Precyzyjne współrzędne punktu w czasie rzeczywistym
Sygnały docierają do odbiornika z satelitów oddalonych o ponad 20 tys. km. Na swojej drodze transmitowany sygnał (mikrofalowy) napotyka szereg zjawisk, które zakłócają jego przebieg i są źródłem błędów. Dokładność pozycjonowania satelitarnego zależy przede wszystkim od tego, jak wiele z tych błędów będziemy w stanie wyeliminować. Jeżeli w pobliżu znajduje się stacja referencyjna, czyli odbiornik GNSS o znanych, stałych współrzędnych, może ona w czasie rzeczywistym generować lokalne poprawki do każdej obserwacji. Użytkownik może je wykorzystać do skorygowania własnych pomiarów. Takie podejście nazywa się różnicowym (techniki DGNSS, RTK/RTN). Jest ono stosunkowo nieskomplikowane obliczeniowo, ale przyjęte w nim założenia ograniczają osiągalną dokładność (w najlepszym razie kilka centymetrów dla RTK/RTN).
Jeżeli nie zależy nam na obliczeniach w czasie rzeczywistym, źródła błędów można precyzyjnie modelować na podstawie dostępnych produktów, np. Międzynarodowej Służby GNSS (IGS). Są to tzw. obliczenia w trybie postprocessingu. W podejściu różnicowym w postprocessingu można uzyskać dokładność milimetrową, ale dopiero tydzień lub dwa po wykonaniu kilkugodzinnego pomiaru statycznego. Podobną dokładność zapewnia technika absolutna Precise Point Positioning (PPP), która nie wymaga stacji referencyjnej, lecz precyzyjnie modeluje wszystkie źródła błędów pomiarowych. Im dłuższy czas obserwacji, tym wyższa precyzja pomiaru.
Stosowanie techniki PPP w czasie rzeczywistym jest trudne, ponieważ jej dokładność zależy wprost od tego, jak dokładnie znane są współrzędne satelitów (poruszających się z prędkością około 3 km/s). Orbity wyznaczane w postprocessingu mają dokładność 1–2 cm, a orbity dostępne w czasie rzeczywistym – około 1 m. Uruchomiona w 2023 r. usługa wysokiej dokładności systemu Galileo (ang. High Accuracy Service, HAS) pozwala wyznaczyć pozycje satelitów GPS i Galileo z dokładnością około 10 cm. Autorskie algorytmy wagowania, doboru i przetwarzania obserwacji umożliwiają wyznaczenie współrzędnych punktu techniką PPP w czasie rzeczywistym z dokładnością porównywalną z RTK/RTN, a nawet wyższą. Przewaga PPP rośnie wraz z wydłużaniem się czasu pomiaru.
Wielkopowierzchniowe monitorowanie deformacji powierzchni terenu i infrastruktury naziemnej
W interferometrii radarowej (InSAR) wykorzystuje się satelity krążące na wysokości około 700 km, dzięki czemu możliwe jest regularne obserwowanie niemal całego globu, nawet co kilka dni.
Satelita wysyła w kierunku Ziemi fale radarowe o długości kilku centymetrów, a następnie rejestruje sygnał odbity od powierzchni. Porównując dane z kolejnych przelotów nad tym samym miejscem, można wykryć nawet bardzo niewielkie zmiany odległości między satelitą a gruntem. Na tej podstawie wyznacza się przemieszczenia terenu.
Ogromną zaletą techniki InSAR jest powierzchniowy charakter otrzymywanych wyników. Przemieszczenia można wyznaczać dla niemal całej powierzchni Ziemi z rozdzielczością około 10 m (w przypadku satelitów europejskiej misji Sentinel-1). Dzięki temu można śledzić deformacje związane z eksploatacją górniczą, osuwiskami, trzęsieniami ziemi, aktywnością wulkaniczną czy osiadaniem terenów miejskich.
Pytania i odpowiedzi
Odbiornik musi posiadać funkcjonalność transmisji surowych obserwacji protokołem RTCM i dostęp do Internetu. Większość profesjonalnych odbiorników GNSS ma taką możliwość. Jeżeli korzystasz z urządzenia osobistego (zegarka, trackera, nawigacji samochodowej) jest mało prawdopodobne, aby rejestrowały one fazę odbieranego sygnału lub śledziły sygnały na dwóch częstotliwościach, co nie pozwoli zrealizować algorytmu PPP. Tylko część smartfonów z systemem Android da się podłączyć do serwisu, ale ze względu m.in. na prostą konstrukcję anteny uzyskane dokładności będa dalekie od centymetrowych. Możesz też się z nami skontaktować, aby potwierdzić kompatybilność swojego urządzenia z naszym serwisem.
Każdy odbiornik GNSS śledzi podstawowe sygnały nawigacyjne w postaci pseudolosowych bitów transmitowanych przez każdego satelitę. Pozwalają one na rekonstrukcję pomiaru odległości do satelity – są to tzw. obserwacje kodowe, lub pseudoodległości a ich dokładność sięga kilku decymetrów lub metrów. Bardziej zaawansowane odbiorniki śledzą ponadto fazę sygnału, czyli zmienność ‘chwilowego wychylenia’ fali elektromagnetycznej w czasie. Precyzja takiego pomiaru to 2 mm i jest to klucz osiągania wysokich dokładności w technikach precyzyjnych jak PPP czy RTK/RTN. Obserwacji fazowych nie śledzą prost urządzenia osobiste typu zegarki, nawigacja samochodowa ani większość smartfonów.
Jeżeli Twoje urządzenie jest wyposażone w antenę tzw. klasy survey-grade lub lepszej (w uproszczeniu – antena jest większa pudełka zapałek) istnieje duża szansa, że skorzystasz w pełni z serwisu PIGEON. Po kilkunastu minutach ‘kalibracji’ (tzw. inicjalizacji) rozwiązania, dokładność pozycji będzie lepsza niż 2 dm, ale jej powtarzalność powinna być na poziomie pojedynczych cm. Im dłużej odbiornik pozostanie nieruchomy, tym lepsza będzie dokładność i powtarzalność. Jeżeli będziesz się poruszać (pieszo, pojazdem) dokładność powinna być lepsza niż 0.5 m, ale to zależy od otoczenia. Będzie ona spadać wraz ze wzrostem przesłonięcia nieba (np. pomiędzy budynkami) – w skrajnym przypadku konieczna będzie ponowna inicjalizacja.
Twoje urządzenie powinno mieć stały dostęp do Internetu, aby wysyłać obserwacje i otrzymać współrzędne w czasie rzeczywistym. Jeżeli nie masz dostępu do internetu, możesz zapisać obserwacje w pamięci urządzenia i przesłać do innych darmowych narzędzi, np. serwisu CSRS-PPP.
Upewnij się, że Twoje urządzenie może transmitować obserwacje kodowe i fazowe (ang. pseudorange and carrier phase) protokołem RTCM. Każdy producent sprzętu ma inne rozwiązania, więc zachęcamy do literatury instrukcji obsługi. Gdy zarejestrujesz się w serwisie i opłacisz konto, otrzymasz indywidualne dane logowania oraz adres IP, na który należy przesyłać strumień RTCM. Zarejestrowanym użytkownikom pomożemy w prawidłowej konfiguracji połączenia.
Technika RTK wymaga realizacji pomiarów w pobliżu innych stacji referencyjnych (np. na obszarze sieci ASG-EUPOS lub innych komercyjnych usługodawców), które wyznaczają lokalne poprawki do obserwacji satelitarnych. Po kilku sekundach uzyskuje się dokładność współrzędnych 3 cm poziomo i 5 cm pionowo, niezależnie od pogody, ale przy dobrej widoczności nieba. Poza obszarem sieci stacji referencyjnych realizacja techniki RTK jest niemożliwa. Technikę PPP możesz zrealizować w dowolnym miejscu świata, posiadając tylko jeden odbiornik. Dzięki wykorzystaniu korekt internetowych lub satelitarnych, technika PPP wiernie rekonstruuje błędy pomiarów satelitarnych wynikających z modelowania orbit satelitów i propagacji sygnału. Dlatego możliwe jest uzyskanie lepszych dokładności i powtarzalności współrzędnych niż w technice RTK. Wadą jest długi czas zbieżności (kilkanaście minut), dlatego technika PPP sprawdza się doskonale w pomiarach ciągłych i/lub statycznych, takich jak w monitoringu przemieszczeń oraz w terenach odkrytych, gdzie raz uzyskana inicjalizacja może zostać podtrzymana w całym okresie pomiaru.
Podczas gdy większość odbiorników fazowych ma zaimplementowany algorytm RTK (jest on stosunkowo prosty w realizacji), w tym momencie tylko nieliczne urządzenia mają wbudowany algorytm PPP i są to urządzenia z najwyższej półki cenowej lub współpracujące wyłącznie z komercyjnymi serwisami. Jeżeli Twój odbiornik ma wbudowany algorytm PPP, to zapewne kupiłeś go jako świadomy użytkownik GNSS i nie zadałbyś takiego pytania. W przeciwnym przypadku możesz założyć, że Twój odbiornik nie ma funkcjonalności PPP i niestety nie da się jej ‘dograć’. Możesz za to skorzystać z serwisu PGON, który zrealizuje obliczenia zastępujące obliczenia realizowane przez oprogramowania odbiornika.
