Výroční zpráva VÚGTK za rok 2000
| Výroční zpráva VÚGTK za rok 2000 |
|
| VÚGTK 39 972 | |
Geodezie a geodynamika | |
| Zdiby: VÚGTK, 2001. - S.13-22. | |
V roce 2000 byla činnost útvaru geodezie a geodynamiky VÚGTK v souladu se smlouvami uzavřenými mezi ČÚZK a VÚGTK a grantovými projekty, podporovanými GA ČR, MŠMT ČR a EU, zaměřena na problematiku cíleného a základního experimentálního i teoretického výzkumu orientovaného z převážné části na současné mezinárodní projekty. Jednalo se zejména o zabezpečení pozorování na Geodetické observatoři Pecný v rámci mezinárodních vědeckých služeb, o práci mezinárodních analytických center, o přímou účast v mezinárodních projektech a o výkon funkcí v mezinárodních vědeckých organizacích. Významný byl i podíl na řešení vědeckého projektu "Časové změny geodetických bodových polí" a na aktivitách směřujících k aplikaci výsledků v zeměměřické praxi.
Významným počinem bylo též zřízení "Výzkumného centra dynamiky Země" na základě rozhodnutí MŠMT ČR po vyhodnocení veřejné soutěže vypsané v souladu s novou koncepcí vlády ČR v oblasti vědy a výzkumu. Centrum sdružuje vybrané pracovníky a prostředky pěti institucí, přičemž VÚGTK je nositelem příslušného projektu LN00A005 "Experimentální výzkum dynamiky Země a jejího povrchu", finančně podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy. Centrum zahájilo svou činnost 1. července v prostorách Geodetické observatoře Pecný a dalších čtyřech mimoresortních pracovištích.
Obdobně jako v předcházejícím období byla činnost útvaru financována z institucionálních prostředků a účelové dotace, poskytnuté Radou vlády pro výzkum a vývoj prostřednictvím ČÚZK a rovněž z účelových dotací, poskytnutých MŠMT na řešení některých mezinárodních projektů. Další finanční prostředky poskytla Grantová agentura ČR formou grantů a konečně i Evropská unie (Generální ředitelství XII) na řešení jednoho mezinárodního projektu 4. rámcového programu EU (INCO-COPERNICUS). Postup řešení jednotlivých projektů a výsledky dosažené v roce 2000 jsou shrnuty v následujícím přehledu.
Úkoly hrazené z institucionálních prostředků na základě smlouvy č. 1/2000 o poskytnutí institucionálních prostředků pro výzkumný záměr "Výzkumné a vývojové zajištění oblasti zeměměřictví a katastru"
Provoz permanentní stanice GPS, analytických center a gravimetrické laboratoře na GO Pecný.
Od 23. prosince 1999 je k dispozici www stránka meteorologické stanice, která obsahuje data za poslední 2 dny a je každou hodinu aktualizována. Stránka je přístupná na adrese http://pecny.asu.cas.cz/gopoc/gopemete.html v anglické verzi, české verze jsou na stránkách gopemetc.html resp. gopemeth.html.
V únoru r. 2000 bylo zahájeno experimentální měření v 1 sekundovém taktu - oproti předchozímu 5 sekundovému. Cílem bylo ověření možnosti, zda je stanice schopna se stávajícím hardwarem poskytovat 1 sekundová data a jaké nároky to klade na provoz permanentní služby.
Od června jsou meteodata odesílána společně se soubory dat GPS NAVSTAR a GLONASS do IGLOS (International GLONASS Service - nově zakládaná, dříve IGEX - International GLONASS Experiment). Před 9. červnem byla meteodata odesílána pouze se soubory GPS NAVSTAR do IGS a EUREF.
V období mezi 24. červencem a 4. říjnem bylo z důvodu poruchy aparatury Ashtech Z18 v rámci permanentní služby pozorováno aparaturou Trimble 4000SSE.
V září 2000 se aparatura Ashtech Z18 vrátila z opravy u firmy Magelan (USA), která zároveň dodala novou anténu Ashtech ASH701946.022 SNOW. Byly zahájeny testy pro ověření správné funkce přijímače Ashtech. Rovněž byla shromážděna data pro určení relativní fázové excentricity antény Ashtech ASH701946.022 vůči anténě Trimble TRM14532.00.
Dne 26. září 2000 byl odladěn program pro tvorbu 5-minutových souborů, obsahujících data s krokem záznamu 5 sekund pro zpracování v režimu postprocessing při diferenciálním GPS. Data jsou soustřeďována na linuxové stanici Pecný, odkud jsou dále distribuována pro potřeby experimentů s diferenčním GPS.
Registrace s přijímačem Ashtech Z18 a s novou anténou Ashtech ASH701946.022 SNOW byla obnovena dne 4. října 2000. Paralelní registrace aparaturou Trimble pokračovala na excentrickém bodě pro pořízení datových souborů pro výpočet relativních fázových excentricit antén Ashtech a Trimble.
Souhrnně je možno konstatovat, že permanentní služba fungovala během roku 2000 spolehlivě. Občasné krátké výpadky spojení s datovými centry řeší logika permanentní služby automaticky. Delší výpadky vedly k zaplnění disku - tento problém bude nutno řešit výměnou počítače za počítač s lepšími parametry. Větší problémy byly zaznamenány v souvislosti s pořizováním 5-minutových souborů s daty v kroku 5 sekund. Protože program, který je z dat poskytovaných softwarem GBSS vytváří, je spouštěn každých 5 minut, byly zaznamenány i výpadky - přerušení - odečtů v datech. To by mohlo být vyřešeno záměnou stávajícího počítače za počítač s rychlejším procesorem.
Analytické centrum EUREF GOP zpracovává část permanentní sítě EUREF od počátku roku 1997. V roce 2000 byla zpracovávaná subsíť postupným zahrnutím následujících osmi stanic rozšířena na 30 stanic:
OSJE (Osijek, Chorvatsko, od GPS týdne 1084), BORK (Borkum, Německo, 1089), CHIZ (Chize, Francie, 1090), DRAG (Metzoki Dragot, Izrael, 1090), OSLS (Oslo, Norsko, 1092), TRDS (Trondheim, Norsko, 1092), VALE (Valencia, Španělsko, dosud neurčeno), MALL (Palma de Mallorca, Španělsko, neurčeno).
Proběhla první konzultace návrhu uskutečnění testovacího zpracování sítě EUREF se sníženou elevací pro observační masku. Podnětem byla prezentace GOP na konferenci EUREF v Tromso (2000). Proto bylo centrum EUREF GOP požádáno o vyjádření a předání dosavadních zkušeností ještě před vlastním návrhem. Iniciátorem je současný koordinátor analytických center (od listopadu Heinz Habrich z BKG). Konzultace se rovněž zúčastnila koordinátorka permanentní sítě GPS EUREF Carine Bruyninx z Belgické královské observatoře v Bruselu.
2) Zpracování pozorování v kvazireálném čase
a) Monitorování troposféry
Značné úsilí bylo věnováno hodnocení různých strategií pro přesné výsledky s ohledem na řešení troposférických parametrů v kvazi-reálném čase. Druhým důležitým sledovaným faktorem byla spolehlivost řešení a dlouhodobá stabilita. Byla vyhodnocena data z konce roku 1999 a ověřována nezávislými metodami - radiosondy a WVR (bohužel WVR zatím neúspěšně). Porovnání s radiosondami ukazuje, že dnes výsledky v NRT režimu zaostávají pouze slabě za referenčním řešením v denním postprocessing režimu s rychlými či finálními dráhami družic. Byl testován přínos subdenních drah družic pro zpracování NRT GPS meteorologie. S využitím IGS ultrarychlých drah (2x denně) pro zachování dosavadní přesnosti NRT (1-1.5mm pro sloupec kondenzované vody, PWV) lze dráhy družic již fixovat (tj. vyhnout se jejich určování) a celé řešení je tak více stabilní. Využití vlastních hodinových drah družic, určovaných v analytickém centru EUREF GOP, dává za stejných podmínek již výsledky velice blízké postprocessing řešení s finálními dráhami družic z IGS. V obou případech je ovšem při využití subdenních produktů přesto nezbytné zavádět vhodné testovací kritérium pro vyloučení družic modelovaných či predikovaných s nízkou kvalitou. Uspokojivé výsledky neposkytne kritérium kvalitativního hodnocení uvedené v souborech drah družic (SP3), ale jako vhodnější se ukazuje kritérium testování návaznosti či konzistence v překrytu oblouků drah jednotlivých družic.
b) Úpravy Bernese GPS softwaru
Byly úspěšně opraveny nedostatky bernského GPS softwaru V4.2 pro řešení subdenních normálních rovnic, pokud jsou určovány i dráhové parametry. Veškeré opravy byly postoupeny jednomu z autorů programového souboru doc. Mervartovi pro případné zapracování do nové verze.
Bernese GPS software je hlavní nástroj řešení permanentních GPS sítí v AC GOP. Používaná řešení v režimu near real-time jsou vysoce specifická a lze konstatovat, že v tomto směru jde o průkopnickou práci s využitím tohoto vědeckého softwaru. Následkem toho je ovšem třeba se vypořádat se všemi novými specifiky na software kladenými. V posledním období byla připravena nová strategie, optimalizující volbu nezávislých základen s ohledem na vysoce přesné monitorování troposféry či určování drah družic z poměrně řídké globální sítě. Kromě toho bylo úspěšně vyřešeno několik zásadních oprav při zavádění stochastických parametrů pro dráhy družic na společných hranicích jednotlivých kombinovaných normálních rovnic sestavených na bázi subdenních analýz. V tomto druhém případě ovšem není výsledek zdaleka plně ověřen.
c) Datové centrum GOP
Pro obecnou podporu zpracování GPS dat v NRT režimu bylo založeno podpůrné datové centrum GOP, které v podstatě zrcadlí data, produkty a významné informace pro tento specifický režim zpracování. Hlavní přínos je očekáván v podchycení krátkodobých výpadků sítě (řádu několika hodin), sjednocení datových přenosů na/z GOPE, možnost umístění vlastních produkovaných výsledků apod. GOP datové centrum uchovává GPS data pouze pro posledních několik dní, ostatní produkty (dráhy, ERP, informace) jsou uchovány v delším časovém intervalu (především např. finální produkty IGS). Úspěšně se centrum osvědčilo i při vytváření souborů dat pro testovací řešení v simulovaném reálném čase (nové subdenní produkty - nnapř. ultrarychlé dráhy - jsou v jiných datových centrech automaticky přepisovány a tudíž později nedosažitelné).
Datové centrum bylo rozšířeno o nová data, informace i produkty. Kromě hodinových souborů GPS dat ve formátu RINEX a řady vybraných produktů drah družic pro zpracování v postprocessing i v near real-time režimu byla struktura doplněna např. o čerstvě aktualizované soubory s informacemi k jednotlivým stanicím (IGS i EUREF), o meteorologická i navigační data ve formátu RINEX, GOP kombinované navigační zprávy s plným obsahem všech aktivních družic, aktualizované IERS bulletiny, aktuální zprávy o systému GPS (zrcadlené z U.S. Naval Observatory), užitečné ionosférické modely a soubory s troposférickými parametry, hodinami družic a řady dalších.
d) Hodinové dráhy družic
Bylo připraveno programové vybavení pro tvorbu hodinových drah družic a ověřena vhodná strategie řešení. Takto produkované dráhy družic dosahují minimálně kvalit ultrarychlých kombinovaných produktů IGS, ve složce směru pohybu družic, kde predikce ubírá poměrně značně na přesnosti, je svou stabilitou převyšuje. Slabě větší rozptyl ve zbývajících složkách dráhy je způsoben především snahou kvalitně určit celou sadu dostupných družic. Problémy v modelování drah se pravidelně objevují u družic starších typů - BLOCK II (PRN:14,15,16,18,19) a BLOCK IIa (PRN:23,24,25). Produkované dráhy obsahují efemeridy dvoudenních oblouků, přičemž prvních 24 hodin oblouku je vždy určeno z vyrovnání a druhých 24 je predikováno. Hodinové dráhy z GOP jsou k dispozici od srpna 2000, a to vždy s 1-1.5 hodinovým zpožděním od posledních měřených dat.
Jak zkušební registrace, tak i registrace dlouhodobá, která stále bez větších závad pokračuje, prokázaly, že instalací digitální zpětné vazby, došlo k zlepšení měření. Z analýzy vyplynula menší střední chyba jedné ordináty, menší rezidua, menší rozdíly mezi parametry slapových vln, které byly získány z měsíčních úseků, přičemž změny parametrů nevykazují zatím žádný trend, ani nejsou zřejmé jejich možné korelace. Řada zkoušek cejchování slapového záznamu, vykonaná v druhé polovině roku, naznačila, že je třeba tomuto důležitému tématu věnovat ještě pozornost.
Gravimetr LCR 137 G
Gravimetr LCR 137 G, který má VÚGTK zapůjčen od NIMA (DMA), byl v září roku 1999 se souhlasem majitele odeslán do výrobního závodu, kde byla provedena údržba a rekonstrukce (doplněno zařízení pro zpětnou vazbu). Gravimetr byl vrácen na observatoř koncem května 2000. Zpětnovazební systém MVR je charakteristický možností volby napětí na kartě zpětné vazby.
Podstatná část provedených zkoušek gravimetru se týkala zjištění vlastností zpětné vazby a nalezení správného postupu a matematického modelu procesu jejího cejchování. Bylo zjištěno, že zpětnovazební systém MVR u gravimetru LCR 137 G se vyznačuje výrazným přechodovým procesem, který ovlivňuje rychlost ustálení čtení z výstupu zpětné vazby. Ustálení čtení zpětné vazby je závislé na velikosti otočky měřicího číselníku a může trvat i několik hodin. Proto byla vypracována metodika cejchování, která umožňuje přechodový proces modelovat kvadratickou funkcí, jejíž parametry jsou vypočítány z vyrovnání spolu s kalibračními koeficienty zpětné vazby. Navržený postup cejchování trvající dvě hodiny dovoluje určit tíhové měřítko výstupního signálu ze zpětné vazby ve tvaru kvadratické funkce se střední chybou ± 0,04 %.
U gravimetru LCR 137 G byly dále určeny periodické chyby měřicího šroubu s periodami 7,88 CU a 1,00 CU (1 CU = jedna otočka měřicího číselníku). Při zjišťování periodických chyb šroubu byla též nalezena periodická chyba s periodou 0,350 CU, jejíž existence nevyplývá z převodových poměrů měřicího šroubu.
V druhé polovině května byl ke gravimetru LCR 137 G navržen stativ pro měření vertikálního gradientu tíže, jehož konstrukce byla zadána firmě GEODIG.
V prosinci roku 2000 byl firmou PaPouch - elektronika vyhotoven program pro digitální registraci dat gravimetru LCR 137 G, který však vyžaduje další úpravy.
Ve druhé polovině roku 2000 bylo gravimetrem LCR 137G opakovaně zaměřeno šest bodů gravimetrické základny Pecný - Chocerady. Cílem tohoto měření bylo určení rozměrového koeficientu měřícího šroubu.
V říjnu roku 2000 byla provedena první etapa gravimetrického a nivelačního zaměření mikrosítě zřízené ve sklepě hlavní budovy GO Pecný.
Ve spolupráci s GKÚ Bratislava byla gravimetry LCR 137 G a LCR 180 D uskutečněna druhá etapa měření vertikální mikrozákladny zřízené na schodišti hlavní budovy GO Pecný. Zde se objevily velké rozdíly mezi relativními tížemi bodů, zaměřenými různými gravimetry. Tyto rozdíly překračují mezní hodnoty na hladině významnosti 1%. Bylo zjištěno, že příčinou těchto nesrovnalostí je velká citlivost gravimetru 137 G na změny magnetického pole. Vlivem magnetického pole Země se totiž v okolí kovových předmětů indukuje magnetické pole, které působí na kovový měřicí systém gravimetru. Po přiložení buzoly k bodům vertikální mikrozákladny je možné sledovat velkou změnu polohy magnetické střelky, z toho lze usuzovat na přítomnost kovových předmětů v blízkosti bodu, čímž může docházet k ovlivnění měření.
Gravimetry LCR 137 G, LCR 1011 G a LCR 180 D byl rovněž zaměřen vertikální průběh tíže nad absolutním bodem č. 80. S ohledem na zjištěný vliv kovových předmětů na měřicí systém gravimetru byl vertikální průběh tíže zaměřen na speciálně upravených dřevěných stolech.
Měření sestávalo ze 38 setů měření po 160 volných pádech. Předběžné výsledky svědčí o vysoké vnitřní přesnosti a homogenitě měření. Střední chyba tíže určená z jednoho volného pádu je asi 7 mGal, střední chyba výsledku jednoho setu asi 1.1 mGal.
Porovnání výsledků všech dvanácti dosud na GO Pecný provedených absolutních měření ukazuje, že nejvyšší přesnosti dosahují gravimetry AXIS FG5. Jejich výsledky již svědčí o závislosti měření tíže na výšce hladiny spodní vody (1.6 mGal/m).
Na Geodetické observatoři Pecný v Ondřejově pokračovala v omezeném rozsahu také pozorování staničním cirkumzenitálem VÚGTK 100/1000 (určení pohybu pólu a rovnoměrnosti zemské rotace, ke konzervaci klasického systému mnohaletých optických pozorováni, atd.). Na počet pozorování měly vliv extrémně špatné klimatické podmínky a závady přístroje příp. registračního zařízení.