Programowanie

Global Positioning System

Global Positioning System

GPS-NAVSTAR (ang. Global Positioning System – NAVigation Signal Timing And Ranging) – system nawigacji satelitarnej obejmujący całą kulę ziemską.

Zasada działania polega na pomiarze czasu dotarcia sygnału radiowego z satelitów do odbiornika. Znając prędkość fali elektromagnetycznej oraz znając dokładny czas wysłania danego sygnału można obliczyć odległość odbiornika od satelitów. Sygnał GPS zawiera w sobie informację o układzie satelitów na niebie (tzw. almanach) oraz informację o ich teoretycznej drodze oraz odchyleń od niej (tzw. efemeryda). Odbiornik GPS w pierwszej fazie aktualizuje te informacje w swojej pamięci oraz wykorzystuje w dalszej częsci do ustalnie swojej odległości od poszczególnych widzianych satelitów. Wykorzystując trilaterację mikroprocesor odbiornika może obliczyć pozycję geograficzną (długość, szerokość geograficzną oraz wysokość elipsoidalną) i następnie podać ją w wybranym układzie odniesienia - standardowo jest to WGS-84, a także aktualny czas GPS z bardzo dużą dokładnością.

System GPS jest utrzymywany i zarządzany przez Departament Obrony USA. Korzystać z jego usług może w zasadzie każdy - wystarczy tylko posiadać odpowiedni odbiornik GPS. Takie odbiorniki są produkowane przez niezależne firmy komercyjne. System GPS jest darmowy i jako taki ma pozostać zgodnie z polityką Stanów Zjednoczonych.

Niezbędnym elementem systemu jest możliwość identyfikacji sygnałów z poszczególnych satelitów przez odbiornik GPS. Odbywa się to dzięki PRC (Pseudo-Random-Code). PRC w swojej głównej funkcji ma na celu cyfrowe wzmocnienie przekazywanego sygnału (dzięki temu nie potrzebujemy ogromnych talerzy do odbioru sygnału satelitarnego) oraz umożliwia Departamentowi Obrony USA na kontolowanie dostępu do systemu GPS. Dzięki temu wojsko może używać sygnał GPS do przekazywania szyfrowanych komunikatów.


IBook z odbiornikiem GPS.
IBook z odbiornikiem GPS.

Spis treści

[edytuj] Segment kosmiczny

[edytuj] System satelitów

Konfiguracja satelitów operacyjnych GPS.
Konfiguracja satelitów operacyjnych GPS.

System pracuje na obszarze całej Ziemi, bo w każdym punkcie globu widoczne są zawsze przynajmniej cztery satelity. Co najmniej 24 satelity (liczba wymagana do osiągnięcia pełnej operacyjności systemu, tzn. prawdopodobieństwo widoczności przynajmniej 5 satelitów w dowolnym punkcie na kuli ziemskiej, z wyłaczeniem okolic biegunów, wynosi 99.96%) krążą po orbitach na wysokości około 20183 km. Jest to orbita niższa od geostacjonarnej. System wielu nadajników jest bardzo kosztowny, Amerykanie regularnie muszą umieszczać na orbicie kolejne w zastępstwie tych, które zeszły z właściwej orbity lub uległy awarii. Jednakże ze względu na zyski dla gospodarki światowej a w szczególności amerykańskiej, system został nieodpłatnie udostępniony dla zastosowań cywilnych. Ciekawostką jest fakt, że na każdym satelicie jest zainstalowana aparatura szpiegowska NUDET (Nuclear Detection) przeznaczona do natychmiastowego wykrywania wybuchów nuklearnych na Ziemi.

[edytuj] Generacje satelitów GPS

[edytuj] Zasada działania

Sygnał dociera do użytkownika na dwóch częstotliwościach nośnych f1 = 1575,42 MHz i f2 = 1227,6 MHz. Porównanie różnicy faz obu sygnałów pozwala na dokładne wyznaczenie czasu propagacji, który ulega nieznacznym wahaniom w wyniku zmiennego wpływu jonosfery. Użytkownicy cywilni przybliżoną poprawkę jonosferyczną otrzymują w depeszy nawigacyjnej lub dzięki systemowi DGPS.

Identyfikacja satelitów oparta jest na metodzie podziału kodu CDMA (Code Division Multiple Access) oznacza to, że wszystkie satelity emitują na tych samych częstotliwościach, ale sygnały są modulowane różnymi kodami.

Odbiór sygnału bez zastosowania anten parabolicznych, które w tym przypadku są bezużyteczne ze względu na ich kierunkowość, wymaga zaawansowanych technik oddzielania sygnału od szumu i przetwarzania sygnału. Satelity są w ciągłym ruchu; wyznaczenie pozycji odbiornika na podstawie pomiaru tzw. pseudoodległości od kilku satelitów jest również złożonym zadaniem, wymagającym m.in. uwzględnienia spowolnienia upływu czasu w polu grawitacyjnym Ziemi.

Satelita GPS.
Satelita GPS.

Dla poprawnej pracy systemu kluczowy jest czas. Każdy satelita jest wyposażony w zegar atomowy, dzięki czemu jego sygnał jest dokładnie zsynchronizowany z całym systemem. Jednocześnie satelity tworzą razem z kilkoma nadajnikami naziemnymi swoistą sieć korekcji czasu. W efekcie odbiornik GPS podaje nie tylko pozycje, ale również bardzo precyzyjny czas.

Aby określić pozycję w trójwymiarowej przestrzeni i czas systemu konieczny jest jednoczesny odbiór z przynajmniej czterech satelitów. Odbiornik oblicza trzy pseudodległości do satelitów oraz odchyłki czasu (różnicy między tanim i niedostatecznie dokładnym wzorcem kwarcowym zainstalowanym na odbiorniku i precyzyjnym zegarem atomowym na satelicie). Dokładne współrzędne satelity są transmitowane w depeszy nawigacyjnej. W przypadku możliwości odbioru tylko z trzech satelitów niektóre odbiorniki mogą pracować w trybie 2D z ustawioną przez użytkownika wysokością elipsoidalną.

[edytuj] Metody pomiaru pseudoodległości

Metoda kodowa polega na pomiarze kodu C/A i P na jednej lub dwóch częstotliwościach L1 i L2. W tym samym czasie satelita wysyła, a odbiornik generuje taki sam kod. Korelacja (pomiar przesunięcia) obu kodów daje czas Δt przebiegu sygnału od satelity do odbiornika GPS (d = c · Δt). Dokładność tej metody jest rzędu pojedynczych metrów. Występuje duży błąd niesynchronizacji zegarów satelity (nadajnika) i odbiornika. Pomiar kodowy do 4 satelitów wykonywany w jednym momencie daje już możność wyznaczenia pozycji punktów, współrzędne punktów mogą być obliczone na każdą epokę niezależnie. Metoda ma zastosowanie kinematyczne (w nawigacji), gdzie współrzędne punktu zmieniają się z epoki na epokę (metoda fazowa nie daje takich możliwości, gdyż występuje wtedy więcej niewiadomych).

Rosnące możliwości procesorów oraz rozwój systemu GPS (zmiany polityki co do sygnałów oraz nowy sygnał L3) umożliwiają wykorzystanie technik ustalania pozycji zastrzeżonych wcześniej dla pomiarów stacjonarnych. Dzięki temu również cywilne urządzenia nawigacyjne zwiększają swoją dokładność do kilku-kilkunastu centymetrów.

Metoda fazowa polega na pomiarze różnicowym faz na jednej lub dwóch częstotliwościach L1 i L2. Jest to pomiar fazy sygnału przychodzącego φ.

d = Nλ + λφ

gdzie:

d - pseudoodległość,

N - całkowita liczba pełnych długości fal mieszczących się w odległości satelita - Ziemia,

λ - długość fali, na której pracuje,

φ - pomierzona faza sygnału przychodzącego.

Metoda fazowa jest dokładniejsza, dokładność rzędu kilku milimetrów, lecz posiada ona pewne wady, takie jak np. konieczność wyznaczenia nieoznaczoności fazy N (nazywane inicjalizacją odbiornika). Dopiero przy pomiarze do 4 satelitów dopiero dla 3 epok możliwe jest rozwiązanie (wyznaczenie pozycji) 12 obserwacji (12 długości do satelitów) i 10 niewiadomych. Niemożliwe są zastosowania kinematyczne, chyba że niewiadome nieoznaczoności fazy zostaną wyznaczone na początku pomiaru na podstawie metod statycznych i nie wystąpią utraty cykli. Jeśli zostanie utracona łączność z satelitą to na nowo musimy inicjalizować instrument (tzn. wyznaczać N). Niezbędne są szybkie metody inicjalizacji (np. On-The-Fly).

[edytuj] Zakłócanie pracy GPS

 Ten artykuł wymaga dopracowania zgodnie z zaleceniami edycyjnymi.
Należy w nim poprawić: zlikwidować tę sekcję, sprawdzić czy nie NPA.
Dokładniejsze informacje, co należy poprawić być może znajdziesz na stronie dyskusji tego artykułu.
Po naprawieniu wszystkich błędów można usunąć tę wiadomość.

Ze względów strategicznych przewidziano dwa poziomy dostępu – dostęp standardowy dla odbiorców cywilnych oraz precyzyjny dla armii Stany Zjednoczone USA. Standardowy dostęp ze względów technicznych daje dokładność rzędu kilku metrów. Jednak ze względu na możliwość zastosowania nawet takiej informacji w działaniach militarnych, sygnał cywilny był zakłócany pseudolosowym błędem – w wybranych miejscach Ziemi, a później globalnie. Dokładność ustalenia pozycji spadała do około 100 metrów. Błąd ten można było kompensować pod warunkiem znajomości metody zakłócania, oczywiście tajnej. Zakłócanie sygnału nazywane było Selective Availability. Cywilni odbiorcy znaleźli co prawda metody na omijanie tych zakłóceń – wystarczyło stojąc w jednym miejscu uśredniać wskazania przez dłuższy czas. Taki sposób nie nadawał się jednak do zastosowania np. na pocisku kierowanym przez GPS.

Często stosowaną metodą zwiększenia dokładności pomiaru jest stosowanie pomiaru różnicowego, zwanego DGPS. W takich przypadkach zlokalizowana w pobliżu odbiornika stacja bazowa (o znanej i stałej pozycji) DGPS przekazuje do niego dane różnicowe (najczęściej są to różnice między zmierzonymi przez stację bazową pseudodległościami, a rzeczywistymi odległościami do satelitów). W ten sposób odbiornik GPS może nanieść poprawki wynikające z błędów propagacji sygnału między satelitą a odbiornikiem.

Innym systemem korekcji błędów jest WAAS/EGNOS, podobny do DGPS z tą różnicą, że poprawki do odbiorników przesyłane są przez geostacjonarne satelity.

1 maja 2000 prezydent USA Bill Clinton nakazał usunięcie celowego zakłócania sygnału, dzięki czemu dokładność określania pozycji dla zwykłych użytkowników wzrosła do około 4-12 metrów.

Odbiorniki cywilne są wyposażane w zabezpieczenia uniemożliwiające zastosowanie ich w niektórych dziedzinach. W szczególności, przestają działać po przekroczeniu pewnej prędkości – starsze odbiorniki 160 km/h, nowsze rzędu 1665 km/h.

Mając 3 satelity sztuczne Ziemi można bardzo dokładnie wyznaczyć położenie na Ziemi. Najdokładniejsze pomiary osiągają do 3 mm. Takimi precyzyjnymi przyrządami obserwuje się ruch płyt kontynentalnych. System GPS składa się z trzech komponentów:

Segment kosmiczny składa się z 30 (stan na 14.08.2007r.) satelitów umieszczonych na orbitach kołowych o nachyleniu 55° (Block IIA, IIR, IIR-M) lub 63° (Block I) względem płaszczyzny równika na wysokości 20162 km. Obieg Ziemi przez satelitę trwa 11h 58min (pół doby gwiazdowej). Około 28 satelitów jest stale czynnych a pozostałe są testowane bądź wyłączone z przyczyn technicznych (stan na sierpień 2007r.). Segment kontroli składa się 5 stacji kontrolnych zlokalizowanych w pobliżu równika. Główna Stacja Nadzoru jest zlokalizowana w Bazie Sił Powietrznych USA Falcon w Springs (Colorado), a pozostałe stacje pomocnicze na Hawajach, w Ascestor, Diego Garcia i Kwajalein. Stacje kontroli gromadzą dane na temat współrzędnych satelitarnych i ich orbit. Na satelitach są urządzenia umożliwiające przekazywanie danych o orbitach. Te sekcje także należą do segmentu kontroli.

Układ odniesienia WGS-84 przyjęty w 1983 r. Wyznaczano elipsoidę, na której każdy punkt ma określone położenie (x,y,z). Wyznaczone współrzędne (x,y,z) w układzie tym są następnie przeliczane do układu geodezyjnego obowiązującego w danych kraju, zatem po przeliczeniu otrzymujemy następujące współrzędne: szerokość geograficzna, wysokość punktu nad powierzchnia elipsoidy – h, długość geodezyjna – L.

Sygnały emitowane przez satelity systemu GPS. Satelity emitują sygnały na 2 częstotliwościach. Sygnał L1 ma falę nośną o dł. 19cm a sygnał L2 24 cm. Są one odbierane przez anteny odbiorników naziemnych, przy czym są one modulowane odpowiednimi kodami binarnymi (0,1). I tak sygnał L1 modulowany jest kodem C/A, tzn. ze jest to sygnał dla użytku cywilnego. Drugi, P , jest przeznaczony dla wojska. Obydwie częstotliwości są modulowane ponadto kodem zawierającym pakiet informacji dotyczących parametrów orbity satelity i poprawki zegara satelity efemerydy pozostałych aktywnych satelitów oraz innych informacji umożliwiających pracę odbiornika i urządzeń satelity. Zadaniem kodów P i C/A jest identyfikacja satelitów. Zasada działania odbiornika GPS: głównym zadaniem odbiornika jest pomiar odległości co najmniej 4 satelitów przy wykorzystaniu L1 i L2, Są to odbiorniki wielokanałowe umożliwiające jednoczesną rejestrację sygnałów pochodzenia nawet od 12 satelitów. Każdy odbiornik ma antenę, która ustawiona jest nad ustalonym punktem, którego współrzędne chcemy określić. Odbiera ona sygnały od wszystkich dostępnych satelitów i po wstępnym wzmocnieniu transmituje je do sekcji częstotliwości radiowych odbiornika. Mikroprocesor kontroluje operacje odbiornika i proces przetwarzania sygnału i dekodując informację nałożoną na fale, identyfikuje satelity, oblicza współrzędne obserwatora, jego prędkość i kurs oraz zapisuje dane w swojej pamięci. Zgromadzone informacje są następnie transmitowane do komputera i dzięki odpowiedniemu urządzeniu dokonuje odpowiednich obliczeń. Celem eliminacji zakłóceń zaleca się aby wysokość horyzontalna satalitów wynosiła ponad 15° dla pomiarów kinematycznych bądź ponad 10° dla pomiarów statycznych. Dwie techniki pomiaru odległości od satelitów:

  1. mierzymy pseudo odległości: odbiera się sygnał kodowy, replika kodu jest generowana w odbiorniku, następnie te dwa sygnały są porównywane
  2. polega na pomiarze fazy częstotliwości fali nośnej. Wymaga zrekonstruowania odbiorników fali oraz porównania fazy zrekonstruowanej fali z fazą fali nośnej, która została odebrana. Rezultatem tego jest dokładne określenie fragmentu długości nośnej L1 lub L2. Inicjalizacja odbiornika uruchamianie żeby było zdolne do działania. Trzeba zliczyć fale, ile ich było. a końcową b Precyzyjnie się odmierza. Techniki satelitarne GPS stosowane w geodezji: Do tworzenia map potrzebne są dwa odbiorniki jeden na punkcie odniesienia, drugi na punkcie w terenie. który nas interesuje

Skład odbiornika:

  1. antena,
  2. spodarka dzięki której można antenę scentrować nad punktem i przymocowuje się statyw do anteny
  3. przymiar do pomiaru wysokości anteny nad ziemią
  4. połączenie kablowe

Antena podłączona jest do odbiornika. Odbiornik może odebrać informacje od 12 satelitów znajdujących się nad horyzontem.

Metody pomiaru

  1. Metoda statyczna

Jeśli dwa odbiorniki ustawione są w odległości 3-5 km i chcemy wyznaczyć tę odległość z dokładnością do 3 mm, to czas pomiaru wynosi 45-60 minut. Trzeba wtedy widzieć 4 satelity. W tej metodzie obliczane są odległości między satelitami, a także między odbiornikami naziemnymi.

  1. Metoda FAST- STATIV

Metoda ta jest podobna do statyczne, ale czas pomiaru jest krótszy (12-15 min), uzyskiwana dokładność wynosi około 1 cm.

  1. Metoda kinematyczna

W tej metodzie jedna antena z odbiornikiem jest stale umieszczona nad punktem odniesienia, a druga antena z odbiornikiem jest przenoszona z punktu do punktu, których współrzędne chcemy wyznaczyć. Czas pomiaru wynosi około 2-3 min na każdy punkt. Warunkiem osiągnięcia dobrej dokładności jest widoczność satelitów przez oba urządzenia.

  1. Metoda RTK- real time kinematic

Jest to również metoda kinematyczna, w czasie rzeczywistym z wykorzystanim min. 5 satelitów. W tej metodzie odbiornik stacjonarny i ruchomy są połączone drogą radiową Czas pomiaru - około 15 sekund na punkt, dokładność - około 1 cm. Odbiorniki mają kontakt nie tylko z satelitami, ale także między sobą, dzięki temu zachowana jest większa odporność na przeszkody (takie jak drzewo).

[edytuj] Segment naziemny

W jego skład wchodzi:

Obecnie dodano 6 stacji NIMA, planuje się dodanie dalszych 6. W rezultacie wszystkie satelity będą widzialne przez nie mniej niż dwie stacje śledzące co pozwoli zwiększyć dokładność kontrolowania parametrów pracy systemu

[edytuj] Segment użytkownika

[edytuj] Parametry techniczne

Odbiorniki GPS firm Trimble, Garmin i Leica.
Odbiorniki GPS firm Trimble, Garmin i Leica.

Ze względów technicznych dokładność obliczania wysokości nad poziomem morza jest około 3 razy mniejsza niż długości i szerokości geograficznej. Wynika to z geometrii wcięcia przestrzennego wykorzystanego do wyznaczenia pozycji. Jakość wyznaczenia pozycji określają parametry rozmycia precyzji DOP (Dilution Of Precision).

Odbiorniki GPS wyposażono w wiele funkcji. Między innymi:

a w bardziej rozbudowanych odbiornikach:

Wersje przeznaczone do eksploatacji na statkach posiadają bardzo rozbudowane możliwości nawigacyjne. Wersje lądowe mogą być wyposażone w cyfrowe mapy terenu (takie urządzenia są czasami instalowane w samochodach) oraz lekkie odbiorniki przenośne zasilane bateriami lub akumulatorami. Niektóre odbiorniki pozwalają na określanie pozycji z innych systemów, jak GLONASS, czy Loran C

[edytuj] Dokładność

Dokładność urządzeń GPS to temat wzbudzający wiele emocji ze względu na brak jednolitego systemu pomiaru tego parametru. Popularny wskaźnik CEP odnosi się do statystycznego udziału punktów o zadanej dokładności w całym ich zbiorze. Innymi słowy CEP (80%) 1-3m oznacza, że 80% uzyskanych pomiarów mieści się w zakresie błędu 1-3 metra. Przy czym nie wiemy nic o pozostałych 20% pomiarów. W praktyce więc niewiele wiemy o rzeczywistych osiągach urządzenia. Dodatkowo sytuację komplikuje definicja błędu pomiaru, którą producenci wykorzystują przy podawaniu parametrów urządzeń. Sytuację można porównać do tej, która ma miejsce w przypadku rynku paneli LCD.

Kolejny problem to różnica pomiędzy laboratoryjnym pomiarem a rzeczywistym użytkowaniem urządzenia. Ze względu na fakt, że pomiar zależy od widoczności satelitów na niebie jakie ma dane urządzenie oraz ich konstelacji w danym momencie, dokładność realnych pomiarów może znacznie odbiegać od tego, co deklaruje producent. Jest to spowodowane tym, że w niesprzyjających warunkach coraz większego znaczenia nabierają te punkty, które nie są uwzględniane przez wskaźnik CEP.

Sytuacji nie ułatwia fakt, że producenci często podają parametry samego modułu GPS, a nie końcowego urządzenia. Nie uwzględnia się więc zastosowanych komponentów RF oraz samej anteny. W efekcie popularne gotowe urządzenia oparte na tym samym układzie GPS mogą różnie się zachowywać w rzeczywistych warunkach pracy.

Dominującym poglądem wśród użytkowników jest stwierdzenie, że im większa czułość urządzenia, tym większa jest jego dokładność. Nie uwzględnia się jednak elementu skoków pozycji przy pomiarach stacjonarnych lub w tzw. trudnych warunkach. Problem ten jest efektem zjawiska, które można zobrazować analogią występującą w aparatach cyfrowych - wraz ze zwiększaniem czułości ISO, zwiększa się ziarno (w przypadku aparatów cyfrowych lepszym określeniem wydaje się "szum"). Ten "szum" rośnie również wraz ze wzrostem czułości odbiorników GPS. Jest to szum radiowy, który algorytmy zastosowane w oprogramowaniu układu starają się odfiltrować i nie uwzględniać przy podawaniu pozycji. Jest to znacznie łatwiejsze, jeżeli obiekt porusza się, ze względu na możliwość wyeliminowania punktów nie spełniających pewnych założeń co do możliwości fizycznych obiektu (przyśpieszenie, prędkość, itd). W przypadku pomiaru stacjonarnego lub przy niewielkiej prędkości poruszania sprawa jest znacznie trudniejsza i w efekcie pomiar pozycji w przypadku niektórych urządzeń może ulegać znacznym wahaniom. Jest to szczególnie uciążliwe w przypadku zastosowań innych niż nawigacja samochodowa.

[edytuj] Przykłady zastosowań

Odbiornik bluetooth Rikaline GPS 6033.
Odbiornik bluetooth Rikaline GPS 6033.

Dynamicznie rozwija się segment odbiorników GPS do tzw. palmtopów / PDA. Dzięki niskiej cenie i możliwości wyboru oprogramowania, które najlepiej spełnia oczekiwania użytkownika, jest to alternatywne rozwiązanie dla urządzeń typu wszystko-w-jednym. Dostępne opcje pozwalają na podłączenie odbiornika na kablu, na karcie rozszerzeń (CF lub SD) lub bezprzewodowo (bluetooth). Popularne stają się również palmtopy / PDA z wbudowanym odbiornikiem GPS. Dostępny jest bardzo szeroki wybór oprogramowania zarówno do nawigacji samochodowej (np. Automapa, Navigo), morskiej jak i specjalistyczne programy (np. do pomiaru powierzchni).

Rejestrator Trasy EverMore GT-800-BT
Rejestrator Trasy EverMore GT-800-BT

Nowy typ urządzeń to odbiorniki GPS połączone z funkcją logowania danych - tzw. datalogger GPS lub rejestrator trasy. Umożliwiają one zapis przebytej trasy bez konieczności uruchamiania dodatkowych urządzeń. Możliwość zapisu sięga od kilkuset punktów do kilkuset tysięcy punktów w zależności od modelu i producenta. Zapisaną trasę można wykorzystać do zobrazowania drogi na darmowych (Google Earth, Google Maps) i płatnych mapach (Automapa, eMapa, Nawigator) w zależności od producenta urządzenia. Umożliwia to monitorowanie pracy kierowców lub innych pracowników mobilnych. Dzięki połączeniu zapisanej trasy oraz wykonanych na niej zdjęć możemy każdej fotografii przypisać miejsce jej wykonania - jest to tzw. Geotagging lub w tej konkretnej formie Phototagging (spolszczone nazwy to Tagi geograficzne, Tagowanie geograficzne). Dzięki temu możemy w łatwy sposób inwentaryzować umiejscowienie obiektów lub zdarzeń. Jest to tanie rozwiązanie wykorzystywane przez różnego rodzaju służby na całym świecie. Poniżej jeden z przykładów - Lokalizacja urządzenia w telekomunikacji.

Coraz częściej GPS stosuje się w telefonach komórkowych. Do tego celu wystarczy odbiornik GPS z bluetooth i kompatybilny telefon. Również na telefony powstało wiele aplikacji obsługujących GPS. Np. TOMTOM mobile, NaviExpert.

[edytuj] Odbiorniki multi-channel i multi-plexing

Dla jednoczesnego odbioru sygnału z kilku satelitów lub sygnału o dwóch częstotliwościach z jednego satelity, stosuje się odbiorniki dwóch rodzajów:

[edytuj] Lokalizacja urządzenia w telekomunikacji

System NAVSTAR (Navigation System Timing and Ranging), zwany potocznie GPS (Global Positioning System), jest kontrolowany i został sfinansowany przez Departament obrony USA. Pierwszy satelita tego systemu został wystrzelony w 1978r. Głównym zastosowaniem systemu jest wyznaczanie pozycji. System GPS umożliwia wyznaczenie w dowolnym miejscu na kuli ziemskiej, w dowolnym czasie i w każdych warunkach atmosferycznych, trzech współrzędnych: długości i szerokości geodezyjnej oraz wysokości nad poziomem morza. Obecnie system stosowany przez bardzo wielu cywili, głównie dla celów poszukiwawczych, ratownictwa, lotnictwa, transportu, rybołówstwa, geodezji i wielu innych. W telekomunikacji GPS ma już bardzo szerokie zastosowanie i polega na zdjęciu współrzędnych, w szczególności z wybudowanych obiektów, urządzeń i elementów wchodzących w skład sieci telekomunikacyjnej (zob. Normy TPSA) np.:

Zawężając tutaj omawiany zakres tylko do rurociągów światłowodowych (bez montażu kabla) stwierdzić należy, że budowa rurociągu światłowodowego nie jest budową bardzo skomplikowaną, chociaż ze względu na brak znajomości tego, co może znajdować się pod ziemią, brak możliwości zlokalizowania i ustalenia uzbrojenia podziemnego, i innych przeszkód, np. na odcinku kilkudziesięciu kilometrów, to taka budowa może stać się budową skomplikowaną i trudną. Projekt takich przeszkód może nie uwzględniać i nie jest to błędem projektowym. Przepisy Prawa Budowlanego dopuszczają zmiany w projekcie na etapie budowy. Nie rozwijając na szerszą skalę spraw technicznych i technologicznych rurociągu światłowodowego, wracając do lokalizacji urządzeń w telekomunikacji wspomnieć należy, że w skład rurociągu światłowodowego, oprócz rur RHDPE o odpowiedniej średnicy, wynikającej z Założeń Technicznych Inwestora (Klienta), wchodzą m.in.:

Wszystkie wymienione elementy podlegają w wielu przypadkach zakryciu (przysypaniu ziemią), a w szczególności studnie kablowe, które po zasypaniu mogą spełniać rolę zasobnika kablowego o lepszych możliwościach eksploatacyjnych. Ze względu na różne przeznaczenie (zadanie do spełnienia), rurociągi światłowodowe projektuje się poza terenami miejskimi (łąki, pola, tereny leśne itp.). Po ich wybudowaniu urządzenia i elementy, które zostały zakryte, mogą być trudne do lokalizacji, dlatego też oprócz geodezyjnego pomiaru powykonawczego (zob. www.geodezja.net), zwanego również inwentaryzacją wybudowanej sieci telekomunikacyjnej, coraz częściej stosuje się pomiary z zastosowaniem urządzeń GPS. Zdjęcie współrzędnych z urządzeń podlegających zakryciu umożliwia szybką i łatwą ich lokalizację, zwłaszcza w sytuacjach awaryjnych. Takiej szczegółowej lokalizacji mogą podlegać wymienione wyżej studnie kablowe, zasobniki kablowe, złącza rur RHDPE i inne.

Wyjaśnienie dotyczące trudnej lokalizacji w związku z trudnościami w terenie oraz kradzieży i dewastacji:

Po wybudowaniu rurociągu i posadowieniu studni, zasobników itp. w terenie poza miejskim, łąkowo - leśnym, może zaistnieć zmiana w zadrzewieniu, w ogrodzeniu, mogą zmienić sie inne istotne punkty odniesienia, które ułatwiały możliwą loklaizację za pośrednictwem właściwej mapy.

Istnieje ciągle świadomość u wśród społeczeństwa, że przez studnie kablowe przebiegają kable miedziane. Pomimo, że studnie są zabezpieczane dodatkowymi metalowymi pokrywami przed ingerencją osób trzecich, narażone są na kradzieże i przez to na dewastacje. Dlatego, szczególnie poza terenami miejskimi, coraz częściej stosuje się budowę studni kablowych na zasadzie ich zagłębienie o ok. 20-30cm i przysypuje się je ziemią.

Przysypane studnie kablowe i zasobniki kablowe są niewidocze i pomimo geodezyjnego pomiaru powykonawczego są trudne do zlokalizowania. We wcześniejszym okresie podczas budowy rurociągów światłowodowych i nie tylko, nie stosowano zagłębiania studni kablowych. Dodatkowo, oprócz zdjęcia współrzędnych ze studni i zasobników, takie czynności można zastosować również do złączek skręcanych. Prawidłowa lokalizacja niewidocznych złączy rur rurociągu światłowodowego podczas usuwania uszkodzenia zapobiega rozszczelnianiu rur RHDPE. Do takiego rozszczelnienia dochodzi podczas prac związanych z usuwaniem awarii w momencie przecięcia rur. Rury zostają przecięte ze względu na brak prawidłowej, wręcz w wielu przypadkach całkowity brak możliwości lokalizacji miejsca złączy rur RHDPE znajdujących się w ziemi. Do przecięć dochodzi niejednokrotnie nawet kilka mertów od źle zlokalizowanej złączki rury. Rozszczelnienie rurociągu ma ujemny wpływ na jego dalszą eksploatację (zanieczyszczenie, napływ brudnej wody). W sytuacjach awaryjnych spowodowanych kradzieżami, dewastacjami i przypadkowymi uszkodzeniami rurociągów podczas wykonywania innych prac, prawidłowa i szybka lokalizacja urządzeń telekomunikacyjnych ma znaczący wpływ na czas trwania awarii. W powyższy sposób pokazano, jak w łatwy i dostępny sposób można urządzenie GPS wykorzystać do lokalizacji urządzeń i elementów wchodzących w skład sieci telekomunikacyjnej. Takie zastosowanie może również mieć poważne znaczenie w prawidłowej paszportyzacji (inwentaryzacji) rurociągów swiatłowodowych i innych, dla operatorów w telekomunikacji.

[edytuj] Inne systemy pozycjonowania

Inny pracujący obecnie system pozycjonowania to GLONASS. Jest on zarządzany przez Rosyjskie Siły Kosmiczne. GLONASS dostarcza dwa rodzaje sygnału wojskowy oraz cywilny pracujący z dokładnością 60 m. W skład systemu wchodzą 24 satelity oraz naziemna stacja kontroli. System ten jest jednak niedostatecznie stabilny ze względu na niską żywotność satelitów, ponadto używa innego geodezyjnego układu odniesienia i odmiennego wzorca czasu (UTC) niż GPS (UTC USNO, gdzie nie wprowadza się sekund przestępnych). W wyniku tego jest mało popularny.

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) jest w trakcie budowy własnego systemu nawigacji. Nosi on nazwę Galileo i składać się będzie z 30 satelitów. Zegary zastosowane w europejskich satelitach mają umożliwić osiągnięcie dokładności pozycjonowania w granicach 50 cm (dla użytkowników komercyjnych). Pierwsze testy Galileo rozpoczeły się w 2005 roku, a system ma być w pełni sprawny do roku 2012.

Beidou Chiński projekt, pierwszy satelita został wystrzelony w 2000 roku. Mimo przystąpienia Chin do projektu Galileo w 2003 roku, prace są nadal kontynuowane i zapowiadane jest uruchomienie systemu w 2008 roku. Dokładność publicznej usługi jest rzędu 10 metrów. Jest to jeden z niewielu systemów, który zakłada dwustronną transmisję informacji (także od urządzenia do satelity). Docelowo projekt ma obejmować cały świat Beidou 2.

Indian Regional Navigational Satellite System (IRNSS) Projekt Indyjski, ma obejmować Indie i obszar 1000-2000km wokół. Finansowanie projektu zostało zatwierdzone w 2006 roku, zakładany czas ukończenia projektu to 6-7 lat.

[edytuj] Linki zewnętrzne

p • d • e
Systemy nawigacji satelitarnej

Stany Zjednoczone Transit-NAVSAT • Stany Zjednoczone GPS-NAVSTAR • Rosja GLONASS • Galileo • Chiny Beidou

Systemy różnicowe
EGNOS • Stany Zjednoczone WAAS • Japonia MSAS