Novinky zeměměřické knihovny č. 2/2007

Klíčová slova: GNSS, SAPOS, CZEPOS, deformační analýza, Německo

Shrnutí:

S celosvětovým postupem zakládání služeb určování polohy GNSS, jako jsou SAPOS/ASCOS (http://www.sapos.de/; http://ascos.eon-ruhrgas.com/cps/rde/xchg/er-ascos) v Německu, CZEPOS (http://czepos.cuzk.cz) v České republice a mnohé další po celém světě, se tyto služby stávají mezioborovou a neodlučnou aplikací vysoce přesného stanovení geografické polohy. Kapacita absolutního určování polohy v síti GNSS vyžaduje, aby případné změny souřadnic referenčních stanic v rozsahu několika málo milimetrů byly odhaleny okamžitě. Důvody pro změny v poloze referenční stanic GNSS jsou od geologických posunů přes deformace vlivem důlní těžby, úrovně hladiny podzemních vod, až po místní deformace budovy nesoucí anténu GNSS. Rozdíly v souřadnicích mohou také vzniknout kalibrací antény, a tak jako pseudodeformace se projevit jako změna antény.

Průběh souřadnic referenční stanice GNSS - neboli lépe řečeno deformační integrita - MONitorování prováděné způsobem vyvinutým v KArlsruhe - krátce MONIKA - se děje v rámci výzkumného projektu GOCA (http://www.goca.info/, [7]). Geodetické oddělení a SAPOS státní zeměměřické agentury Bádenska-Württemberska je zapojeno jako spolupracující partner. Rozvoj akce MONIKA dále motivuje oficiální rozhodnutí Sdružení státních zeměměřických služeb Německa (Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen Deutschland (AdV)) v roce 2006 [1] o zavedení sledování souřadnic jako povinné kontrole jakosti poskytovatele polohy GNSS. V současnosti se přístup MONIKA jeví jako obecný prototyp a příklad pro sledování stanice GNSS. Postup softwaru MONIKA se zakládá na informacích o souřadnicích ke stavu epochy a kovariančních maticích při epoše t. Co do úpravy sítě je MONIKA jak multivariabilní, tak i multiepochální. Údaje o stavu epochy jsou výsledkem základnového nebo síťového zpracování sítě GNSS nebo jejích částí v intervalu epochy t. Striktně trojrozměrný souřadnicově připojený deformační rozbor se zakládá na předpokladu multiepochální shodnosti všech stavů jednotlivých epoch po celkovou dobu trvání. Apriorní seznam pohyblivých bodů lze uspořádat.

Nekongruentní body se odhalí testováním jednotlivých bodů a přiřadí do seznamu pohyblivých bodů. Posuny pohyblivých bodů i odhadované deformace statisticky shodných bodů lze podrobovat rozborům časových řad a vývojovým analýzám. Případy volné sítě a absolutního mezinárodního referenčního rámce ITRF (International Terrestrial Reference Frame) - zapojení jedna jsou v referátu zvažovány, podobně jako geodynamické trendy pohybů tektonických desek a změny počátku soustavy.

Vedle teoretických základů se příspěvek zabývá výsledky užití softwaru MONIKA na referenční síti stanic GNSS SAPOS Bádenska-Württemberska včetně severní části švýcarské sítě GNSS SWIPOS. Zkoumání se zakládá na denním zpracování MONIKA souborů RINEX s jednodenními po dobu několika měsíců. Předkládá se citlivost snímání posunů a ukazují odhady trendů. Ukazuje se, že vysoce citlivý přístup deformační analýzy MONIKA může vedle zmíněného úkolu kontroly jakosti služeb určování polohy GNSS být také využit pro zapojenou službu na širokém prostoru a ve velkém měřítku pro ochranu proti geodynamickým a přírodním pohromám.

1 Úvod a charakteristiky pojetí programu MONIKA

1.1 Deformační analýza vztažená k souřadnicím

Matematický model MONIKA je založen na přenosech dat souborů GNSS RINEX co původních pozorování, na něž navazuje vyrovnání krokem 1 (zpracování dat GNSS) a 2 (trojrozměrné vyrovnání epochové) a 3 transformace souřadnicově vztaženého rozboru v návrhu mnohoepochové a mnohovariační sítě co závěrečný krok (obr.1).

Obr. 1: vstup/výstup dat a vyrovnání následované transformací v programu MONIKA

1.2 Odhad stavu v prvotní epoše

Informace o tak zvaném prvotním stavu souřadnic  znázorňuje obrázek 1. x(t_i ) a jejich kovarianční C_x (t_i )  sítě referenčních stanic GNSS pro epochu ti jako výsledek kroku 2 řešením MONIKA.

Praktický rozdíl mezi deformační analýzou založenou na observacích (jak je např. uskutečněna v softwaru GOCA [7]) a souřadnicově přiřazenou deformační analýzou MONIKA [6] je zřejmý, výsledky deformační analýzy jsou identické [4].

1.3 Odhad stavů v dané epoše - rigorózní a nerigorózní postupy

Obr. 2: Badensko-Württemberská síť SAPOS si připojila dodatečně referenční stanice GNSS  ze Švýcarska. Náčrt pro vyrovnání (druhý krok) stavu primární epochy x(t_i ) se zjištěnou hrubou chybou (červeně mezi body 0399 - 0394 a pak i 0384 - 0391) na straně základny x(t_{i) j} . Základnového vyrovnání GNSS se užilo v kroku  1

Nezávisle na tom, postupuje-li se se zpracováním dat GNSS jako v síti či na základně, poskytují lineárně nezávislé řady pozorování na základně l(t_i) j v kroku 1 (fig.1) plně obsazenou kovarian-ční matici C_l (t_i) j těchto odvozených pozorování GNSS, protože se užilo týchž původních dat GNSS l(t_i). Příslušné matematické vztahy pozorování na základně l(t_i ) j se přebírají do zpracova-telského softwaru, např. Bernese (www.bernese.unibe.ch) nebo WaSoft/Netz (www.wasoft.de) a dalších.

2 Transformace stavů prvotní epochy v systému MONIKA

Pojetí sledování deformací MONIKA nepřihlíží rozložení souřadnic referenčních stanic GNSS. V případě volné sítě se uskuteční další transformace geodetické sítě.  V dalším pojednání se pro-bírají oba  rozdílné druhy transformací.

3 Deformační analýza modelování a software MONIKA

Na rozdíl od postupu k pozorování vztaženému (l,C_l ), pro hybridní observační data jak jsou realizována například v softwaru GOCA (http://www.goca.info/; [7]), třístupňově a k souřad-nicím vztažená deformační analýza v programu  MONIKA [6] se nejlépe hodí pro sledování deformační integrity referenčních stanic  sítě GNSS.

Obr. 3: Časová řada odhadovaných xⁱ_R^k  (t_i)

Uskutečnění modelování deformační analýzy vztažené k souřadnicím bylo zahrnuto do softwaru MONIKA verze 1,0 (module MONDEF, obr 1) a ověřeno na reálných datech i simulacích. Dva příklady podává MONIKA spolu s projektem GOCA a ve spolupráci se státní zeměměřickou službou Baden-Württemberg, Karlsruhe [6].

Literatura

[1] Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen (AdV) 2006: Beschluss des Plenums Nr. 118/6. Monitoring und übergeordneter Bezugsrahmen für SAPOS®-Referenzstationen. Geschäftsstelle der AdV.

[2] IAG and IERS (2005): http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/2005/tp_05-00.php.

[3] Jäger, R., Haas, U. und A. Weber (1997): Ein ISO 9000 Handbuch für Über-wachungsmessungen. DVW Schriftenreihe, Heft Nr. 27.

[4] Jäger, R.; Müller, T.; Saler, H. und R. Schwäble (2005): Klassische und robuste Ausgleichungsverfahren - Ein Leitfaden für Ausbildung und Praxis von Geodäten und Geoinformatikern. Wichmann-Verlag, Heidelberg. ISBN 3-87907-370-8.

[5] Soler, T and J. Marshall (2002): Rigorous transformation of variance-covariance matrices of GPS-derived coordinates and velocities. GPS-Solutions 6 (1-2). Springer.

[6] Jäger, R., Dick, H.-G. and P. Spohn (2007): GNSS-Referenzstationskoordinaten-Monitoring nach dem Karlsruher Modellansatz (MONIKA) : Konzept, Realisierung und Ergebnisse. In (Chesi/Weinold (Hrsg.): 14. Internationale Geodätische Woche, Obergurgl 2007. Wichmann-Verlag, Heidelberg.

[7] Jäger R., Kälber, S. and Oswald, M. (2006): GNSS/GPS/LPS based Online Control and Alarm System (GOCA) - Mathematical Models and Technical Realisation of a System for Natural and Geotechnical Deformation Monitoring and Analysis. GEOS 2006, Prague. 16.- 18. 03. 2006. M. Talich (Ed.): Conference Proceedings. ISBN 80-85881-25-X.

[8] Jäger, R. (1995): Statistische Methoden zur Qualitätssicherung und Weiterverarbeitung von GPS-Ergebnissen. 'GPS - Leistungsbilanz '94', Seminar des Deutschen Verein für Vermessungswesen. Karlsruhe, Oktober '94. Konrad Wittwer Verlag, Stuttgart, Seite 302-319.

Prof. Dr.-Ing. Reiner Jäger

Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft (HSKA) - University of Applied Sciences

D-76133 Karlsruhe, Moltkestrasse 30 ,Germany

e-mail: reiner.jaeger@goca.info