Permanentní stanice GPS sítě EUREF na Fakultě stavební VUT v Brně

Transkript

1 Permanentní stanice GPS sítě EUREF na Fakultě stavební VUT v Brně J. Bureš, J. Macur, 1 O. Švábenský, J. Weigel Abstrakt: V rámci spolupráce VÚGTK Zdiby a Ústavu geodézie Fakulty stavební VUT v Brně byla zprovozněna druhá permanentní stanice GPS sítě EUREF v ČR. Data jsou pořizována v intervalu záznamu 1s (1Hz) a selektivní datové soubory jsou poskytovány prostřednictvím sítě Internet do datových a zpracovatelských center v ČR, Rakousku, Německu a Maďarsku. 1. Úvod Od 14. června 2001 je v činnosti na Fakultě stavební VUT v Brně družicová měřická aparatura na permanentní stanici GPS, která nese označení TUBO (zkratka Technical University BrnO). Permanentní GPS stanice je umístěna na pilíři bývalé astronomickogeodetické observatoře Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně. Stanice byla zařazena od do mezinárodní sítě permanentních stanic EUREF. Vedle první GPS permanentní stanice GOPE provozované VÚGTK Zdiby GO Pecný je to druhá permanentní stanice sítě EUREF v ČR. Permanentní stanice byla uvedena do provozu ve spolupráci Výzkumného ústavu geodetického, topografického a kartografického ve Zdibech - Geodetické observatoře Pecný a Ústavu geodézie Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně. 2. Stručná historie měřického bodu TUBO Od roku 1993 je pracoviště Ústavu geodézie vybaveno aparaturami GPS Leica. Bod TUBO vznikl v roce 1994 přestavbou původního astronomického pilíře až na úroveň střechy. Pilíř je v horní části opatřen zařízením pro nucenou centraci. Bod TUBO byl postupně zapojován do regionálních měřických kampaní GPS v okolí Brna a posléze i do celostátních projektů. Bod TUBO je součástí sítě DOPNUL, která vznikla zhuštěním sítě NULRAD tvořící spolu geodetické základy tzv. nové generace vybudované výhradně družicovou technologií GPS. Bod TUBO je též zařazen do Geodynamické sítě ČR pokrývající celé území ČR a vybudované za účelem sledování geodynamických jevů. Bod obr.1 Astronomická observatoř s anténou GPS na bodě TUBO Jiří Bureš, Ing., VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav geodézie, Veveří 95, Brno, tel.: / , bures.j@fce.vutbr.cz Jiří Macur, Doc. RNDr., CSc., VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav automatizace inženýrských úloh a informatiky, Veveří 95, Brno, tel.: / , macur.j@fce.vutbr.cz Otakar Švábenský, Doc. Ing. CSc., VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav geodézie, Veveří 95, Brno, tel.: / , svabensky.o@fce.vutbr.cz Josef Weigel, Doc. Ing. CSc., VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav geodézie, Veveří 95, Brno, tel.: / , weigel.j@fce.vutbr.cz 53

2 TUBO je zapojen i do regionální geodynamické sítě MORAVA jejímž účelem je monitorování geodynamiky na styku Českého masivu a Alpsko-Karpatské soustavy. V rámci evropských mezinárodních aktivit bylo na bodě TUBO observováno v rámci kampaní CEGRN (Central European Geodynamic Reference Network). Pro oblast Brna je bod TUBO ústředním bodem tzv. Brněnské sítě GPS zaměřené ve spolupráci s Katastrálním úřadem pro účely ověření přesnosti ZBP v okolí Brna a zároveň pro účely zhuštění bodového pole. Brněnská síť GPS obsahuje několik desítek trigonometrických a zhušťovacích bodů a pokrývá oblast o poloměru cca 15 km. Bod TUBO byl používán pro připojení celé řady účelových sítí včetně vytyčovacích sítí brněnských silničních tunelů v Pisárkách a Husovicích. Bod TUBO sloužil i pro experimentálně výzkumná měření za účelem určení průběhu geoidu na území Brna a okolí, včetně speciálního měření profilu geoidu ve směru největšího gradientu na trase Velká Bíteš Brno Uherské Hradiště. Významným experimentálním měřením bylo studium využití GPS pro detekci malých prostorových posunů určovaných na dlouhé vzdálenosti ze stanice GOPE (experiment PEBRMIX), což je problematika týkající se deformačních měření. Měření na bodě TUBO je využíváno i pro pedagogické účely. 3. Evropská síť permanentních stanic GPS - EUREF Subkomise EUREF (European Reference Frame) je součástí Mezinárodní geodetické asociace IAG (International Association of Geodesy) komise X Globální a regionální geodetické sítě. EUREF byl založen v roce 1987 na generálním shromáždění IUGG/IAG v kanadském Vancouveru, jako pokračování RETrig subkomise. obr.2 Síť permanentních stanic EUREF 54

3 Cílem EUREF je vytvoření a udržování Evropského referenčního rámce z výsledků permanentních GPS měření na bodech sítě EUREF. Permanentní síť EUREF je síť vysoce přesných geodetických bodů určených z různých GPS kampaní. IAG subkomise EUREF, která garantuje Evropský referenční systém (ETRS89), vyvinula v roce 1995 iniciativu koordinovat aktivity existujících lokálních permanentních GPS sítí v Evropě. Tyto stanice observují permanentně družice Globálního polohového systému (GPS) za účelem širokého spektra geodetických aplikací. Vybrané permanentní stanice se staly základem Permanentní sítě EUREF (EPN EUREF Permanent Network). Evropské permanentní stanice zařazené do sítě EUREF poskytují v prakticky reálném čase vysoce kvalitní GPS data do lokálních a regionálních datových center. Analytická centra EUREF pravidelně data analyzují a zpětně vrací GPS veřejnosti přesné souřadnice všech stanic sítě. Výsledky měření v síti EUREF jsou zapracovány Mezinárodní službou rotace Země (IERS International Earth Rotation Service) do Mezinárodního terestrického referenčního rámce (ITRS International Terrestrial Reference System), který je základem Evropského referenčního systému. Do sítě EUREF je aktivně zapojeno více jak 30 evropských zemí a EUREF tak vytváří nezbytnou strukturu pro několik vzájemně spolupracujících institucí, které sdílejí zdroje, vyvíjí standardy, vytváří dráhy a různorodá účelová data a publikuje je. Jelikož síť EUREF představuje evropské zhuštění sítě IGS (International Geodynamics Service), je tak zajištěna harmonizace standardů mezi globální a evropskou sítí. Nejbližšími sousedními body sítě EUREF jsou MOPI (Modra Piesok, Slovensko), WROC (Wroclav, Polsko), LINZ (Linz, Rakousko), PENC (Penc, Maďarsko), GRAZ (Graz, Rakousko) a WTZR (Wettzell, Německo). 4. Struktura zapojení a pořizovaná data Permanentní stanice je vybavena dvojfrekvenčním 12 ti kanálovým přijímačem Trimble 4700 CORS s anténou Dorne Margolin Trimble (Choke Ring). Registrována jsou kódová a fázová měření pro všechny družice GPS nacházející se ve výšce alespoň 5 nad horizontem. Primární záznam dat je prováděn v intervalu 1 sekunda (1 Hz). Měřená data jsou zaznamenávána do připojeného počítače vybaveného operačním systémem Microsoft Windows 2000 Advanced server prostřednictvím software TRS (Trimble Reference Station). Přijímaná data GPS jsou ukládána do datových souborů s různou délkou observace a intervalem záznamu. délka observace 24 h, interval záznamu 30 sek. (24h/30s) délka observace 1 hod., interval záznamu 30 sek. (1h/30s) délka observace 5 min., interval záznamu 5 sek. (5min/5s) délka observace 5 min., interval záznamu 1 sek. (5min/1s) délka observace 24 h, interval záznamu 1 sek. (24h/1s) Součástí provozu permanentní služby GPS TUBO je meteorologická stanice měřící automaticky údaje teploty, atmosférického tlaku a relativní vlhkosti v intervalu 1 minuty. Meteorologická stanice běží v permanentním režimu od 28. srpna obr.3 Schéma zapojení stanice TUBO 55

4 Datové soubory s daty získanými za 24 hodin v intervalu záznamu 30 sekund jsou určeny pro zpracování v rámci mezinárodní sítě permanentních stanic EUREF a pro sledování změn souřadnic systému ETRF v důsledku geodynamických pohybů. Datové 1 hodinové soubory v intervalu záznamu 30 sekund spolu s datovými soubory meteorologických údajů (teploty, atmosférického tlaku a relativní vlhkosti) jsou určeny pro sledování troposféry v téměř reálném čase, dále pro zpřesnění předpovědi počasí a např. pro klimatologické účely. Datové soubory 24h/1sec a 5min/1sec jsou pořizovány za účelem možnosti dodatečného vytváření libovolných datových souborů pro potřeby měření různými metodami GPS (Rychlá statická metoda, Stop&Go, Kinematická metoda). Datové soubory 5min/5sec jsou určeny pro experimentální účely. Data 24h/30sec a 1h/30sec jsou od 21. září 2001 automaticky odesílána prostřednictvím sítě Internet přes operační centrum na Geodetické observatoři Pecný do lokálního datového centra OLG na observatoři Lustbuehel v Grazu (Rakousko) provozovanou Rakouskou akademií věd (Austrian Academy of Sciences - Space Research Institute). Odtud jsou dále distribuována buď přímo do analytických center EUREF a do regionálního analytického centra (RDC) v Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) ve Frankfurtu nad Mohanem (Německo). Zpracování měřených dat ze stanice TUBO v rámci permanentní sítě EUREF zajišťují v současné době tři analytická centra - analytické centrum GOP (Geodetická observatoř Pecný VÚGTK), analytické centrum OLG (observatoř Lustbuehel v Grazu) a analytické centrum SGO (observatoř Penc, FÖMI v Maďarsku). Data pro experimentální účely jsou shromažďována na počítači operačního centra GOP. 5. Zpřístupnění dat prostřednictvím Internetu Zpřístupnění dat měřicí stanice prostřednictvím Internetu je rozděleno z bezpečnostních důvodů do dvou úrovní. Řídicí počítač stanice je prostřednictvím vnitřní fakultní sítě připojen k serveru, který jednou denně přebírá naměřená data a poskytuje je pomocí protokolů HTTP a FTP zájemcům. Na serveru je provozován operační systém Windows2000 Advanced Server s internetovými službami IIS verze 5.0. Uvedené programové vybavení umožňuje pohodlnou tvorbu uživatelského rozhraní tak, aby bylo možné selektivně vybrat data za zvolené časové údobí. Na serveru je rovněž pořizován odpovídající archiv a vytváří se nadstavba pro jeho předzpracování. V budoucnosti je počítáno se zvýšením bezpečnosti přístupu k serveru prostřednictvím protokolu SSL a přidělení účtů pravidelným odběratelům dat s možností jejich uživatelského přizpůsobení. Uvedené řešení má výhodu nejen ve vyšší míře bezpečnosti, ale i uvolnění řídicího počítače od uživatelské zátěže. Adresa serveru: Vlastní aplikace na serveru se skládá z dvou částí: Interaktivní část využívá technologii ASP 3.0, umožňuje uživateli nastavit filtr pro výběr souborů, o něž má zájem, výsledné soubory nabízí prostřednictvím protokolu HTTP nebo FTP. Tato část aplikace poskytuje rovněž statické stránky informující o celém projektu a použité metodice měření. Administrační část v podobě plánované úlohy periodicky přenáší data z měřicí stanice a pořizuje archiv na serveru. Dále organizuje soubory na stanici tak, aby bylo možné rozeznat nová data od archivovaných. Ze serveru jsou data dostupná v rámci ČR prostřednictvím akademické sítě TEN155 (trasa Brno-Praha rychlostí 2.5 Gb/s). Do zahraničí je síť připojena několika spoji; nejrychlejší vede do Frankfurtu nad Mohanem rychlostí 155Mb/s. 56

5 Stanice i server jsou připojeny k fakultní gigabitové síti pomocí separátní virtuální sítě přepínané centrálním gigabitovým prvkem Summit7i firmy Extreme Networks. Virtuální síť obsahuje navíc záložní spoj 100Mb/s pro případ výpadku centrálního prvku. 6. Závěr obr.4 Permanentní stanice TUBO je druhou permanentní stanicí sítě EUREF v ČR. Lze očekávat, že v budoucnosti bude schopna veřejnosti poskytovat data v libovolné hustotě záznamu prostřednictvím Internetu. Pracuje se rovněž na některých výpočetních aplikacích souvisejících např. s transformací souřadnic WGS do S-JTSK prostřednictvím WEBu. S možností využití datových produktů z této permanentní stanice širokou škálou uživatelů různých aparatur GPS vyvstává zejména pro přesné aplikace problém kombinace různého typu antén. Při zpracování dat různých aparatur v jednodušších komerčních programech dodávaných výrobci aparatur mohou nastat problémy související se synchronizací observací. Kombinace aparatur a antén různého typu je tak většinou příčinou snížení přesnosti oproti použití a zpracování dat pořízených aparaturami stejného typu. Rozšířením permanentně observující aparatury stanice GPS o modem by bylo možné poskytovat vysílané korekce v reálném čase a pracovat v režimu RTK. Dodatek: Tento referát byl zpracován za podpory výzkumného záměru CEZ: J22/98:

6 Literatura: [1] KOSTELECKÝ, J., BUREŠ, J. - Druhá GPS stanice permanentní sítě EUREF v ČR, Zeměměřič 12/2001, str [2] KOSTELECKÝ, J. Některé otázky provozu permanentních GPS stanic, sborník z Mezinárodní konference Geodetické siete 2001, Podbanské 2001, str [3] EUREF Permanent Network