente permite si determinarea corectiei de refractie

în troposfera.

Segmentul de control are urmatoarele atributii:

-calcularea efemerielor satelitilor

-determinarea corectiilor pentru acestea

-supravegherea ceasurilor satelitare

-transmiterea mesajelor de navigatie catre segmentul satelitar

-controlul general al sistemului

Segmentul de control este format din:

-statiile monitor

-statiiile master

-pozitiile precise ale satelitilor si corectiile de ceas

-statiile folosite pentru actualizarea memoriei satelitilor si retransmiterea subsecventa de la satelit la utilizator

Algoritmul procesare a datelor in segmentul de control este urmatorul: se preiau datele de la statiile monitor(cu coordonate precis determinate) ,se transmit aceste date la statia master,punct in care sunt precalculate orbitele satelitilor si corectiile de ceas ,acestea sunt mai departe transmise satelitilor.

Pentru sincronizarea ceasurilor statia master este legata de timpul standard al Observatorului Naval al USA.

Figura 8 – Statiile master/monitor ale sistemului GPS

Segmentul utilizator se refera la echipamentele si echipamentul de birou aferent , necesare pentru achizitia si prelucrarea datelor si respectiv post-procesarea acestora.

Receptoarele GPS sunt compuse din antena cu accesorii, receptorul propriu-zis, bateria si bastoanele de masurare.In componenta echipamentului de birou intra computerele, softurile de post-procesare,medii de stocare a datelor si echipamente de printare a datelor prelucrate.

Important de retinut e faptul ca antena nu receptioneaza semnalul de la satelit in centrul fizic ci in centrul de faza , care variaza in functie de constructia antenei si incidenta semnalului satelitar.Dupa ce sunt amplificate semnalele sunt transmise la receptor.Prin prelucrare se determina timpul de propagare a codului C/A sau P.Receptoarele geodezice sunt capabile sa faca si masuratori de faza pe unda purtatoare.

Toate aceste date sunt stocate de receptor intr-un anume format. Pentru o mai buna gestionare a datelor s-a apelat la formatul RINEX.

RINEX("Receiver Independent Exchange Format") a aparut tocmai din nevoia de a avea un format care sa poata fi folosit de toate softurile de procesare a datelor GPS. El a aparut in urma campaniei de determinare EUREF89 unde au fost implicate mai multe tipuri de receptori , si a fost dezvoltat de Institutul Astronomic al Universitatii din Berna.

Aceasta uniformizare a formatului a fost posibila deoarece la origine se foloseau datele primite de la aceeasi sateliti iar softurile de procesare foloseau aceeasi parametri pentru procesarea datelor . Formatul e constituit din mai multe tipuri de fisiere ASCII :

-date de observatie

-date de navigatie

-date meteorologice

-date de navigatie glonass

-date referitoare la ceasul satelitilor si al receptorului

Fisierele de observatie sunt alcatuite din 2 parti:

Headerul care contine informatii despre:

-versiunea de rinex

-informatii referitoare la cine si cand a creat fisierul RINEX

-informatii despre antena

-informatii despre receptor

-pozitia aproximativa(XYZ-WGS84)

-inaltime antena

-informatii despre L1/L2

-tipuri de observatii(L1L2,C1 etc)

-intervalul de observatii GPS

-corectiile ceasului real-time

-numarul de sateliti observabili

-numarul de observatii pentru fiecare tip de observatii , pentru iecare satelit in parte

Partea propriu zisa de inregistrari:

-o parte care se refera la timpul observatiei,numarul de sateliti in observatia curenta, corectia timpului

-partea propriu zisa de inregistrari cu date pentru fiecare satelit,si informatii privind puterea semnalului.

Acestea sunt in mare informatiile care pot fi gasite in fisierele de observatii care reprezinta fisierul central al formatului RINEX.Pe langa aceste fisiere mai exista fisierele de navigatie(care au in principal date referitoare la orbita satelitilor in timp real-nu cea precisa care este calculata anterior momentului in care se fac observatiile) si fisierul meteorologic (cu date precum presiune, temperatura, umiditate relativa etc).

Fiind un sistem care se raporteaza la tot globul , sistemul GPS are nevoie sa foloseasca un sistem de referinta geocentric care sa fie fix in raport cu miscarea pamantului. Din acest motiv s-a adoptat Sistemul geodetic mondial 1984 , pe scurt WGS 1984. Poaitia satelitilor este data de coordonatele ortogonale X,Y,Z definite in felul urmator:directia Z este data de directia polului terestru, axa X este data de intersectia planului meridianului de referinta al WGS84 cu planul ecuatorului iar axa y este perpendiculara pe axa X si situata in planul ecuatorului.La acest sistem de coordonate este asociat elipsoidul GRS80 . Acesta are aceeasi origine cu sistemul cartezian. Pentru a fi folosite in diverse aplicatii coordonatele x si y din sistemul GPS pot fi usor transformate in coordonate geografice.Aceste transformari nu sunt singurele care se pot face. De asemenea se pot face trnsformari care sa utilizeze toate cele 3 suprafete terestre(topografica, elipsoidala, geoidul) . Pentru aceasta se mai foloseste si cota care este furnizata de catre sistemul GPS.

Figura 9 – Sistemul de referinta GPS

Un alt element foarte important al sistemului GPS este TIMPUL.Aici se observa doua componente ale timpului necesar pozitionarii GPS :

-unitatea de masura a timpului(secunda)

-originea determinata in timp (epoca)

Deoarece masuratorile GPS necesita o acuratete foarte mare pentru masurarea timpului secunda este definita nu ca o parte din timpul necesar Pamantului sa se roteasca ci ca o frecventa a unui element chimic(cesiu, rubidiu).

Figura 10 – Caracteristici ceasuri atomice

Sunt definite 3 tipuri de timp in geodezia satelitara:

-dinamic

-atomic

-sideral

Timpul dinamic descrie miscarea corpurilor intr-un sistem de referinta asadar este utilizat pentru generarea efemeridelor segmentului satelitar.Acest se misca conform cu teoria gravitationala (teoria relativitatii).

Timpul sideral este definit ca fiind unghiul orar al punctului vernal, eliberat de mișcările de precesie și nutație, reprezentînd de asemenea o măsură a rotației Pământului.In acest moment toate observatoarele astronomice sunt dotate cu orologii siderale de mare precizie. Timpul sideral reprezintă o măsură a rotației Pământului și poate fi determinat din observații asupra obiectelor cerești.

Pentru determinarea timpului sideral se foloseste timpul sideral aparent Greenwich(GAST) care reprezinta intersectia ecuatorului cu ecliptica adevarata.Alt timp sideral este timpul sideral mijlociu (GMST) – miscarea diurna a punctului vernal mijlociu. Se aplica o corectie zilei siderale pentru a ajunge la punctul vernal mijlociu: Eq.E = GAST –GMST

Figura 11 – Timpul sideral

GAST-timp sideral aparent Greenwich

LAST- timp sideral aparent local

GMST-timp sideral mijlociu Greenwich

LMST-timp sideral mijlociu local

Timpul atomic reprezinta scara de timp data de ceasurile atomice de mare precizie .Este definit Timpul Atomic International (TAI) adoptat ca timp de referinta la nivel mondial.Fiind bazat pe fizica nucleara acest timp reprezinta punctul de plecre pentru definirea tuturor altor scari de timp.Pentru a sincroniza TAI cu rotatia Pamantului se foloseste timpul universal coordonat-UTC care mai este cunoscut si ca GMT.

Acestea sunt principalele elemente care caracterizeaza sistemul GPS.Insa, in afara de acesta mai exista si alte sisteme de pozitionare globala cum ar fi GLONASS, GALILEO,COMPASS.De asemena exista si sisteme regionale:BEIDOU, DORIS,IRNSS,QZSS.

Dintre acestea pe deplin operationale sunt doar GPS si GLONASS.

Se observa ca in ultimul timp se dezvolta din ce in ce mai multe sisteme de pozitionare globala. Acest fapt nu poate duce decat la imbunatatirea preciziei de determinare a pozitiei din moment ce solutiile comerciale de receptoare permit achizitia de date de la mai multe sisteme GNSS.O mai buna evolutie a sistemelor GNSS se poate vedea in Figura 12

Figura 12 – Numarul de sateliti GNSS lansati

Toate aceste specificatii au un singur scop: determinarea de coordonate pentru puncte noi.Pentru aceasta sunr folosite mai multe metode de masurare .In primul rand se face diferenta intre masuratori statice si cinematice: la cele statice se stationeaza cu receptorul intr-un punct fix intr-o perioada de timp(sesiune de luucru), iar la cele cinematice cel putin un receptor este in miscare(rover).Aceasta din urma metoda necesita legatura in permanenta cu cel putin 4 sateliti.Mai apoi se face o diferentiere a masuratorilor in fucntie de numarul de receptoare utilizate:

Determinarea pozitiei unui singur punct – precizie de determinare scazuta datorita numeroaselor erori:refractia,erorile orbitelor,ale satelitilor etc.Acest tip de masuratori reprezinta o solutie de navigatie.

DGPS- Masuratori diferentiale – foloseste 2 receptoare (unul tinut fix intr-o statie cu coordonate cunoscute iar al doilea este mobil). In mod curent se transmit corectii in timp real a corectiilor distantelor de la satelit la statie de referinta . Foloseste formatul de transmitere a datelor denumit RTCM .

Determinarile relative ale pozitiilor punctelor – Prin masuratori simultane in doua puncte stationate cu echipamente GPS spre aceiasi sateliti, se poate determina vectorul baza intre cele doua statii, acesta fiind definit prin coordonatele relative X, Y, Z in sistemul WGS 84. Coordonatele unuia dintre punctele stationate sunt tinute de regula fixe, o eroare de 20 m in pozitionarea absoluta a punctului de referinta, afectand doar cu 1 ppm factorul de scara a retelei. Coordonatele celui de al doilea punct sunt apoi determinate functie de coordonatele punctului care au fost tinute fixe. Daca eroarea in pozitionarea absoluta apare la mai multe baze masurate, iar bazele trebuiesc transcalculate intr-o retea existenta, acest fenomen nu mai are importanta. Eroarea in factorul de scara este eliminata in acest caz printr-o transformare Helmert. In cazul interconectarii mai multor baze intr-o retea, numai un singur punct al retelei va fi considerat de referinta, deci cu coordonate absolute fixe. Exceptie fac situatiile cand sunt statioante puncte incluse in retele GPS fundamentale, de exemplu EUREF, a caror pozitionare absoluta este foarte bine cunoscuta, in care coordonatele acestor puncte sunt tratate ca puncte vechi in prelucrare.Precizia metodei relative de pozitionare este mult mai ridicata fata de pozitionarea unui punct singular. Prin combinarea datelor masurate in cele doua statii sunt eliminate numeroase erori, iar tehnica de protectie S-A (in prezent dezactivata) este substantial diminuata. La determinarea relativa a pozitiei punctelor, componentele vectorului baza sunt determinate dupa finalizarea masuratorilor, in cadrul procesarii la birou a datelor, intrucat sunt necesare datele masurate concomitent din ambele statii. Pentru o pozitionare relativa in timp real, este nevoie de un sistem de transmisie a datelor spre una dintre statii, unde are loc procesarea datelor concomitent cu desfasurarea masuratorilor.Preciziile care sunt cerute in aplicatiile geodezice, sunt atinse astazi numai prin metodele relative de pozitionare, efectuandu-se masuratori de faza asupra undelor purtatoare. Rationamentele prezentate pentru doua receptoare, pot fi extrapolate fara restrictie la folosirea mai multori receptoare, cu specificatia, ca una dintre statii va prelua functia de statie de referinta, fata de care se determina apoi pozitiile relative ale celorlalte statii.

Determinarile relative ale pozitiei punctelor se impart in 2 metode la randul lor:

Metoda statica de masurare – La aceasta metoda receptoarele din statia de referinta si din statiile noi sunt stationare pe parcursul unei sesiuni de lucru. Pentru a putea rezolva problema ambiguitatilor de la masuratorile de faza cu unda purtatoare, este nevoie de un timp indelungat de observatie. Durata unei sesiuni depinde de lungimea bazei care se masoara, de numarul satelitilor receptionati si de geometria constelatiei satelitare, ea putand varia pentru o baza de 1 -15 km intre 30 minute pana la 2 ore. Ca o estimare empirica a preciziei in masuratorile realtive, se poate considera ± 5 mm (3mm) +1 ppm din lungimea bazei. Aceasta metoda este metoda principala pentru crearea reteleor geodezice de sprijin.O reducere substantiala a duratei sesiunilor de lucru la 5 – 20 minute pentru o sesiune, este atinsa cu metoda 'Rapid-static', fiind folosite unele proceduri modificate pentru estimarea ambiguitatilor. Metoda ofera rezultate foarte bune la determinari de baze scurte (maxim 5-10 km), cu constelatii satelitare foarte bune si cu receptoare care masoara pe ambele frecvente. Precizia potentiala este estimata la (± 5 mm +1 ppm). Metoda este des utilizata la indesirea reteleor de sprijin si in reperajul fotogrametric.

Figura 13-Metoda statica si rapid-statica

Metoda cinematica de masurare – Metoda cinematica este de obicei utilizata pentru masuratori de detaliu, inregistrarea traiectoriilor, etc., desi odata cu aparitia metodei RTK popularitatea ei este pe o panta descrescatoare.Tehnica implică mutarea receptorului mobil (rover) a carui pozitie poate fi calculata relativ la receptorul fix (baza).In primul rand, mobilul trebuie sa îndeplineasca ceea ce este cunoscut ca initializare. Aceasta este în fond acelasi lucru ca si a masura un punct cu metoda static rapida și a permite soft-ului postprocesarea pentru rezolvarea ambiguitătii odata ajunsi la birou. Baza si mobilul sunt porniti și raman nemiscati pentru 5-20 de minute, inregistrand date. Timpul de stationare depinde de lungimea bazei de la receptorul fix și de numarul satelitilor observati. Dupa aceasta perioada, mobilul poate fi mutat nestingherit. Utilizatorul poate înregistra pozitiile la o rata de inregistrare predefinita, poate înregistra poziții distincte, sau o combinatie a celor doua. Aceasta parte a masuratorii este denumita în mod comun lantul cinematic. Un aspect important a fi urmarit este acela ca pe parcursul masuratorii sa se evite apropierea de obiecte care ar putea bloca semnalul satelitilor spre receptorul mobil. Daca oricand pe parcursul masuratorii mobilul observa mai puțin de 4 sateliti, masuratoarea trebuie oprita, receptorul trebuie mutat într-o pozitie in care 4 sau mai mulți sateliti sunt observati si trebuie refacuta initializarea inainte de continuarea masuratorilor.

II.3Sisteme de masurare inertiale

Urmatorul pas in dezvoltarea aparatelor de masura il reprezinta asa-zisele IMU(Inertial Measurement Unit) sau Sisteme de Masurare inertiale. Acestea sunt o combinatie de diferiti senzori:

-un giroscop

-un accelerometru

-o busola

In principiu combinatia de giroscop si busola ofera o directive in spatiu iar accelerometrul permite masurarea distantei parcurse de dispozitiv .Astfel plecandu-se de la un punct din spatiu de coordonate XYZ (care spre exemplu poate fi obtinut prin masuratori GNSS) se estimeaza directia si distanta prin intermediul procesarii datelor de la senzori de catre un processor si se obtin coordonatele noii pozitii in care este sistemul.

Acest tip de sisteme reprezinta perechea perfecta pentru o combinatie cu sistemele de tip GNSS : principalul atu este faptul ca se poate folosi in spatii inchise de exemplu sau aglomerari urbane neavand(spre deosebire de sistemele GNSS) nevoie de acces la deschidere spre cer .

Ca orice system insa si IMU au un dezavantaj: sufera de erori cumulative.Aceasta deoarece asa cum am zis mai devreme pentru a calcula o pozitie noua are nevoie de pozitia veche, iar daca pozitia veche are o eroare(si orice tip de sistem are erori ) pozitia noua va avea acea eroare plus eroarea care se adauga la noul vector.Una dintre metodele folosite pentru a reduce din aceasta eroare este folosirea de diverse filtre dar aceasta nu garanteaza o eliminare totala a acestora ci doar o acumulare mai lenta. De aceea folosirea in tandem cu un system GNSS este destul de eficienta sistemul GNSS profitand pe segmente unde nu are vizibilitatea necesara de ghidarea prin IMU iar pe de alta parte sistemul IMU primeste corectii ale pozitiei in momentul in care sistemul GNSS revine cu o solutie fixa corectand astfel erorile cumulative si resetand valoarea acestora la 0.

Un alt motiv pentru care este recomandata folosirea in tandem IMU/GNSS este faptul ca pentru calcularea pozitii de catre IMU este essential sa se stie timpul exact iar receiverul GNSS este modul perfect in care se asigura masurarea timpului.

In ultima perioada s-a inceput integrarea de sisteme de tip IMU in instrumente tipice masuratorilor terestre un exemplu fiind Trimble R10.Un alt mod in care sunt folosite sistemele inertiale este de exemplu pentru culegerea de date de tip aerofotograme acest tip de senzori oferind informatii despre inclinarea avionului fata de axa verticala.

Datorita faptului ca sunt predispuse la erori cumulative IMU nu se pot folosi in mod individual-cel putin pentru aplicatii care cer precizie mare- dar sunt o aditie binevenita pentru sistemele GNSS aceasta combinatie avand potentialul de a elimina complet nevoia de folosire a statiilor totale de exemplu.Dezvoltarea lor la nivel de produtie de masa permite de asemenea sa imbunatateasca un alt aspect : posibilitatea de imbunatatire a achizitiei de date cu sisteme de tip drone care au cunoscut o dezvoltare fulminanta in ultimii ani iar unul dintre aspectele care au facut posibil acest lucru este chiar accesul la sisteme IMU performante la costuri din ce in ce mai scazute , facand posibila stabilizarea dronelor de tip multicopter de exemplu.

III.Studiu de caz

III.1 Aparatura si softuri utilizate

Din moment ce aparatele folositepentru a executa toata gama de masuratori terestre au devenit de-a lungul timpului din ce in ce mai performante, intr-o evolutie oarecum fireasca, la momentul actual am putea spune ca cel mai precis si cu cele mai mari perspective de folosire in viitor (datorita investitiilor masive in domeniu care se fac de catre toate statele importante ale lumii ) mod de a efectua masuratori este bazat pe masuratori efectuate cu sistemele satelitare de navigatie globala iar in viitor tendinta este aceea de a combina aceste masuratori cu sistemele inertiale de masurare.

Pentru acest studiu de caz am ales o evaluare a unui modul GNSS produs in volume mari . Un asa-zis modul low-cost care are ca intrebuintare principala integrarea in sisteme mobile avand ca principal atu un consum foarte scazut de energie . Astfel el este folosit in domenii ca telefonia mobila, urmarirea flotelor de autovehicule, generare timp de precizie folosind sistemul GPS pentru celule GSM sau alte aplicatii care cer o precizie mare de masurare a timpului(de ordinal nanosecundelor).

La ora actuala exista foarte multi producatori pe piata care ofera acest tip de module dar majoritatea lor se bazeaza doar pe masuratori ale codului C/A, implicit oferind doar masuratori ale sitemului GPS ca urmare aceste module oferind doar o precizie de ordinal metrilor. In ultimii ani au aparut module din aceasta gama care ofera si masuratori GlONASS sau chiar BEIDOU si support viitor pentru GALILEO. De asemenea se ofera acces si la sisteme de augmentare SBAS.

O schimbare importanta a venit in momentul in care unele companii au inceput sa ofere si masuratori ale undei purtatoare facand astfel (theoretic) posibil accesul la un pret scazut la masuratori de precizie cu potential de precizie de ordinal centrimetrilor.Exemple de companii care ofera astfel de module sunt:u-blox, NVS Technologies, SkyTraq etc. O caracteristica principal insa ramane faptul ca majoritatea produselor se axeaza pe masuratori doar ale sistemului GPS, chiar si in cazul in care se ofera de exemplu Glonass, masuratorile se pot face insa folosind doar un sistem la un moment dat. Singurele module capabile sa ofere masuratori concomitent (pe care am fost eu capabil sa le gasesc) pentru 2 sisteme de pozitionare sunt NV08C-CSM de la NVS Technologies si mai nou seria M8 de la u-blox.

Fiind un produs mai nou pe piata am ales M8 pentru a face evaluarea performantelor unui astfel de sistem . Motivele pentru care am facut aceasta alegere sunt in primul rand faptul ca poate oferi masuratori simultane GPS/GLONASS si faptul ca au o reputatie de produse de calitate pe segmentul de piata in care sunt prezenti.

Din motive de pozitionare a produselor (pret, domeniu de folosinta etc) u-blox ofera mai multe variante ale lui M8 eu alegand pentru teste varianta NEO-M8N petru ca prezinta unele urmatoarele caracteristici:

-oscilator intern de tip TCXO (mai precis decat cel de tip crystal) care permite o demodulare precisa a semnalului GNSS

-LNA additional

-RTC ceas in timp real

-este programabil(memorie de tip Flash)

-suport viitor pentru sistemul Galileo.

Fiind un produs destinat integratorilor industriali, modulul( Fig.21) trebuie integrat pe o placa de evaluare .

Fig.21 – Modul u-blox

Placa aleasa de mine este prezentata in Fig.22 si Fig.23

Fig.22-Placa fata Fig.23 Placa verso

Motivele pentru care am ales aceasta placa sunt:

-conector antenna SMA care este foarte folosit pentru antenel GPS/GNSS de volum

-port de comunicatii USB , pentru usurinta in folosire si de asemenea raspandirea foarte larga in aproape toate dispozitivele electronice de tip PC si posibilitatea de alimentare a moduluilui cu energie

-posibilitatea de atasare a unei surse separate de energie

-slotul atasat pe verso pentru baterie care permite un start mai rapid al modulului prin pastrarea almnahului.

Ca antena am folosit o antena de tip dielectric , de tip activ .Modelul este Superbat GA-30-300-S01SP si este prezentat in Fig.24 si Fig.25.

Fig.24-Antena verso Fig.25-Antena

Principalele caracteristici ale antenei sunt:

-frecventa 1574-1610MHz

-centru de frecventa 1590MHz

-latime de banda 50MHz minim la -10dB

-castig LNA(amplificatory cu zgomot redus) 32db

-polarizare RHCP (polarizare dreapta deci reduce din efectul de multipath de tip LHCP )

-castig semnal 5dBic Min/1574MHz. 4dBic Min/1602~1616MHz

-domeniul de acoperire al castigului semnalului : ≥- 4dBic at -90°~90° (pentru 75% volum)

-factor de zgomot 1.5db

-voltaj de functionare 2.7V/3.0V/3.3V/5.0V/3.0V to 5.0V

-putere maxima consumata 10mA

-dimensiuni 49/39/15mm

-temperatura de functionare -40℃~+85℃

De asemenea trebuie tinut cont ca toate aceste specificatii sunt valabile pentru o antenna montata pe un ground plane de dimensiuni 75x75mm. Astfel, am hotarat sa Montez antenna pe un groundplane pentru a avea un semnal in parametrii specificati si de asemenea sa reduc din efectul de multipath. Din moment ce un ground plane e necesar sa fie cel putin jumatate din lungimea de unda iar in cazul sistemelor GNSS aceasta e de aproximatev 20cm pentru L1, am montat antena pe un ground plane cu diametrul de 22cm, din metal (din moment ce trebuie sa fie un material conductor) cu grosimea de aproximativ 0,5mm.

Pentru a verifica utilitatea montarii unui ground plane am efectuat doua teste : unul cu antenna libera si altul cu un ground plane . Rezultatele se pot vedea in Fig.26-Fara ground plane si Fig.27-Cu ground plane:

Fig.26-SNR fara ground plane

Fig.27-SNR cu ground plane

Din cei 8 sateliti considerati buni si folositi in solutie 7 au primit o corectie pozotiva a SNR-ului cu valori cuprinse intre aproximativ 2dBHz si respective 6 dBHz si doar unul a primit o corectie in minus deci categoric montarea unui ground plane aduce beneficii.

Ca o completare a echipamentelor necesare pentru efectuarea unor masuratori cu aceasta placa de evaluare, se adauga un laptop care a fost folosit atat ca sursa de alimentare pentru placa de evaluare si implicit a antenei (care isi ia energia necesara prin intermediul placii de evaluare) cat si ca mediu de stocare a datelor inregistrate. S-a mai folosit si un telefon mobil pentru a primi datele de corectie in timp real din reteaua EUPOS , statia BUCU0 prin protocolul RTCM3.

Pentru a putea realiza o evaluare corecta a modulului NEO-M8N am ales sa processes datele cu 2 softuri: Trimble Business Center, care este o solutie comerciala profesionala recunoscuta si de asemenea am ales sa folosesc RTKLIB, un soft open source si care are support pentru module GNSS de volum ca ublox, skytraq, nvs dar si pentru solutii comerciale ca Novatel ,Trimble, Hemisphere,Javad.De asemenea am folosit programul RTKLIB pentru converti datele brute din protocolul UBX (proprietar ublox) in fisiere de tip rinex pentru a putea fi prelucrate in alte programe de post-procesare.

RTKLIB este un soft dezvoltat in principal de Tomoji Takasu un cercetator de la Tokyo University of Marine Science and Technology si este de tip open source.Are mai multe module :

-RTKNAVI – modulul principal , este cel care efectueaza procesarea propriu zisa si are mai multe moduri de abtinere a solutiilor: statice, RTK , DGPS, moving base , precum si cateva alte moduri care sunt folosite in principal pentru a evalua diferiti paramtri ai programului.De asemenea aici este si interfata prin care programul comunica cu porturile de tip serial, servere NTRIP, TCP, sau chiar fisiere cu date culese anterior. De asemenea tot de aici se poate seta inregistrarea datelor in fisiere pe PC sau transmiterea lor pe internet or prin cablu de date serial.

-RTKPOST- este modulul de postprocesare care poate folosi fisiere de tip RINEX

-RTKCONV- modulul de conversie a datelor brute in fisiere standard de tip RINEX

-RTKPLOT- vizualizarea datelor procesate

-RTKGET- modulul folosit pentru download de date : efemeride, ceas observatii statii referinta IGS etc

Fig.28-Module RTKLIB

Acest program este unul destul de complet ca solutie GNSS putand prelucra date de la sistemele de sateliti GPS,GLONASS,GALILEO,QZSS,BEIDOUsi sbas, de tipul L1, L1+L2, L1+L2+L5, poate lucre atat cu efemeride de tip broadcast cat si cu cele precise, de asemenea poate primi corectii in timp real de la sistemele de tip SBAS.O alta facilitate este oferirea de modele de corectii pentru erorile induse de ionosfera sau troposfera.Incepand cu versiunea 2.4.2 programul ofera si optiunea de predictive a vizibilitatii satelitilor si calculul DOP.

Pentru a putea verifica acuratetea masuratorilor am decis sa folosesc si un receiver profesional pentru a putea compara coordonatele obtinute cu modulul NEO-M8N cu cele obtinute cu un aparat professional sit rage concluziile .Fara o astfel de comparative as putea obtine doar o viziune asupra preciziei de masurare ceea ce consider ca nu este suficient.Astfel am ales sa fac un set de masuratori cu un aparat Stonex S9 III folosit ca rover RTK. In mod ideal ar trebui facuta o comparatie cu un punct determinat static dar din moment ce am ales ca locatie de efectuare a masuratorilor un teren fara obstructii majore (parcul Izvor), aparatul este unul performant(capabilitati L1+l2, GPS+GLONASS) iar distanta pana la cea mai apropiata statie de referinta este de nici macar 5km deci mai mult decat necesar pentru un aparat cu aceste specificatii pentru a obtine o pozitionare de calitate, am decis sa efectuez masuratorile in mod RTK. Aceasta in conditiile in care doresc sa evaluez si pozitionarea de tip RTK oferita de catre programul RTKLIB.

In sfarsit un alt soft folosit pentru realizarea evaluarii de fata este u-Center. Acesta este un soft de evaluare oferit de catre u-blox pentru integratorii produselor lor.Aici se poate vedea spre exemplu o parte din meniul de configurare(partea stanga) si detaliu cu sistemele din care acest modul poate extrage date (in partea dreapta).

Fig.29-Meniu configurare u-center

Asa cum am spus la inceputul prezentarii acestui studiu de caz M8 este ultimul chipset aparut de la aceasta firma si primul care permite masuratori concomitente GPS/GLONASS sau GPS/BEIDOU ( in viitor prin update de firmware va permite si masuratori GALILEO) .Aceasta noutate vine cu un mic neajuns insa: nu exista support official pentru masuratorile de tip carrier . Insa, acesta este motivul pentru care am ales acest modul pentru testare: asa cum am zis are memorie flash si permite programarea . Aceasta impreuna cu faptul ca u-center permite trimiterea de mesaje custom face posibil ca sa fie activate mesajele de tip TRK-MEAS siTRK-SFRBX. Acestea impreuna cu mesajele de tip UBX-NAVSOL si UBX-NAVTIME sunt folosite de catre programul RTKLIB sa obtina datele necesare prelucrarii in fisiere de tip RINEX sau procesare in modulul RTKNAVI.

O alta problema intalnita la acest modul a fost rata de masurare. Oficial modulul este capabil de o rata maxima de 20 masuratori pe secunda pentru GPS sau 10Hz pentru GPS/GLONASS. Problema aparuta insa era ca dupa activarea mesajelor necesare pentru obtinerea datelor brute, daca se marea rata la mai mult de 2Hz brusc datele de tip TRK-MEAS nu mai erau receptionate. S-a dovedit insa ca era doar o problema de comunicare intre porturile modulului, o problema minora la prima vedere dar de importanta deosebita din moment ce reducea modulul la doar 20% din capacitatea sa de masurare. Fig.30 prezinta mesajele de tip TRK-MEAS primite de catre u-center dupa micile modificari facute:

Fig.30-uCenter frecenta masurare

Dupa cum bine se poate vedea mesajul essential se receptioneaza la o frecventa optima iar modulul este pregatit in sfarsit de masuratori.

III.2 Efectuarea masuratorilor si prelucrarea datelor

Asa cum am zis anterior locatia aleasa pentru efectuarea masuratorilor a fost parcul Izvor in primul rand datorita lipsei obstructiilor care sa scada vizibilitatea satelitilor.

In Fig.29-Fig.32 este prezentata aparatura testata in pozitia de inregistrare a datelor.Se poate observa clar si antenna cu ground plane-ul atasat.

Fig.31-Sesiune masuratori Fig.32-Sesiune masuratori

Fig.33-Sesiune masuratori Fig.34-Sesiune masuratori

Un alt amanunt care trebuie precizat este marcarea punctului printr-un cui topographic pe o tulpina de copac taiat. Am ales acest punct pentru ca este un element care este bine fixat in teren si un eventual tarus plasat intr-un loc atat de frecventat risca sa nu mai fie gasit si la alte sesiuni de masuratori.

In total au fost trei sesiuni de masuratori:

1) Prima am efectuat-o cu modulul NEO-M8N pentru a obtine date necesare postprocesarii. Durata masuratorii a fost de aproximativ 42 de minute . S-a masurat inclusive inaltimea la care a fost amplasata antena. In principal evaluarea este pentru pozitionarea orizontala dar pentru setul principal de date am decis sa verific si pozitionarea pe verticala.

2) A doua sesiune a constat in masuratorile efectuate cu aparatul de tip Stonex SIII.

3) A treia sesiune a constat in cateva serii de durata scurta effectuate cu modulul NEO-M8N pentru a verifica repetabilitatea solutiilor obtinute in conditiile in care sunt alte conditii atmosferice, alti sateliti vizibili intr-un cuvant alti parametric si eventuale surse de erori.

Dupa ce am inregistrat aceste date am trecut la procesarea lor. Prima data am convertit datele inregistrate in sesiunea 1 de lucru din formatul binary proprietar intr-un fisier de tip RINEX(am ales varianta 2.11) in special pentru a verifica daca este posibil sau apar erori. Am folosit pentru aceasta modulul RTKCONV si rezultatele pareau in regula:

2.11 OBSERVATION DATA M (MIXED) RINEX VERSION / TYPE

RTKCONV 2.4.2 20140828 211508 UTC PGM / RUN BY / DATE

log: C:\Users\cons\Desktop\111 COMMENT

format: u-blox COMMENT

MARKER NAME

MARKER NUMBER

OBSERVER / AGENCY

REC # / TYPE / VERS

ANT # / TYPE

4097374.7196 2006151.2527 4442530.4901 APPROX POSITION XYZ

0.0000 0.0000 0.0000 ANTENNA: DELTA H/E/N

1 1 WAVELENGTH FACT L1/2

4 C1 L1 D1 S1 # / TYPES OF OBSERV

2014 8 28 15 11 4.3000000 GPS TIME OF FIRST OBS

2014 8 28 15 53 8.7000000 GPS TIME OF LAST OBS

END OF HEADER

14 8 28 15 11 4.3000000 0 17G22G27G18G19G21G16G15G14R22R 7R 6R21

R23R 8R14R13G11

20515322.136 -148844.368 186.709 51.250

20413003.220 -164944.435 207.588 51.250

21949749.212 265315.846 -369.561 47.750

21591059.829 -500267.077 665.508 50.000

23197536.856 295278.091 -405.820 43.250

23282380.949 474926.468 -651.963 44.750

24841998.923 308369.763 -431.357 42.000

23921893.701 -678316.497 912.539 41.000

19462081.211 -263280.759 320.156 47.750

19567981.138 -325855.566 459.854 45.250

20760298.885 373321.072 -552.314 46.250

21038961.010 391482.678 -511.982 44.250

22668334.782 -747571.071 1033.711 41.750

22522700.639 -848912.814 1189.316 41.250

23942789.569 -296938.704 329.580 31.500

23938574.103 289298.439 -423.848 33.500

24928183.018 -741472.527 1000.723 37.000

14 8 28 15 11 4.4000000 0 17G22G27G18G19G21G16G15G14R22R 7R 6R21

R23R 8R14R13G11

20515308.019 -148919.013 186.631 51.250

Data este buna, tipul de masuratori la fel, la fiecare grup de masuratori apar date, intervalul dintre blocurile de masuratori este de 0.1s deci corespunde ratei setate de 10Hz asa ca am trecut mai departe la procesarea acestor date in Trimble Business Center.

Aici am decis sa folosesc date de la 2 statii de referinta: BUCU0 care dupa cum bine se stie este o statie de cuprinsa in toate retelele de referinta atat nationale cat si international(ROMPOS,EUREF,IGS) si o alta statie care sa fie tot la o distanta convenabila de punctual ales de mine (deoarece fiind doar date L1 e mai dificil de procesat vectori lungi) a fost aleasa statia de referinta TOPG care face parte din reteaua de statii de referinta oferit de firma TopGeocart.Trebuie adaugat ca datele de la statia TOPG contin doar masuratori GPS spre deosebire de BUCU0 care ofera date GPS+GLONASS dar in conditiile in care vectorul este de aproximativ 3,5km am considerat ca sunt suficiente pentru telul propus.

Motivul pentru care am decis sa folosesc si cea de a doua statie a fost pentru a-mi permite sa fac si o mica retea cu 2 puncte de referinta pentru a o putea compensa si a avea o vedere de ansamblu a calitatii datelor pe care o ofera o elipsa a erorilor.

Am setat punctele BUCU0 si TOPG ca puncte de control si am inceput procesarea cu prelucrarea bazelor:

Fig.35- Prelucrare baza

In urma prelucrarii bazelor s-au obtinut solutii fixe cu precizii mai mult decat multumitoare. Problema apare insa dupa ce se da accept pentru aceste baze:

Fig.36-Tolerante depasite

Din moment ce bazele calculate au fost in parametri am considerat ca problema este la coordonatele statiilor de referinta alese. Prin urmare pentru statia TOPG am verificat coordonatele pe site-ul firmei TopGeocart iar pentru statia BUCU0 am decis sa iau coordonatele din fisierele cu date de la masuratorile efectuate cu receiverul Stonex. Aici am sa profit si am sa prezint rezultatele obtinute in sesiunea 2 de masuratori:

Pentru inceput am sa specific ca am efectuat 6 masuratori cu receiverul Stonex pentru o mai mare redutanta : in patru dintre masuratori am folosit corectii de la statia de referinta BUCU0 iar in doua am folosit corectii de tip VRS mai precis : “Network: NTRIP RO_VRS_3.1_GG”

Coordonatele obtinute au fost urmatoarele(coordonatele sunt de tipul grade minute secunde):

Trebuie tinut cont de faptul ca centrul electronic al aparatului are un offset de aproximativ 90mm deci coordonatele finale ale punctului (masurate cu aparatul Stonex) sunt:

Faptul ca am folosit la masuratori atat corectiile de tip VRS cat si cele de la statia BUCU0 au un avantaj: permit sa fie folosite la prelucrarile/corectiile aplicate datelor obtinute cu modulul NEO-M8N se pot folosi exact aceleasi coordinate ale statiei BUCU0 pe care le-a folosit si aparatul Stonex. Din fisierul EXPIZVOR.rw5 am extras urmatoarele date –RTK Method: RTCM, Device: GSM intern, Network: NTRIP BUCU_2.3

BP,PNBUCU_2.3,LA44.275019198004,LN26.073265011811,EL143.3030,AG0.000,PA0.088,–

Trebuie mentionat ca la elevatia respective se aplica niste corectii pentru a obtine elevatia reala a punctului BUCU0: se scade suma AG+PA in cazul de fata 0.088m si se obtin urmatoarele coordonate ale statiei de baza :

Revenind la procesarea in Trimble Business Center cu noile coordinate ale punctului BUCU0, observam ca nu mai exista erori:

Fig.37-Procesare baze finala

Urmatoarea operatiune este cea de compensare a retelei care se incheie fara erori:

Fig.38-Compensare retea

Ca punct final se verifica elipsa erorilor pentru punctul nou determinat:

Fig.39-Elipsa erori punct nou

Se observa din Fig.39 ca in urma procesarii s-au obtinut niste rezultate aproape perfecte.Dar, trebuie metionat ca procesarea s-a facut cu setarile implicite ale programului de postprocesare . Printre acestea este nivelul de incredere de 95%. Prin urmare, pentru a considera niste coordonate finale ale punctului nou determinat pe care sa le compar cu cele obtinute de aparatul Stonex am refacut toate etapele procesarii cu nivelele maxime de incredere. Rezultatul este urmatorul:

Fig.40-Elipsa erori punct nou finala

De asemenea in momentul acesta pot se poate considera ca avem coordonatele punctului nou determinat la un grad mai mult decat suficient de incredere acestea fiind prezentate de program ca fiind puncte de grad surveyor , compensate intr-o retea:

Fig.41-Coordonate punct nou

Pentru a avea insa certitudinea ca datele sunt corecte mai este necesar si un ultim pas: compararea cu coordonatele obtinute cu aparatul Stonex . Pentru aceasta am transformat coordonatele in unele in sistem ECEF(Earth centered earth fixed) fiind mai usor de comparat si am obtinut urmatoul tabel:

In acest punct se poate trage deja concluzia ca in conditii optime,in modul de masurare static, modulul NEO-M8N ofera masuratori de o calitate ce egaleaza un aparat professional .

In continuare voi analiza modul in care datele inregistrate cu NEO-M8N se proceseaza in modulul RTKPOST si daca solutia obtinuta se incadreaza in zona celei obtinute cu Trimble Business Center. Primul pas este introducerea elevatiei punctului de referinta. Din moment ce RTKPOST nu pare sa aiba o optiune de citire automata a inaltimii antenei vom adauga la valoaea de 143.303m luata din fisierul .rw5 inca 0.097m asa cum se arata pe site-ul euref ca e inaltimea de la materializarea fizica a punctului pana la baza antenei si obtinem valoarea de 143.4m.Rezultatul obtinut se poate observa in Fig.42:

Fig.42-Prelucrare statica RTKLIB-RTKPOST

La elevatia aratata RTKPOST trebuie scazuta inaltimea aparatului care este de 0.958m si deci elevatia reala este de 109.088m care difera cu doar 1mm Solutia Trimble Business Center.De asemenea tinand cont de faptul ca pentru fiecare 0,0001secunde corespunde aproximativ 1.94mmca distanta rezulta ca pe directia N-S este o diferenta de aproximativ 2mm iar pe directia E-V de aproximativ 1.5cm .Aceasta fara sa se fi facut si o compensare de retea ! De aici se pot trage 2 concluzii: prima este faptul ca RTKPOST ofera o alternative reala de postprocesare si a doua e de fapt o re-confirmare a faptului ca aceea e pozitia reala a punctului.Mai jos sunt prezentate si cateva date din fisierul de tip .pos pe care RTKPOST il creeaza in urma procesarii:

% program : RTKPOST ver.2.4.2

% inp file : C:\Users\cons\Desktop\11\111.obs

% inp file : C:\Users\cons\Documents\Trimble Business Center\lic\bucu240p.14o

% inp file : C:\Users\cons\Desktop\11\111.*nav

% inp file : C:\Users\cons\Desktop\11\111.nav

% inp file : C:\Users\cons\Desktop\11\111.gnav

% obs start : 2014/08/28 15:11:04.3 GPST (week1807 400264.3s)

% obs end : 2014/08/28 15:53:08.7 GPST (week1807 402788.7s)

% pos mode : static

% freqs : L1

% solution : combined

% elev mask : 10.0 deg

% dynamics : off

% tidecorr : off

% ionos opt : off

% tropo opt : off

% ephemeris : broadcast

% navi sys : gps glonass

% amb res : continuous

% amb glo : off

% val thres : 3.0

% antenna1 : ( 0.0000 0.0000 0.0000)

% antenna2 : ( 0.0000 0.0000 0.0000)

% ref pos : 44.463942217 26.125736144 143.4000

%

% (lat/lon/height=WGS84/ellipsoidal,Q=1:fix,2:float,3:sbas,4:dgps,5:single,6:ppp,ns=# of satellites)

% GPST latitude(deg) longitude(deg) height(m) Q ns sdn(m) sde(m) sdu(m) sdne(m) sdeu(m) sdun(m) age(s) ratio

2014/08/28 15:11:04.300 44.431335066 26.087226770 110.0460 1 14 0.0007 0.0005 0.0010 -0.0004 0.0005 -0.0005 4.30 4.3

2014/08/28 15:11:04.400 44.431335066 26.087226770 110.0460 1 14 0.0007 0.0005 0.0010 -0.0004 0.0005 -0.0005 4.40 4.3

2014/08/28 15:11:04.500 44.431335066 26.087226770 110.0460 1 14 0.0007 0.0005 0.0010 -0.0004 0.0005 -0.0005 4.50 4.3

2014/08/28 15:11:04.600 44.431335066 26.087226770 110.0460 1 14 0.0007 0.0005 0.0010 -0.0004 0.0005 -0.0005 4.60 4.3

2014/08/28 15:11:04.700 44.431335066 26.087226770 110.0460 1 14 0.0007 0.0005 0.0010 -0.0004

.

.

Urmatorul pas este evaluarea NEO-M8N in combinatie cu programul RTKLIB si corectii de tip RTK in timp real. Stationarea s-a facut pe acelasi punct pentru a putea compara rezultatele intre ele si a verifica sa nu fie o solutie de tip FIX falsa.Corectiile s-au primit din reteaua EUREF-IP statia BUCU0 (Aceeasi folosita si pentru postprocesarea clasica).

Fig.43-RTK sesiune 1

Se observa ca diferenta de coordonate intre coordonatele obtinute RTK cu un aparat professional si cea obtinuta cu NEO-M8N este de 9.7mm pe directia N-S si de 2mm pe directia E-V. Din nou niste rezultate excelente. Exista insa o mare diferenta, timpul necesar pentru a obtine solutia fixa: stationar ,dupa aproximativ 140s in cazul NEO-M8N si aproximativ 10 secunde in cazul Stonex. De asemenea se observa momente in care NEO-M8N pierde solutia fixa . Tinand cont ca antena nu este una chiar performanta schimbarea mastii de elevatie de la 10 la 20 de grade ar putea fi o solutie pentru a mentine constanta solutia fixa.

Fig.44-Solutie fixa pentru 10 si 20 de grade masca de elevatie

Se observa 2 lucruri: din momentul in care se obtine Solutia fixa ea nu se mai pierde pana la finalul sesiunii , iar al doilea lucru observant e faptul ca a crescut timpul de obtinere a solutiei fixe cu aproximativ 30 de secunde.

In continuare am mai efectuat 2 seturi de masuratori , cu reinitierea NEO-M8N de fiecare data pentru a verifica repetabilitatea solutiilor si am obtinut urmatoarele rezultate:

Fig.45-RTK sesiune 2

Se observa ca, din nou, coordonatele sunt foarte apropiate de cele obtinute cu aparatura Stonex existand o diferenta de aproximativ 9.7mm pe axa N-S si coincide pe axa E-V. Pentru comparatii am folosit coordonatele unui punct aflat aproximativ in centrul solutiilor de tip fix.

Fig.46-RTK sesiune 3

In sfarsit in ultima sesiune se poate observa ca rezolvarea ambiguitatilor s-a obtinut mai greu(au trebuit chiar schimbate unele setari in RTKNAVI), asta si deoarece am plasat antenna la 2 cm deasupra punctului deci destul de apropiat de pamant si am schimbat si ground plane-ul cu unul sensibil mai mic. Aceasta din 2 motive: pentru a verifica precizia pe verticala si pentru a vedea cum influenteaza antenacalitatea datelor. Desi s-a obtinut in conditii mai precare Solutia este una buna diferenta fiind de 3.88mm pe directia N-S, 7.76mm pe axa E-V si in plus s-a facut si o verificare pe verticala unde a aparut o diferenta de 1.8cm deci in limite acceptabile.

Pentru a complete evaluarea NEO-M8N am efectuat si masuratori RTK mergand la pas pentru a verifica daca este capabil sa obtina solutii fixe si din miscare. S-a obtinut un procentaj de 18.9% solutii fixe ceea ce este o valoare decenta pentru conditiile date.

In incheiere as vrea sa mai adaug o ultima comparative intre diverse tipuri de procesare. Asa cum am zis NEO-M8N este capabil sa proceseze si semnale SBAS de exemplu iar RTKLIB este capabil sa proceseze o multitudine de tipuri de date asa ca e normal asemenea comparative chiar daca nu are aplicatii neaparat in zona de topografie?geodezie. Ar putea insa sa fie folosite in proiecte de cartografie de exemplu unde se executa harti la scara mare si nu e necesara precizie de ordinal centimetrilor.

Fig.47-Comparatie moduri de pozitionare

In Fig.47 sunt patru tipuri de pozitionare:

-cu rosu pozitionarea de tip single doar cu datele oferite de catre NEO-M8N fara nici un fel de corectii

-cu albastru pozitionarea de tip DGPS

-cu roz pozitionarea cu corectii SBAS

-cu galben si verde pozitionarea RTK :galben solutie de tip float iar verde FIX cu ambiguitatile rezolvate.

Se poate observa ca precizia de masurare a modulului evaluat este destul de buna, esistand o abatere de la pozitia reala de aproximativ 2.3m care se apropie de specificatiile oficiale. De asemenea corectiile SBAS fac ca media pozitionarilor sa fie la aproximativ 1,6-1.8m deci se incadreaza in specificatiile SBAS estimarea fiind ca pe teritoriul tarii noastre in regiunea Bucuresti precizia oferita de corectiile SBAS este de aproximativ 1.75m. Corectiile de tip DGPS la randul lor pastreaza aproximativ aceeasi acuratete cu cele de tip SBAS dar se observa o usoara crestere a preciziei. In sfarsit la corectiile de tip RTK se observa cum se porneste de la o zona de tip single, cand se obtin solutii de tip float pozitia se schimba in zona care apartine masuratorilor de tip DGPS, pt ca in final sa se obtina rezolvarea ambiguitatilor si pozitia reala a locatiei.

Fig.48-RTK din mers

O mica completare se cuvine pentru sesiunea de masuratori din Fgi.46, si anume faptul ca pentru a obtine aceste rezultate a fost necesar sa se ridice msca de elevatie la 20 de grade. Este aproximativ acelasi lucru necesar efectuat pentru ultima serie de masuratori pe punctul folosit pentru verificare si nu face decat sa arate ca punctual cel mai slab al acestei combinatii folosite pentru aceasta evaluare este antena. De altfel acest lucru era de asteptat, acesta fiind de altfel si motivul pentru care am incercat inca de la inceput sa imbunatatesc receptia folosind un ground plane.

IV.Concluzii

Evolutia este un lucru firesc iar aparatele de masura folosite in domeniul Masuratorilor Terestre nu fac exceptie de la aceasta . In ultima perioada s-au observant doua tendinte majore la nivel general al tehnicii: cresterea continua a puterii de procesare a circuitelor electronice insotita paradoxal de o scadere a consumului de energie necesar pentru aceasta (exemplul fiind chiar modulul NEO-M8N si antena folosite pentru evaluarea din studiul de caz) si miniaturizarea continua a diferitilor senzori.Aceasta evolutie influenteaza bineinteles inclusiv aparatura folosita in masuratori terestre astfel ajunganduse ca NEO-M8N care consuma infim sa poata efectua masuratori cu o precizie care in trecut necesita aparatura de mii de euro. Si aceasta tendinta va continua din moment ce marii producatori de circuite integrate se orienteaza spre oferirea unor solutii care consuma sufficient de putina energie incat pe viitor sa faca posibila aparitia unor module chiar mai performante decat acesta. O directie care merita urmarita este domeniul SDR(Software Defined Radio) cu ajutorul carora deja s-au realizat cateva implementari GPS/GNSS. Un dezavantaj major al acestora este insa puterea de calcul mare necesara in comparative cu o solutie dedicata GNSS. Acest neajuns insa va deveni neglijabil daca tendinta actuala de reducere a energiei consumate pentru procesare continua.

O alta directive care merita urmarita este de asemenea partea de IMU(Inertial Measurement Unit – sistemele de masurare inertiale) care de asemeanea ar putea avea o evolutie rapida si care sa aduca un aport considerabil in procesul de masurare in special in zone in care semnalul GNSS este slab cum ar fi aglomerarile urbane. Acest trend a fost deja pornit existand pe piata unele receptoare GNSS care au integrate sisteme IMU (ex: Trimble R10). Si aceasta tendinta nu va face decat sa se extinda din moment ce senzorii de tip IMU sunt folositi la scara larga, de exemplu in telefoanele mobile ceea e genereaza vanzari enorme implicit fonduri pentru cercetare in domeniu.

Si in final o mica adaugare: cea mai frumoasa surpriza vine din sfera open source, chiar in aceasta lucrare fiind prezentat un soft fara licentiere comerciala(RTKLIB) dar care face extraordinar de multe lucruri.Acesta vine bineinteles si cu unele neajunsuri, pe parcursul prelucrarii datelor descoperind spre exemplu ca softul nu citeste din fisierele RTCM coordonatele statiei de referinta in mod correct aceasta ducand la un moment dat la o solutie care avea eroare fata de pozitia reala a punctului de ordinal metrilor , fiind mai rea aproape decat o solutie SBAS sau DGPS. De aceea a trebuit sa introduce coordonatele statiei de referinta in mod manual.Bineinteles ca au mai fost mici neajunsuri pe parcursul realizarii acestei lucrari dar care nu merita mentionate in mod deosebit. Si bineinteles ca trebuie facute mereu tot felul de mici ajustari pentru a obtine rezultate optime , dar pe ansamblu ramane un program exceptional. La fel ca si NEO-M8N de altfel. Singurul neajuns este faptul ca necesita relative multa munca pentru a obtine niste rezultate pentru care o solutie comerciala e mult mai rapida. Incepand de la timpul necesar obtinerii unei solutii fixe si terminand cu micile neajunsuri care pot aparea pe parcursul procesarii.

Bibliografie:

Manea R.,Iordan D., Calin M. 2007– Ghid de rezolvare a problemelor de topografie, Editura Cartea Universitara

N.Bos,O. Iacobescu 2007-Topografie Moderna, Editura C.H.Beck

Johann Neuner 2000 – Sisteme de pozitionare globala, Editura MATRIX ROM

Consiliul Facultatii de Geodezie Bucuresti 2002 – Masuratori Terestre Fundamente, Editura MATRIX ROM

http://www.ct.upt.ro/users/AlinaBala/Tehnologii_Geodezice_Spatiale.pdf

http://www.scrigroup.com/geografie/geologie/UTILIZAREA-STATIEI-TOTALE-PENT12623.php

http://www.imar-navigation.de/downloads/papers/inertial_navigation_introduction.pdf

http://www.u-blox.com/en/

http://gpspp.sakura.ne.jp/

http://www.rtklib.com/

http://www.navipedia.net/index.php/Receiver_Antenna_Phase_Centre

Bibliografie:

Manea R.,Iordan D., Calin M. 2007– Ghid de rezolvare a problemelor de topografie, Editura Cartea Universitara

N.Bos,O. Iacobescu 2007-Topografie Moderna, Editura C.H.Beck

Johann Neuner 2000 – Sisteme de pozitionare globala, Editura MATRIX ROM

Consiliul Facultatii de Geodezie Bucuresti 2002 – Masuratori Terestre Fundamente, Editura MATRIX ROM

http://www.ct.upt.ro/users/AlinaBala/Tehnologii_Geodezice_Spatiale.pdf

http://www.scrigroup.com/geografie/geologie/UTILIZAREA-STATIEI-TOTALE-PENT12623.php

http://www.imar-navigation.de/downloads/papers/inertial_navigation_introduction.pdf

http://www.u-blox.com/en/

http://gpspp.sakura.ne.jp/

http://www.rtklib.com/

http://www.navipedia.net/index.php/Receiver_Antenna_Phase_Centre