Koordinatni sistemi i datumske transformacije...Tipovi koordinata Savremene geodetske tehnologije - školska 2020/2021.godina Tranfsormacije iz kartezijanskih u elipsoidne i iz elipsoidnih

SAVREMENE GEODETSKE TEHNOLOGIJE

KOORDINATNI SISTEMI I

DATUMSKE TRANSFORMACIJE

(mreže permanentnih stanica)

1Savremene geodetske tehnologije - školska 2020/2021.godina

2

Predstavljanje Zemlje

Savremene geodetske tehnologije - školska 2020/2021.godina

➢ Površina Zemlje je nepravilnog oblika i ne može se matematički

potpuno tačno opisati.

➢ Za matematički opis koriste se dva geometrijska tela:

- sfera

- elipsoid.

➢ Sfera - manje precizna aproksimacija i koristi se kod velikih

razmera.

➢ Elipsoid - najpreciznija aproksimacija Zemlje koja ima svoj

analitički oblik. Dobija se rotacijom elipse oko male ose.

➢ Parametri elipsoida:

1.velika poluosa (a)

2.mala poluosa (b)

3.faktor spljoštenosti (f)

3

Predstavljanje Zemlje


➢ Geodetski datum - elipsoid za koji je definisano i rastojanje od centra Zemlje. Često se termini elipsoid i datum koriste kao sinonimi.

➢ Geodetski datum predstavlja osnovu za definisanje koordinatnog sistema.

1. globalni ili geocentrični (jer se centar poklapa sa centrom Zemlje) -

ukoliko se geodetskim datumom predstavlja čitava Zemlja,

2. lokalni (regionalni) -

ukoliko se njime aproksimira

deo Zemljine površine.

4

Tipovi koordinata


➢ Kartezijanske - pravougle trodimenzionalne koordinate (Dekartov

pravougli koordinatni sistem) - predstavljaju rastojanje od koordinatnog

početka do tačke izraženo u metrima po osama x, y i z.

➢ Elipsoidne (geodetske, krivolinijske) koordinate:

- geografska širina (φ), geografska dužina (λ) i visina (h).

5

Tipovi koordinata


▪ Tranfsormacije iz kartezijanskih u elipsoidne i iz elipsoidnih u

kartezijanske koordinate se nazivaju geografske transformacije.

6

Datumska transformacija


Datumska transformacija - konvertuje koordinate tačke date u koordinatnom sistemu A u koordinate u koordinatnom sistemu B.

Helmertova – 7-parametarska transformacija.

7

Kartografska projekcija


Kartografska projekcija – aproksimacija zakrivljene površi elipsoida na ravnoj površi.

Državni koordinatni sistem - SRB_ETRS89, koji se poklapa sa Evropskim

terestričkim referentnim sistemom - ETRS89.

Položaji tačaka i objekata u prostornom referentnom sistemu:

1. X, Y, Z ili

2. geodetska širina B, dužina L i visina h. Ove koordinate se odnose na

dvoosni obrtni elipsoid geodetskog referentnog sistema GRS80

(Geodetic Reference System 1980).

UTM projekcija - poprečna cilindrična projekcija, širina meridijanske zone

6 stepeni (centralni meridijan 21, zona 34)

Početni meridijan – Grinič

Projekcija Ekvatora je E osa

Projekcija centralnog meridijana je N osa

Najveća deformacija dužine – 0,4m/km

8Savremene geodetske tehnologije - školska 2020/2021.godina

Kartografska projekcija

Gaus-Krigerova projekcija: prethodni državni koordinatni sistem

Početni meridijan Grinič

Beselov elipsoid

Poprečna cilindrična projekcija, širina meridijanske zone 3 stepena

Projekcija ekvatora je Y osa, Projekcija centralnog meridijana je X osa

GK projekcija - Srbija pada u dve meridijanske zone:

6 zona, centralni meridijan 18

7 zona, centralni meridijan 21

Najveća deformacija dužine unutar zone je 0,1 m/km

9

Geoid i visinski sistemi


Elipsoidna ili normalna visina (h) - predstavlja visinu tačke u odnosu na

površ elipsoida. Najčešće se ne poklapa sa nadmorskom visinom.

Geoid - geometrijsko telo čija se površ poklapa sa srednjim nivoom mora.

Nadmorska ili ortometrijska visina (H) - visina definisana u odnosu na geoid.

Geoid nije moguće opisatianalitički.

Odstupanje površi elipsoida od geoida sa naziva geoidna undulacija (N), i omogućuje definisanje veze između normalne i nadmorske visine (H=h-N). 1. geoid

2. elipsoid

3. površina Zemlje

10

GPS koordinate


➢ Svetski geodetski sistem 1984 (World Geodetic System -WGS84)

Globalni geocentrični sistem zasnovan na elipsoidu koji je 1979. prihvaćen od strane Međunarodne zajednice za geodeziju i geofiziku(International Union of Geodesy and Geophysics – IUGG)

i nazvan Geodetski referentni sistem GRS80 (eng. Geodetic Reference System 1980).

➢ GRS80 je 1984. godine preinačen u Svetski geodetski sistem WGS84.

GPS sistem koristi koordinatni sistem zasnovan na datumu WGS84.

11

GPS koordinate


• Koordinate se izvorno računaju kao kartezijanske, ali se konvertuju u elipsoidne.

• Za potrebe transformacije koordinata iz jednog u drugi datum, potrebno je definisati: parametre datumske transformacije, parametre projekcije i model geoida.

Napomena: za precizno određivanje nadmorske visine potrebno je poznavanje modela lokalnog geoida koji za Srbiju nije definisan, pa se koristi globalni model - EGM96 - Earth Gravitational Model 1996

12

Permanentne stanice


❑ Nepokretan prijemnik pozicioniran na tački poznatih koordinatanaziva se baza ili referentna stanica.

❑ Ukoliko je referentna stanica takva da se njena lokacija nećemenjati tokom dužeg vremenskog perioda ona se nazivapermanenta referentna stanica (u praksi se koristi i termin aktivnageodetska GNSS referentna osnova).

❑ Kako su praksi lokacije merenja na različitim udaljenostima odpermanentne stanice, to se javila potreba za postojanjem višepermanentnih stanica na jednom području.

❑ Tri ili više permanentnih stanica povezanih u sistem namenjenslanju diferencijalnih korekcija nazivamo mrežom permanentnihstanica.

❑ Prve mreže realizovane su u SAD, Evropi i Japanu devedesetihgodina.

13

Permanentne stanice


❑ Permanentna stanica savremene mreže mora da se sastoji od:

o GNSS antene visokih performansi

o GNSS prijemnika visokih performansi

o Komunikacionog uređaja

❑ Opciono se stanica može opremiti sledećim pratećiminstrumentima:

o Oprema za merenje i registrovanje meteoroloških parametara(termometri, barometri, higrometri...)

o Oprema za precizno merenje pomeraja i vibracija (inklinometri,seizmometri...)

o Oprema za merenje nivoa mora (tide gauge...)

14

Permanentne stanice


Lokacija referentne stanice

Lokacija tačke treba da:

• Obezbedi vidljivost ka nebu, bez prepreka iznad elevacije od 15°, a

poželjno je preko 5° (zgrade, drveće...)

• Bude na dovoljnom rastojanju od izvora elektromagnetnih smetnji

(predajne antene, stanice mreže mobilne telefonije...)

• Postoji mogućnost za obezbeđivanje napajanja i komunikacije

• Ukoliko je antena postavljena daleko od izvora napajanja i

komunikacije koriste se neki vidovi autonomnog napajanja (npr.

solarni paneli) i bezične komunikacije (GPRS, radio modem...)

15

Permanentne stanice


Stabilizacija tačaka

❑ GNSS antena permanentne stanice mora biti odgovarajuće postavljena na

tački koja je stabilisana.

❑ Način stabilizacije tačke treba da bude takav da obezbedi:

o Nepomičnost tačke u dužem vremenskom periodu - tačka treba da bude

na čvrstom terenu sa dubokim temeljom, odnosno ukoliko je na objektu, da

je objekat čvrsto građen

o Nepomičnost tačke u kraćem vremenskom periodu – otpornost na

vibracije

o Otpornost na vremenske uslove – promene dimenzija tačke usled

promene temperature i/ili vlažnosti treba da bude minimalna (najviše reda

milimetra)

o Otpornost na mehanička oštećenja – tačka treba da bude realizovana od

čvrstog materijala ili postavljena na lokaciji gde nisu verovatna mehanička

oštećenja (po potrebi zaštićena).

16

Permanentne stanice


Stabilizacija tačaka

❑ Postoje različite izvedbe stabilizacije tačke (monument). Neke od njih su:

o Betonski stub – postavlja se na zemlji, sa dobro ukopanim temeljima čija

dubina prelazi visinu nadzemnog dela stuba. Liju se na terenu, od armiranog

betona. Na vrhu se postavlja metalna ploča, takve konstrukcije da je

omogućeno postavljanje GNSS antene.

o Metalni štap - koristi se za postavljanje na stenovitoj podlozi. U steni se

prethodno izbuši rupa u koju se postavi štap, a učvršćuje se bočnim šipkama

koje se takođe ubuše u stenu.

o Metalni stub – pogodno za postavljanje na krovove objekata. Visina stuba

stuba mora biti takva ne trpi vibracije, od čvrstog materijala što otpornijeg na

koroziju (pocinkovani čelični stub ili stub od nerđajućeg čelika. U zavisnosti

od tipa krova se učvršćuje, a na vrhu mora biti deo sa navojem na koji se

postavlja antena.

o Direktno postavljanje – na objektima, na krov, dimnjak i sl.

17

Permanentne stanice


Betonski stub

18

Permanentne stanice


Metalni štap

19

Permanentne stanice


Metalni stub

Postolje antene

Antena montirana na

dimnjak

20

Mreže permanentnih GNSS stanica


Danas se za realizaciju mreža permanentnih GNSS stanica

primenjuju tri koncepta:

❑ Koncept referentnih stanica koje rade u emisionom režimu

(broadcast)

❑ Koncept referentnih stanica koje rade u dvosmernom režimu

❑ Master – auxiliary koncept (MAC)

21



FKP (FlächenKorrekturParameter)

❑ FKP je nemačka skraćenica za termin “prostorno-mrežne korekcije”.

❑ Predstavlja jednu realizaciju emisionog režima rada permanentnih

stanica, standardizovanu od strane SAPOS komiteta

(SAtellitenPOSitionierungsdienst) u Nemačkoj.

❑ Prijemnik na terenu prima poruku sa korekcijama od najbliže

referentne stanice.

❑ Poruka se emituje u formatu RTCM 2.3 tip 59, i sadrži korekcije

uticaja atmosfere i efemerida.

❑ Nije međunarodni standard. Podržano od samo nekoliko proizvođača

opreme (npr. prijemnici Trimble 5700 i 5800).

22



Dvosmerni režim komunikacije - VRS

❑ VRS (Virtual Reference Station) je mrežni standard koji

podrazumeva dvosmernu komunikaciju rovera i mreže.

❑ Temelji se na činjenici da se preciznost merenja povećava sa

smanjivanjem rastojanja između referentne stanice i rovera.

❑ Za realizaciju ovog standarda potrebno je minimum tri referentne

stanice koje su povezane sa serverom preko komunikacionog linka.

Potrebno je obezbediti i komunikacioni link od rovera ka serveru.

❑ Formati poruka koji se koriste su standardni:

➢ Od servera ka roveru RTCM

➢ Od rovera ka serveru NMEA

❑ Danas često korišćen standard mreža referentnih stanica.

23



Dvosmerni režim komunikacije - VRS

❑ Princip rada

Rover serveru šalje poruku sa

približnom pozicijom u NMEA formatu

Server roveru šalje poruku sa

korekcijama u RTCM formatu

24



Master – Auxiliary Concept (MAC)

❑ Ovaj koncept je razvila kompanija Leica Geosystems 2001. godine.

❑ U osnovi predstavlja koncept emisionog režima, ali značajno

unapređen.

❑ Implementiran je u mrežnom softveru Leica SpiderNET.

❑ Osnova koncepta je pretpostavka da rastojanja sa referentnih stanica

određena fazom redukovana na zajednički nivo neodređenosti, tj. da

je celobrojna neodređenost za svaki par prijemnik – satelit takva da

nestane kad se na njih primeni princip dvostrukih razlika.

❑ Kad je ovaj uslov zadovoljen moguće je računati popravke uticaja

grešaka, za svaki par prijemnik – satelit i za svaku frekvenciju.

25




❑ Ove korekcije se u celini emituju samo sa jedne stanice u mreži. Ova

stanica se naziva glavna ili master stanica.

❑ Za ostale stanice se računaju razlike korekcija i ove stanice se

nazivaju pomoćnim stanicama (auxiliary stations).

❑ Kako su razlike korekcija mali brojevi oni se mogu predstaviti sa

manjim brojem bita, te je i poruka koja se šalje roveru manja.

❑ Informaciju o razlikama korekcija rover može koristiti da:

➢ Interpolira vrednost greške na svojoj lokaciji

➢ Da rekonstruiše kompletnu korekciju sa svih stanica mreže

❑ Master stanica ne mora biti stanica koja je najbliža roveru.

26




27



Komponente mreže

Mreža permanentnih GNSS stanica se sastoji od sledećih sistema za

komunikaciju:

❑ Komunikacioni sistem satelitske komunikacije – pokriva

komunikaciju GNSS satelita i GNSS prijemnika. Predajna strana –

GNSS satelit sa predajnom opremom. Prijemna strana – GNSS

prijemnik sa odgovarajućom antenskom opremom.

❑ Distributivni komunikacioni sistem – pokriva komunikaciju između

Centra za akviziciju, obradu i distribuciju geoprostornih podataka i

korisničkih radnih prijemnika. Zadatak: prenos korekcionih

parametara od Centra do prijemnika, prenos parametara pozicije

radnog prijemnika od radnog prijemnika do Centra, autentifikacija

prijemnika i praćenje korišćenja servisa.

28



Komponente mreže

❑ Komunikacioni sistem za akviziciju - pokriva komunikaciju između

permanentnih GNSS stanica i Centra za akviziciju, obradu i

distribuciju geoprostornih podataka.

Zadatak: Prenos geoprostornih podataka od permanentnih prijemnika

do Centra. Prenose se sirovi podaci ili već obrađeni podaci koji se

koriste za određivanje korekcionih parametara na permanentnom

prijemniku, prenos podataka namenjenih nadgledanju stanja modula

permanentne stanice bitnih za osnovnu funkcionalnost permanentne

stanice, prenos podataka namenjenih za podešavanje parametara

permanentnih stanica.

29



Mreže permanentnih stanica u Srbiji

❑ U Srbiji rade tri mreže:

➢ AGROS – Aktivna Geodetska Referentna Osnova, mreža u

nadležnosti Republičkog geodetskog zavoda, pokriva čitavu

teritoriju Srbije

➢ VekomNET – komercijalna mreža u vlasništvu preduzeća

Vekom iz Beograda. Pokriva teritoriju Srbije bez Vojvodine

➢ APOS-NS – akademska mreža u Vojvodini, u nadležnosti

Fakulteta tehničkih nauka.

30



❑ APOS - NS

➢ Academic GNSS

Position Timing and

Navigation System

Novi Sad

➢ Razvijena od strane

Centra za

geoinformacione

tehnologije i sisteme

FTN Novi Sad

➢ Čini je 9 permanentnih

stanica i jedan kontrolni

centar


31



❑ AGROS

➢ Aktivna Geodetska

Refentna OSnova

➢ Ukupno je planirano 32

permanentne stanice

➢ Mreža funkcioniše po

VRS konceptu


32



❑ VEKOM NET

➢ VEKOM NET GPS

mreža

➢ Sastoji se od 17

permanentnih stanica,

sa kontrolnim centrom u

Beogradu

➢ Planirano je

postavljanje još 7

stanica

➢ Mreža je bazirana na

MAC konceptu


Documents

Koordinatni sistemi i datumske transformacije...Tipovi koordinata Savremene geodetske tehnologije - školska 2020/2021.godina Tranfsormacije iz kartezijanskih u elipsoidne i iz elipsoidnih