GPS alkalmazása az építőiparban II. - A GPS helymeghatározás alapfogalmai – 2. rész

Szakcikkek - 2009-11-30 16:32:56 nyomtatás cikk nyomtatása



Előző cikkünkből megismerhették a GPS – szel történő helymeghatározás módszereit, illetve a jelsugárzás és jelfeldolgozás módjait. Ennek folytatásaként mostani cikkünkben kitérünk a pontosság javítására szolgáló technológiákra, illetve bemutatjuk a műholdak által sugárzott jelek szerkezetét.

A különféle GPS – eljárások során csak egy bizonyos pontossággal tudjuk meghatározni a mérőhely és a műholdak távolságát. Ezeket foglaltuk össze az alábbi ábrán.

Az eljárások pontossága:



Pontosság növelése valós időben:

3 méternél pontosabb helyzet-meghatározáshoz nem elegendő a GPS műholdak jeleinek vétele. A korrekciós jel típusától és a rover vevő képességétől függően 2 cm – 3 méter közötti pontosság érhető el.
Magyarországon az alábbi 4 féle korrekciós jelet alkalmazzák:

1. OmniSTAR
Csak bizonyos vevőkkel vehető ez a korrekció, amely egy távközlési műholdról érkezik. Különálló OmniSTAR vevő és antenna szükséges a GPS vevő mellett. 2 féle korrekciós jelet szolgáltat: a HP (High Precision = Nagy Pontosság) jel fogadására képes vevő 15-30 cm pontosságot tud elérni, míg az u.n. VBS jellel működő vevővel 70-100 cm megbízhatóság érhető el. Ehhez legalább 6-7 GPS műhold jeleinek vételére + korrekciós jel vételére van szükség. A jelszolgáltatás nem ingyenes.

2. EGNOS
A jelet szintén műholdról sugározzák. Szinte minden GPS vevő képes venni az EGNOS korrekciós jelet, de csak ha erre az üzemmódra vannak felkonfigurálva. Vevő árkategóriától függően 1-3 m pontosság érhető el. A jelszolgáltatás ingyenes.

3. DGPS
Térinformatikai vagy kódkorrekciónak nevezik. Egy földfelszíni referencia vevő küldi ezt a korrekciót a rover vevő számára. A jel továbbítása történhet URH rádióval (max. 10 km távolságra), GSM modemmel (max. 100 km távolságig), vagy interneten keresztül (max. 100 km távolságig). A geodéziai GPS vevők 1 méter alatti pontosságot érnek el. 2005-ben olyan sűrű volt az „állami” referencia GPS vevők hálózata, hogy a róluk interneten keresztül elérhető DGPS korrekcióval az ország bármely részén biztosítható volt az 1 méter alatti pontosság. A korrekciós jelhez a terepen akkor juthatunk hozzá, ha rendelkezünk mobil Internet kapcsolattal (GPRS), és a mérés helyszínén van megfelelő térerő a GPRS adatkapcsolathoz. Szükséges még az is, hogy a vevő észlelje minimum 5-6 GPS műhold jeleit. A DGPS korrekciószolgáltatás ingyenes.

4. RTK
Egy földfelszíni referencia vevő küldi ezt a korrekciót a rover vevő számára. A jel továbbítása történhet URH rádióval (10 km), GSM modemmel (30 km), vagy interneten keresztül (30 km). Ezzel a korrekciós jellel a kétfrekvenciás geodéziai GPS vevők 2-4 centiméter nagyságrendű pontosságot érnek el.

URH rádiós adatátvitelt akkor alkalmazhatunk, amikor rendelkezünk saját referencia vevővel is. A 2-3 cm pontosság ez esetben ott biztosítható, ahol a bázis és a rover vevő is veszi ugyanannak a 6-7 GPS műholdnak a jeleit, illetve ahol a rover vevőhöz csatlakoztatott rádió veszi a referencia vevőhöz csatolt rádió adását. Hatósugara 10 km, ha van összelátás.

A GSM modemet akkor alkalmazzuk, amikor rendelkezünk saját referencia vevővel, de az URH rádiós átvitel valamiért nem megfelelő (pl. 3 km-nél nagyobb a távolság és nincs összelátás a két rádióantenna között, vagy interferencia miatt nincs rádióvétel). A 2-3 cm pontosság ez esetben ott biztosítható, ahol a bázis és a rover vevő is veszi ugyanannak a 6-7 GPS műholdnak a jeleit, illetve ahol a rover vevőhöz csatlakoztatott GSM modem veszi a referencia vevőhöz csatolt GSM modem adását. Ahol nincs mobil térerő, ott a rover vevő nem kap korrekciós jelet, tehát önálló üzemmódban (megfelelően konfigurálva esetleg EGNOS korrekcióval) fog működni.

Az interneten elérhető RTK korrekciót akkor vesszük igénybe, amikor rendelkezünk saját referencia vevővel, és az észlelés helyszínének 30km körzetén belül van olyan „állami” referenciaállomás, amely által előállított korrekciós jel az interneten keresztül letölthető. A 2-3 cm pontosság ez esetben ott biztosítható, ahol a bázis és a rover vevő is veszi ugyanannak a 6-7 GPS műholdnak a jeleit, illetve ahol a rover vevőhöz csatlakoztatott GPRS modem fel tud csatlakozni az internetre. Ahol nincs GPRS szolgáltatás vagy megfelelő térerő, ott a rover vevő nem kap korrekciós jelet, tehát önálló üzemmódban (megfelelően konfigurálva esetleg EGNOS korrekcióval) fog működni Ha nem URH rádiót alkalmazunk az RTK korrekciós jel vételéhez, akkor a referencia vevő és a rover vevő közötti távolságtól is függ a pontosság és a hatékonyság. Ha a rover 10-30 km távolságra van a referencia vevőtől, akkor +/- 1-3 centiméterrel romlik a pontosság és valószínű, hogy a szokásosnál hosszabb ideig tart a pozíció meghatározása. Ha a távolság nagyobb mint 30 km akkor előfordulhat, hogy csak 20-60 cm közötti pontosság érhető el.
Az internetről letölthető RTK korrekció szolgáltatás ingyenes.

Az NMEA protokoll:

Az Amerikai Nemzeti Tengerészeti Elektronikai Egyesület fejlesztette ki, mint interfészt. A számítógépes program, ami valós idejű pozíció információkat küld, vagy fogad, NMEA szabvány szerint teszi azt. Ezek az információk PVT (pozíció, sebesség, idő) adatokat tartalmaznak, amiket a vevő számít.

Lényege: egy sornyi adatot küld (=mondatnak nevezzük), ami önmagában értelmes, és független más mondatoktól. Szabványos mondatok tartoznak minden eszközhöz. A mondat kétjegyű kóddal kezdődik, ami az eszközre utal (GPS vevő kódja: GP). Ezt követi egy három betűs kód, ami a mondat tartalmát definiálja. Az NMEA engedélyezi a gyártóknak, hogy saját céljaiknak megfelelő kódokat adjanak meg, amiket le is védenek, szabványosítanak. Ezen kódok P-vel kezdődnek, és 3 betűs kóddal folytatódnak. Minden mondat ’$’ jellel kezdődik, és sor-vég karakterrel zárul(CR/LF), nem lehet hosszabb 80 karakternél. A mondaton belüli adatokat vessző választja el. Maga az adat egyszerű ASCii szöveg. Az idő több decimális adatból építhető fel. Általában a vevők fixen programozott szabványt használnak a kommunikációra, amit nem lehet módosítani, vagy másik verziójú változatot választani.

A GPS készülék a PC-vel az RS-232 porton keresztül kommunikál, 4800 bit/sec sebességgel. 8 bites mondatokat használ paritás és stop bit nélkül. Az adatfrissítés 1-2 másodpercenként történik.

Az NMEA mondatok

Az első szót adattípusnak nevezzük, ez határozza meg a feldolgozás módját. A GGA mondat alapvető koordináta adatokat tartalmaz. Egyes GPS vevők képesek arra, hogy a felhasználó beállítsa, milyen mondatokat küldjön a készülék. A GPS vevőnek semmilyen hibajelzést nem tud visszajuttatni.

NMEA-0183 mondatstruktúra:



Mondat azonosítók változatai:

GPAAM - Töréspont elérése jelző
GPALM - Naptár adatok
GPAPA - Robotpilóta A mondat
GPAPB - Robotpilóta B mondat
GPBOD - Irány kezdő- és célpont között
GPBWC - Irány és távolság a töréspontig
GPGGA - Koordináta információ
GPGLL - Hosszúság/szélesség adatok
GPGSA - Összegző adatok a műholdakról
GPGSV - Részletes adatok a műholdakról
GPRMA - Javasolt Loran adatok
GPRMB - Javasolt navigációs adatok a GPS-nek
GPRMC - Pozíció, sebesség, idő
GPRTE - Térkép üzenet
GPVTG - Vektor útvonal és sebesség a föld felett
GPWCV - Töréspont közeledésének a sebessége
GPWPL - Töréspont információ
GPXTC - Útmenti irányhiba
GPXTE - Számított útmenti irányhiba
GPZTG - Zulu (UTC) idő, és idő a célállomás eléréséig
GPZDA - Dátum és idő

GPS vevő extra mondatai:

HCHDG - Iránytű adatok
PSLIB - Távirányítás egy másik DGPS vevőkészüléknek

A következő cikkben visszatérünk a szakmához, és bemutatjuk az építőgépeken alkalmazott GPS- vezérlést.

Magyar Gergely tanulmánya alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal


A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.



A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után



Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén