Výroční zpráva VÚGTK za rok 1999
| Výroční zpráva VÚGTK za rok 1999 |
|
| VÚGTK 39 972 | |
Geodezie a geodynamika | |
| Zdiby: VÚGTK, 2000. - S.13-21. | |
V souladu se smlouvami uzavřenými mezi ČÚZK a VÚGTK byla v roce 1999 činnost útvaru geodezie a geodynamiky VÚGTK zaměřena na zabezpečení pozorování na Geodetické observatoři Pecný v rámci mezinárodních vědeckých služeb, na práci mezinárodních analytických center, na účast v mezinárodních projektech a výkon funkcí v mezinárodních vědeckých organizacích. Významný byl rovněž podíl na řešení vědeckého projektu "Časové změny geodetických bodových polí" a aktivity směřující k aplikacím výsledků v zeměměřické praxi. Stejně jako v předcházejícím období byla činnost útvaru financována z institucionálních prostředků a účelové dotace, poskytnutých Radou vlády pro vědu a výzkum prostřednictvím ČÚZK, a rovněž z účelových dotací, poskytnutých Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR na řešení některých mezinárodních projektů. Účelové dotace poskytla také Grantová agentura ČR formou grantů, a konečně i Evropská unie (generální ředitelství XII) na řešení jednoho mezinárodního projektu 4. rámcového programu EU (INCO-COPERNICUS). Následující přehled přináší charakteristiku řešení jednotlivých projektů a dosažených výsledků.
Úkoly, hrazené z institucionálních prostředků na základě smlouvy č.3/99, Činnost příspěvkové organizace ve výzkumu a vývoji pro výzkumný záměr "Výzkumné a vývojové zajištění oblasti zeměměřictví a katastru"
Permanentní měření GPS přijímačem Trimble 4000 SSE na GOP probíhají od roku 1995. Data jsou odesílána do datových center IGS a EUREF (regionální datové centrum Graz, regionální datové centrum IGS v BKG Frankfurt am Main a dále do globálních datových center IGS). Od listopadu 1998 jsou kromě denních datových souborů poskytovány také hodinové soubory. K tomuto účelu byl zcela přepracován automatický tok dat observatoře a v prvním pololetí roku 1999 se práce soustředila především na zdokonalování procesu odesílání hodinových souborů a odstraňování průběžně se objevujících závad a nedostatků různého původu a významu. Od 11. června 1999 je zaveden režim pravidelného ručního restartování počítače permanentní služby, vždy po 14 dnech.
Bylo vyřešeno poskytování meteorologických údajů v on-line režimu, které je nezbytné pro zhodnocení hodinových souborů GPS pozorování. K tomuto účelu bylo využito nových meteočidel a nově vyvinutého softwaru.
Jedním z problémů permanentní služby je spojení jednotlivých počítačů, zejména v úsecích mimo observatoř. Software, podporující permanentní službu, dokáže sice výpadky spojení automaticky vyřešit, ale především hodinové datové soubory jsou v důsledku vzniklého zpoždění znehodnoceny. Problémem se stávají také občasné výpadky spojení mezi routerem ASÚ AV ČR a počítačem Sun (rovněž ASÚ), které lze eliminovat převedením práce počítače Sun na některý jiný počítač s operačním systémem Unix či Linux. Proto se v budoucnu předpokládá částečný přechod na tyto operační systémy. To by rovněž umožnilo poskytování naměřených dat veřejnosti (např. pomocí anonymního ftp serveru či www stránek).
Po odstranění montážní závady v přijímači Ashtech Z-18 (S/N 00113) autorizovaným dealerem fy Ashtech (GEOVAP ParduODISe) byl v dubnu 1999 přijímač uveden do provozu. Po odstranění některých problémů, vyplývajících z absence návodu pro tento typ přijímače a z nainstalované verze firmwaru, byly prováděny systematické funkční zkoušky, které prokázaly správné základní funkce přijímače, komunikačního softwaru Commander a Rinex Converter i software GBSS (Geodetic Base Station Software). Rovněž kvalita pořizovaných dat je dobrá.
Přijímačem Trimble 4000SSE s anténou Trimble 4000ST L1/L2 Geodetic (podle nového systému značení v IGS TRM14532.00) byla permanentní měření prováděna do 4. listopadu 1999. Dne 14. července 1999 bylo zrušeno odesílání dat přes počítač "sunkl" (operační systém Unix System V release 4, hardware Sun microsystems, vlastník Astronomický ústav Akademie věd České republiky) a zahájeno odesílání dat přes počítač "pecny" (operační systém Linux, verze jádra 2.0.36, hardware PC Sunny, vlastník VÚGTK - GO Pecný) pomocí nově vytvořených skriptů.
U příležitosti zatmění Slunce dne 11. srpna 1999 se na základě výzvy Dr. Joachima Feltense z Evropského operačního kosmického centra v Darmstadtu, jenž vede v IGS projekt kombinovaných ionosférických řešení (IGS Electronic Mail Nr. 2312), konalo měření družic systému GPS (a systému GLONASS) v intervalu 1 sekundy. Měření se zúčastnil i přijímač Ashtech Z18 s anténou umístěnou na excentrickém bodě GOP1. Zpráva o této akci je otištěna v časopisu GaKO (Karský, G., Kostelecký, J. ml.: Družicová měření na GO Pecný při zatmění Slunce 11. srpna 1999. In: GAKO. - Roč. 45/87, 1999, č. 10, s. 251-252).
V srpnu 1999 byly úspěšně zvládnuty důsledky přechodu, tzv. GPS week rollover, ke kterému došlo o půlnoci světového času ze soboty 21. srpna 1999 na neděli 22. srpna 1999. Pořadové číslo GPS týdne, vysílané v efemeridách z družic systému, přešlo z čísla 1023 zpět na číslo 0; je to dáno kapacitou čítačů na družicích a bude se za necelých 20 let opakovat. Tento přechod musely všechny přijímače a obslužné a zpracovatelské softwary dešifrovat. Při nesprávném dešifrování dojde k tomu, že epochy přijímaných dat jsou chybně odpočítávány zdánlivě od 6. ledna 1980.
U příležitosti GPS week rollover byl firmou Ashtech dodán nový firmware a na síti Internet byla nalezena nová verze obslužného softwaru Geodetic Base Station Software (verze 3.0.00) pro obsluhu (nového) přijímače Z18. Po nainstalování firmwaru i softwaru bylo zjištěno, že přijímač správně dešifruje GPSweek rollover a také se (po delším pozorování) prokázalo, že zmizela většina problémů s přijímačem Ashtech Z18. Byla navržena a ověřena vyšší rychlost komunikace mezi přijímačem a počítačem. V dalších měsících (září, říjen 1999) byly sestaveny programy a skripty pro permanentní službu GPS a GLONASS s přijímačem Ashtech Z18 a vše podrobně ověřeno. Současně bylo připravováno odesílání meteorologických informací spolu s hodinovými daty z aparatury Ashtech. K tomu účelu byl uveden do provozu nový systém reGIStrace meteodat. Čidla pro teplotu a relativní vlhkost jsou výrobkem firmy Comet, tlak vzduchu se měří pomocí čidla firmy Cressto. Všechna čidla jsou proudového typu a jejich údaje se převádějí do digitální formy pro reGIStraci v počítači pomocí tzv. inteligentního A/D převodníku Drak 3, který spolu s příslušným programem dodala firma PaPouch elektronika. Teplotní čidlo bylo kalibrováno pomocí přezkoušených kapalinových teploměrů, vlhkostní porovnáním se starším systémem Humistar a na základě údajů o podmínkách v blízkosti 100% vlhkosti, pro kalibraci čidla tlakového posloužil staniční rtuťový barometr. Kontrolně se využila též srovnání s ručními měřicími systémy.
Dále byl doplňkem k připojovací kabelové sestavě přijímače Ashtech Z18 zajištěn výstup sekundových značek (signálu 1PPS) pro časové navázání měření cirkumzenitálem (příp. i pro jiné účely) a o měření GPS a GLONASS na bodě GOPE sestavena WWW stránka, která obsahuje další informace a obrázky, nezahrnuté do formuláře staničních informací (Site Information Form). Srovnávání hodin počítačů zapojených do permanentní služby, je nyní nově zajištěno pomocí časových serverů na univerzitě v Erlangenu v Německu.
Dne 4. listopadu 1999 byla provedena výměna přijímačů a antén na GOPE. Opravené informační formuláře o stanici byly rozeslány předem, příslušné IGS-maily, EUREF-maily a IGEX-maily byly rozeslány ihned po změně. Měření nyní provádí přijímač Ashtech Z18 s anténou Choke Ring pro GPS a GLONASS s ochranným krytem (tato anténa je podle nového systému označena jako ASH701073.3 SNOW).
Stanice GOPE nyní produkuje a do příslušných center odesílá jednak GPS data v hodinových a denních intervalech pro IGS a EUREF, jednak GPS a GLONASS data v denních intervalech pro kampaň IGEX.
Kromě oficiálního zpracování subsítě permanentních GPS stanic EUREF se po celý rok 1999 analytické centrum zaměřovalo na zavedení nového typu zpracování pro účely meteorologie a klimatologie. Jde o monitorování parametrů modelu troposféry, z nichž lze v případě dostupnosti meteorologických dat na stanici GPS (tlak, teplota) odvodit integrální hodnotu obsahu vodních par nad touto stanicí. Problém zpracování spočívá především v potřebě určovat tyto hodnoty v "téměř" reálném čase (tj. se zpožděním max. 1-3 hod.), aby bylo možno poskytovat výsledky pro zpřesnění krátkodobé meteorologické předpovědi.
Dosažené výsledky a postup prací jsou shrnuty v následujícím přehledu:
| před listopadem ´98 | přípravná fáze (software + teorie) |
| od listopadu ´98 | odladění automatického postupu zpracování (sběr hodino-vých dat a základní řešení) |
| od ledna ´99 | testování různých strategií zpracování (near-real time 4H/1H zpracování a postprocessing 24H) |
| od února ´99 | zpřístupněna WWW stránka s hodinovou aktualizací výsledků http://pecny.asu.cas.cz/meteo/ |
| od března ´99 | kontinuální monitorování drah družic GPS, testování různých strategií pro vylučování špatných družic |
| od dubna ´99 | určování absolutních hodnot zenitového zpoždění ZTD (zenit total delay), umožněné začleněním dlouhých základen sítě stanic GPS |
| od května ´99 | určování hodnot PWV (precipitable water vapor) a porovnávání s měřením radiosond, zatím pouze u stanice GOPE, později PENC, BRUS, BOGO, (ZIMM, ONSA) |
| od června ´99 | testování vhodné strategie pro dílčí zpřesňování predikovaných drah družic. |
Kromě souvislostí se změnou konfigurace celé sítě byly práce zaměřeny na další dílčí problémy:
Testováním rutinního procesu zpracování hodinových GPS dat v průběhu celého roku 1999 bylo dosaženo současné vysoké stability a zároveň kvality v určení troposférických parametrů při minimálním časovém zpoždění. Každou hodinu jsou dnes produkovány tyto hodnoty v tzv. režimu NRT (near-real time) platné pro epochu minus 2 h. Toto řešení je založeno na přesných drahách družic CODE s predikcí pro 48 hodin a spočívá v předzpracování jednotlivých hodinových souborů dat GPS a následné efektivní kombinaci posledních 12 hodinových řešení na úrovni systému normálních rovnic.
Dále bylo každý den produkováno tzv. "post-processing" řešení, které je zpožděno zhruba o 36 hodin. Toto již využívá vysoce kvalitních rychlých drah družic IGS, stejných vstupních dat GPS jako metoda NRT a zpracování je založeno na společném celodenním řešení. Z důvodu limitu CPU v průběžném zpracování byly pro dílčí periody roku testovány vybrané strategie (vždy max 5-6). Řešení problémů vyplývajících z tohoto typu zpracování dat GPS spočívalo především v hodnocení kvality predikovaných drah družic (včasné odhalení špatné predikce a vhodný způsob odstranění tohoto vlivu), v určení neznámých parametrů (např. i vybraných parametrů dráhy družic) a jejich apriorním váhování (absolutním/ relativním), ve volbě rozsahu sítě a zpracovávaného časového intervalu, a ve vyladění strategií pro předzpracování měření.
Diference mezi výsledky z variant "post-processing" a "near-real time" lze odhadnout střední chybou 1 mm pro sloupec kondenzované vodní páry (PWV, precipitable water vapor) s minimálním systematickým efektem. Porovnání námi určovaného obsahu vodních par ve spodní atmosféře s hodnotami z profilů měřených radiosondami (GOPE, GRAZ, BRUS, PENC, BOGO) lze odhadnout v rámci střední chyby 1-2 mm PWV (toto srovnání zahrnuje i nepřesnost z vyhodnocení dostupných dat z radiosond, odhadem 0,5-1mm a snížené možnosti interpretovat jednotně v čase i prostoru hodnotu PWV nad stanicí GPS a z profilu vypouštěných radiosond). Veškeré výsledky jsou průběžně monitorovány na webovské stránce http://pecny.asu.cas.cz/meteo/. V současné době je posuzována možnost produkce ultra rychlých drah družic, které by významně podpořily jakékoliv další zpracování GPS "v reálném čase".
Analytické centrum GOP je zřejmě prvním v Evropě, které rutinně určuje obsah vodních par v troposféře pomocí NRT (near-real time) zpracování dat z permanentní sítě GPS. Navíc rutinně (s dvoudenním zpožděním) provádí "přesné" zpracování na základě rychlých drah družic. Aktuální problémy se týkají především nedostatečně spolehlivé predikce přesných drah družic a dále nedostupnosti meteo-dat na jednotlivých zpracovávaných stanicích. Výsledky dílčích testů dávají naději na částečné vyřešení prvního problému, kdežto problém meteodat je spíše otázkou další organizace na úrovni koordinátora permanentní sítě GPS.
Ve druhém pololetí r.1999 pokračovala digitální reGIStrace slapových variací tíhového zrychlení gravimetrem Gs 15 č.228 (ve spolupráci s ČVUT), která byla zahájena po nezbytných zkouškách aparatury (zejména určování jejích konstant) v polovině února 1999. Po celou dobu reGIStrace pracovala aparatura naprosto bez závad. Záznam byl v poměrně pravidelných intervalech (celkem šestkrát) pomocí elektromagnetického kalibračního zařízení cejchován. Protože je z analýz dřívějších reGIStrací zřejmá závislost chodu aparatury na průběhu vlhkosti vzduchu na stanici, byla po celou dobu reGIStrace udržována vlhkost pomocí vysoušeče vzduchu na co možná nejstálejší úrovni. ReGIStrace byla ukončena 12. 10. 1999. Pro slapovou analýzu bylo získáno bez přerušení 233 dnů. Po závěrečném určení konstant aparatury pokračovaly zkoušky s novou zpětnou vazbou. Dosavadní reGIStrační počítač (v nepřetržitém provozu od počátku r. 1995) byl nahrazen novým, výkonnějším. Složitost zpětné vazby a nový počítač vyžadují i značné úpravy reGIStračních programů. Zkoušky trvají dosud. Firma PaPouch - elektronika, která zpětnou vazbu vyrobila a dodala i software, celé zařízení i s programovou částí dolaďuje. V principu zařízení funguje a bylo reGIStrováno a analyzováno zkušebně několik dní; problémy jsou zatím s určením nejvhodnějšího tlumení soustavy a se správným a přesným přiřazováním času.
Gravimetrem LCR 137 G, který má VÚGTK zapůjčen od NIMA (DMA, USA), byl proměřen tíhový gradient do výšky 1,4 m nad absolutním bodem č.80 Pecný a tíhové pole nad pilířem tohoto bodu. Z výsledků, i přes jejich omezenou přesnost, je patrná změna gradientu s výškou a možná nehomogenita tíhového pole nad pilířem. I ostatní dosavadní výsledky měření gradientu ukazují nutnost určit s maximální přesností celý průběh hodnot tíže nad bodem až do maximální možné efektivní výšky absolutního gravimetru. Gravimetr LCR 137 G, který nemá zpětnou vazbu, požadavkům na takto přesné měření nevyhovuje. Z těchto důvodů, ale i proto aby bylo možné používat tento gravimetr pro slapová měření (zatím tomu brání značně nelineární kapacitní snímač a velká citlivost měřítka na náklon ve směru vahadla), byl přístroj se souhlasem majitele odeslán do výrobního závodu, kde bude provedena údržba a rekonstrukce (doplněno zařízení pro zpětnou vazbu).
Ve dnech 13. až 16.9.1999 se uskutečnila na absolutním bodě na GO Pecný další absolutní měření tíže polským absolutním gravimetrem ZZG (prof. Ząbek, Politechnika Warszawska, Warszawa).
Výsledky pozorování cirkumzenitálem jsou pravidelně zasílány do astrometrických center - Gosstandartu Ruské federace a Šanghajské observatoře Čínské akademie věd, kde jsou zpracovány a následně publikovány v Report on optical astronomic observations a Vsemirnoje vremja a koordinaty poljusa, a dále ještě v cirkulářích českých a slovenských astronomických observatoří Time and latitude. Jednou ročně obě centra hodnotí kvalitu jednotlivých observatoří, resp. přístrojů. Výsledky cirkumzenitálu jsou originálním řešením principu přístroje s po-užitou metodou stejných výšek a plně srovnatelné s výsledky ostatních přístrojů, zapojených do služby optické astrometrie za účelem určení pohybu pólu a korekce času.
Cirkumzenitálem VÚGTK 50/500 č.201 byla provedena astronomická navazovací a polní měření pro určení tížnicových odchylek bodů v rámci studentské diplomové práce v oblasti GO Pecný.