Aplikácia Monitoring kvality sieťového riešenia SKPOS

Podľa ods. (2), §4 zákona NR SR č. 215/1995 Z. z. sa Geodetický a kartografický ústav Bratislava zaväzuje poskytovať kvalitné a moderné služby pre všetkých používateľov využívajúcich GNSS prijímače pri práci v národných geodetických referenčných systémoch. Táto úloha je realizovaná prostredníctvom Slovenskej priestorovej observačnej služby (ďalej SKPOS) reprezentujúcej aktívne geodetické základy Slovenska, čiže národnú realizáciu referenčného systému ETRS89. Na základe týchto skutočnosti je veľmi dôležité vykonávať nepretržitý monitoring kvality poskytovaného sieťového riešenia SKPOS aj iným nástrojom ako reprezentuje riadiaci softvér služby, a to je zabezpečené vytvorenou aplikáciou.

Tvorba aplikácie na monitorovanie kvality sieťového riešenia SKPOS vychádzala zo základných požiadaviek správcu služby (GKÚ) ktoré boli:

monitoring uskutočňovať permanentne,
monitorovať celé územie Slovenska,
monitoring uskutočňovať automatizovane,
výsledky sprístupniť používateľom SKPOS.

Pri návrhu aplikácie sa prihliadalo aj na požiadavku nájsť finančne nenáročné riešenie, bez nutnosti budovania reálnych monitorovacích staníc, či nákupu drahých softvérov.

1 Princíp aplikácie

Monitorovanie kvality sieťového riešenia SKPOS je založené na virtuálnom princípe, kde jadro monitoringu predstavuje program RTKNAVI zo softvérového balíčka RTKLIB (RTKLIB web, 2013). Program RTKNAVI simuluje meranie rovera v teréne prostredníctvom generovania SKPOS VRS stanice pre zvolenú polohu (rover VRS) a počíta základnicu "Rover VRS – Referenčná stanica SKPOS". Výsledné kritérium kvality predstavujú odchýlky medzi vypočítanou a známou polohou použitej permanentnej referenčnej stanice SKPOS. Pozn. Do generovania SKPOS VRS stanice vstupujú údaje aj z permanentných staníc polohových služieb susedných štátov, ktoré sú pripojené do sieťového riešenia SKPOS (pozri mapku referenčných staníc na portáli SKPOS www.skpos.gku.sk), avšak monitorovanie okolia týchto staníc nie je z technických dôvodov aktívne.

2 Oblasti a polohy testovania

Územie Slovenska je rozdelené na oblasti kruhového tvaru so stredom v referenčných staniciach SKPOS (obr. 1). V rámci každého územia sú testovacie polohy volené vo vzdialenosti: 2km, 11km a 20km od referenčnej stanice. Azimut testovacej základnice nadobúda hodnoty: 0°, 45°, 90°, ..., 315°. Interval 45° je zvolený zámerne, aby bolo kombináciou vzdialenosti a azimutov dosiahnutých 24 testovaných polôh v rámci jedného územia. V rámci jedného dňa je každé územie testované raz za hodinu, vždy inou kombináciou vzdialenosti a azimutu. Tieto kombinácie sú náhodne generované pre každé územie a každý deň. Taktiež poradie testovania území v rámci jednej hodiny je generované náhodne. Uvedený počet testovacích polôh bol zvolený kvôli eliminácii možných systematických chýb a náhodnosť generovania nám minimalizuje ich závislosť (koreláciu) na čase.

obr. 1 Monitorované územia

Dĺžka jedného testovania (spracovania základnice) trvá 120 epoch (2 minúty), čo predstavuje čas odporúčaný pre určovanie polohy podrobných geodetických bodov (PGB) metódou RTK, ktorý je stanovený vyhláškou Úradu geodézie, kartografie a katastra SR č. 75/2011 (ÚGKK SR, 2011). V rámci jedného dňa je vykonaných celkovo 720 meraní na 720 polohách (obr. 2).

obr. 2 Testovacie polohy počas jedného dňa

Testovacie polohy sú zadávané vo forme elipsoidických súradníc φλ a nadmorskou výškou H, ktorá je generovaná z digitálneho výškového modelu SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), aby bolo dôveryhodnejšie zabezpečená simulácia merania rovera v teréne.

3 Štatistické spracovanie výstupov z testovania

Výstupom z použitého softvéru RTKNAVI dostávame elipsoidické súradnice φλh pre viacero epôch na základe spracovania základnice "Rover VRS (testovacia poloha) – Referenčná stanica SKPOS" aj s informáciou o kvalite a type výsledného riešenia (fix, float, atď.). Následne sú vylúčené všetky hodnoty, v ktorých nebolo dosiahnuté fixné riešenie a pomocou Grubbsovho testu sú na hladine významnosti α = 0,05 vylúčené odľahlé hodnoty. Z hodnôt, ktoré prešli uvedeným filtrom, sú určované priemery elipsoidických súradníc, ktoré sú transformované do lokálneho topocentrického súradnicového systému (neu) s počiatkom v referenčnej polohe permanentnej stanice. Výsledkom testovania je grafické znázornenie odchýlok v polohe ne a vo výške u pre každú testovaciu oblasť s hodinovým intervalom (obr. 3).

Odchýlka v polohe je definovaná ako:

(1)

Odchýlka vo výške je definovaná ako:

(2)

Vodorovnými čiarami znázornené denné kvadratické priemery (z angl. root mean square) pre polohu RMS_ne a výšku RMS_u:

(3)

kde:

x_i - sú jednotlivé odchýlky ne alebo u

n - počet hodnôt

obr. 3 Príklad grafického znázornenia odchýlok v polohe a vo výške

Viac informácii o aplikácii sa môžete dozvedieť z diplomovej práce Ing. Karola Smolíka (Smolík, 2013).

Literatúra

RTKLIB web, 2013: Webová stránka open source softvéru RTKLIB. [online]. [cit. 5.5.2013]. Dostupné na internete: http://www.rtklib.com.

SMOLÍK, K. 2013: Monitoring kvality sieťového riešenia SKPOS v reálnom čase : diplomová práca. Bratislava : Stavebná fakulta STU, 2013. 53 s. Dostupné na internete: http://crzp.sk/crzpopacxe?fn=*recview&uid=1281939 .

ÚGKK SR, 2011: Vyhláška Úradu geodézie, kartografie a katastra Slovenskej republiky č. 75/2011.