GPS - Aktueller Stand und künftige Potentiale

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1 armasuisse Bundesamt für Landestopografie swisstopo Bereich GPS - Aktueller Stand und künftige Potentiale Informationstagung Landtechnik Oktober 2009, Tänikon U. Wild

2 Agenda Satellitensysteme Messverfahren und Genauigkeiten Dienste Anwendungen Zusammenfassung 2

3 GNSS = Global Navigation Satellite System Oberbegriff für sämtliche existierenden und zukünftigen globalen Satellitennavigationssysteme 3

4 GPS Global Positioning System (USA) Betrieben durch Departement of Defence (DoD) und Departement of Transports (DoT) militärisches und ziviles System Nominell 24 Satelliten, aktuell verfügbar sind 30 Satelliten GPS Modernization Initiative zur Verbesserung von GPS, z.b. durch Aufschaltung neuer ziviler Signale (L2C, L5 etc.) 4

5 GLONASS Global Navigation Satellite System (Russland) Betreiber: russisches Verteidigungsministerium Spezielles Finanzierungsprogramm ab 2008 durch Präsident Putin Momentan sind 17 Satelliten verfügbar, Endausbau mit 24 Satelliten ist für 2010 geplant (?) 5

6 Galileo Europäisches Satellitennavigationssystem, welches sich momentan im Aufbau befindet 2 Testsatelliten (Giove-A und Giove-B) sind im Umlauf ( Sicherung der Frequenzen), 2 weitere Testsatelliten sollen 2010 folgen In-Orbit-Validation (IOV) Praxistest des Systems ( ) Endausbau (30 Satelliten) ist für den Zeitraum geplant 6

7 Compass Chinesisches Satellitennavigationsystem Start eines Testsatelliten im Jahr 2007 Endausbau mit 30 Satelliten (+5 geostationäre Satelliten) geplant für 2015 Wenig konkrete Informationen (z.b. keine offizielle Webseite) 7

8 Agenda Satellitensysteme Messverfahren und Genauigkeiten Dienste Anwendungen Zusammenfassung 8

9 Messverfahren (1) ABSOLUT ( Navigation ) 1 GNSS-Empfänger ( Rover ) Zur Bestimmung einer 3D Position werden 4 GNSS-Satelliten benötigt 3D Genauigkeit: 5-10 Meter Rover RELATIV ( Differential ) 2 GNSS-Empfänger ( Referenz und Rover ) Referenz Rover Komm. Kommunikationslink zwischen Referenz und Rover Zur Bestimmung einer 3D Position (in Echtzeit) werden 5 GNSS-Satelliten benötigt 3D Genauigkeiten: m (Code) bzw. <1 2 cm (Phase) 9

10 Messverfahren (2) Arten von GNSS Empfängern: Low cost High end Messgrösse Frequenzen Genauigkeit Code L1 = MHz 5 10 m (absolut) 1-2 m (relativ) * Code + Phase L1 = MHz L2 = MHz cm (relativ) ** Preis (CHF) * Differential GNSS (DGNSS) ** Real-time Kinematic (RTK) 10

11 Genauigkeitsbegriffe (1) Spur-zu-Spur Genauigkeit Durchschnittlicher Spurfehler innerhalb von 15 min 11

12 Genauigkeitsbegriffe (2) Absolute Genauigkeit Wiederholbarkeit von Fahrspuren 12

13 Grenzen von GNSS (1) Hindernisse können GNSS- Empfang behindern Bei 2-Frequenz-Systemen entstehen Reinitialisierungszeiten Bei RTK-Systemen sehr kurze Initialisierungszeiten Ansätze zur Verbesserung: SBAS-Technologie Verwendung von kombinierten Empfängern (GPS-Glonass) 13

14 Grenzen von GNSS (2) Zusätzliche Sensoren notwendig bei automatischen Lenksystemen zur genauen Positionsbestimmung am Seitenhang 14

15 Agenda Satellitensysteme Messverfahren und Genauigkeiten Dienste Anwendungen Zusammenfassung 15

16 Genauigkeit (3) Übersicht Genauigkeitsstufen Einfrequenz DGPS Zweifrequenz DGPS RTK und VRS z.b. EGNOS, Starfire1, Küstenfunk z.b. OmnistarHP, fixe o. mobile Basisstation Starfire2 Korrekturdienst Spur-zu-Spur Genauigkeit: 10-30cm absolute Genauigkeit: ~1m Spur-zu-Spur Genauigkeit: 5-10cm Absolute Genauigkeit 20-30cm Spur-zu-spur Genauigkeit + Absolute Genauigkeit ~2 cm Lizenzkostenfrei Kostenpflichtiges Kauf einer Basisstation Korrektursignal swipos Dienst (kostenpflichtig) 16

17 Funktionsprinzip von DGNSS 17

18 Funktionsprinzip von RTK 18

19 Automatisches GNSS-Netz Schweiz (AGNES) 19

20 Swiss Positioning Service (swipos) swipos NAV Differenzielles GNSS (DGNSS) ( Code - Messungen) Genauigkeit 1-2 m Anwendungen: Navigation, Land- und Forstwirtschaft, Umweltprojekte, swipos GIS/GEO VRS-RTK (basiert auf AGNES) Genauigkeit: Lage 2cm / Höhe 4cm (2 sigma) Anwendungen: Vermessung, Bauwesen, Landwirtschaft, Leitungskataster, GIS, 20

21 swipos - NAV Zugang über GSM/CSD (RAW) Zugang über GSM/GPRS (NTRIP) www3.swisstopo.ch:8080 Mountpoint: swiposnav Geeignet für GNSS-Empfänger mit Code-Messung Korrekturdaten im RTCM-Format Version

22 swipos GIS/GEO Zugang über GSM/CSD LV95/LHN LV03/LN LV95/LN02 Zugang über GSM/GPRS (NTRIP) www3.swisstopo.ch:8080 Mountpoints: - swiposgisgeo_lv95lhn95 (LV95/LHN95) - swiposgisgeo_lv03ln02 (LV03/LN02) - swiposgisgeo_lv95ln02 (LV95/LN02) Korrekturdaten im Format RTCM Version 3.1 GIS-Empfänger hoher Qualität und geodätische Empfänger 22

23 Funktionsprinzip VRS (swipos-gis/geo) 23

24 Agenda Satellitensysteme Messverfahren und Genauigkeiten Dienste Anwendungen Zusammenfassung 24

25 Beispielanwendungen 25

26 Anwendungen von swipos-gis/geo Lenkassistenzsystem im Gemüsebau Genauigkeit: +- 2 cm (VRS /RTK) Installation durch Firma allnav AG 26

27 Agenda Satellitensysteme Messverfahren und Genauigkeiten Dienste Anwendungen Zusammenfassung 27

28 Zusammenfassung / Trends GNSS Integration der verschiedenen Systeme zu einem Gesamtsystem Erhöhte Verfügbarkeit dank grösserer Anzahl Satelliten (in Zukunft SV verfügbar!) Regionale Positionierungsdienste mit cm- Genauigkeit (als Ergänzung bzw. Ersatz der globalen Dienste) sind vorhanden Heterogenität dieser Dienste hindert die grossen Hersteller (noch) am Einstieg 28