Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand. GNSS Messungen (Echtzeit & Post processing)

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1 Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand ETH Zürich GNSS Messungen (Echtzeit & Post processing) 1. Ausgangssituation Moderne GNSS Empfänger können 3D Positionskoordinaten bis zu 100 Hz aufzeichnen. Die Daten können dabei in Echtzeit oder im Post processing berechnet werden. Je nach Messinstrumentarium und Konfiguration des Empfängers sind hierbei unterschiedliche Ergebnisse erreichbar. Im EG Lab Projekt 1 werden mit den Leica System 1200 Zweifrequenz Empfänger Echtzeitdaten im NMEA Format und Rohdaten aufgezeichnet und ausgewertet. Das Ziel dieses Projekts ist der Umgang mit diesem, hauptsächlich für die Maschinensteuerung und dem geodätischen Monitoring, verwendeten GNSS Messverfahren. Die Messungen werden auf dem HIL Attika registriert und durch eigenen Berechnungen ausgewertet. 2. Konfiguration und Erfassung 2.1. Referenz Ein GNSS Empfänger wird als lokales Referenzsystem konfiguriert. Hierbei muss zunächst eine Koordinate für die Referenzstation definiert werden. Dies kann mit einer kurzen Messung im Single Point Position (SPP) Modus erfolgen. Der absolute Koordinatenbezug ist in bei dieser Aufgabenstellung nicht relevant. Es interessiert hier nur die innere Genauigkeit. Ausserdem sollen die Rohdaten kinematisch registriert werden. Jede Rohdatenaufzeichnung bzw. Korrekturausgabe ist mit 1 Hz zu aufzuzeichnen (20Hz sind mit dem GNSS 1200 Empfänger von Leica möglich). Die genauen Konfigurationsparameter werden detailliert besprochen Rover 1 mit GPS und Glonass In diesem Empfänger 1 sollen zum einen die Korrekturdaten der lokalen Referenzstation mit dem Sateline 3AX Funkmodul empfangen werden. Die Echtzeitdaten werden hier im NMEA Format ausgegeben und mit einem Notebook aufgezeichnet. Aus den verschiedenen NMEA Daten Strings (siehe z.b. soll nur das NMEA0183 Format GGA mit 1 Hz aufgezeichnet werden. Ausserdem sollen auch hier die kinematisch registrierten Rohdaten auf die CF Karte gespeichert werden. Die Daten sind anschliessend im LGO zu prozessieren. Im Rover 1 sollen sowohl GPS als auch Glonass Signale verwendet werden Rover 2 mit GPS ohne Glonass Der einzige Unterschied zu Rover 1 ist beim Messen mit dem Rover 2, dass nur GPS und keine Glonass Signale verwendet werden Rover 3 mit GPS und Glonass mit SwiPos Auch hier ist die Konfiguration zum Rover 1 identisch, ausser dass die Korrekturdaten im Rover 3 vom Swipos Dienst empfangen werden.

2 3. Datenstring Die in Absatz 2 aufgeführten GNSS Empfänger generieren verschiedene Datenfiles. 3.1 Echtzeitdaten Für die Echtzeitdaten sind dies z.b.: $GPGGA, , ,N, ,E,4,06,1.6, ,M,,,0.62,0000*22 Definition NMEA GGA Daten: Weitere NMEA Strings sind möglich Allgemein: OSD Autopilot: APA APB ASD Decca: DCN D GPS: MSK Echolot: DBK DBS DBT Funk: FSI SFI TLL Geschwindigkeit: VBW VHW VLW GPS: ALM GBS GGA GNS GSA GSV Kurs: DPT HDG HDM HDT HSC ROT VDR Loran C: GLC LCD Maschine: RPM Navigation: RMA RMB RMC Omega: OLN Position: GLL DTM Radar: RSD TLL TTM Ruder: RSA Temperatur: MTW Transit: GXA RTF Wegpunkte und Routen: AAM BEC BOD BWC BWR BWW ROO RTE VTG WCV WNC WPL XDR XTE XTR Wind: MWV VPW VWR Zeit: GDT ZDA ZFO ZTG

3 4. Umwandlung des NMEA Datenstrings Zur Visualisierung müssen zunächst die NMEA Daten umgeformt werden. 4.1 Von NMEA Format (BLH) ins kartesische WGS84 System (LBH >XYZ) Rechenverfahren Daraus folgt: Grad in Dezimal Eine sehr einfache Darstellung der Erde als Kugel ergibt die Definition über die Kugelkoordinaten in geografischer Breite (B) und Länge (L), mittlerer Erdradius = 6370 km.

4 Wir rechnen aber mit dem Rotationsellipsoid (WGS84) und den Formeln Folgende Parameter für die beiden Halbachsen werden hierbei verwendet: a= m; b= m; f=1/ ; mit den Formeln Errechnet man die Position XYZ im kartesischen WGS84 System.

5 4.2 Umrechnungen vom kartesischen ins geografische System E 1 = 2 2 a b a 2, E 2 = 2 2 a b b 2, p= Z a a tan p b 2 2 X + Y, t= 3 ( Z + E B= 2 b sin( t)) Y a tan, L = a tan 3 (( p E1 ) a cos( t)) X Somit kann man selbstständig die WGS84 Messungen umformen. 5. Umrechnung ins Topozentrische System Zur Darstellung der GNSS Messungen in einem verebneten lokalen System eignet sich das topozentrische System, z.b. mit dem Ursprung im Koordinatenschwerpunkt. Mittels folgender Berechnungsformen kann dies programmiert werden. Δx=X X 0 ; Δy=Y Y 0 ; Δz=Z Z 0 ; B=B*pi/180; L=L*pi/180; X Y Z Topo Topo Topo - sin(b) cos(l) Δx - sin(b) sin(l) dy + cos(b) Δz = - sin(l) Δx + cos(l) Δy); = cos(b) cos(l) Δx + cos(b) sin(l) Δy + sin(b) Δz); Dieser Vorgang muss sowohl bei den Echtzeitdaten als auch bei den LGO Daten angewandt werden. 6. Anmerkungen zur Aufzeichnung der kinematischen Rohdaten Wichtig zur kinematischen Rohdatenspeicherung ist, dass der Modus Rohdaten aufz: Static & Kinem eingestellt wird. Bei der Aufzeichnung darf dann nicht die Messung mit F1 ausgelöst werden. Das Symbol für die kinematische Rohdatenaufzeichnung ist das ~ Zeichen über dem Messstab. Die im Rover 1 & 2 aufgezeichneten Rohdaten sollen zusammen mit den Referenzdaten in LGO prozessiert und mit den Echtzeitdaten verglichen werden.

6 Als Ausgabedatei werden hier auch kartesische Koordinaten in XYZ oder geografische Koordinaten in BLH ausgegeben. Messanordnung HIL Attika (aus 2008) Rov SwiPos Rov GPS Rov GNSS Ref 7. Auswertung & Bericht Als Auswertung sollen die 3 Messfiles - GPS mit GLONASS mit lokaler Referenz, - GPS ohne GLONASS mit lokaler Referenz - GPS mit GLONASS mit SwiPos Referenz visualisiert werden. Darzustellen ist die XY Position, der Höhe via Zeit in Zusammenhang mit den Zusatzdaten wie Satellitenanzahl, DOP Werte. Die Ergebnisse müssen im Bericht duiskutiert und interpretiert werden. Statistische Berechnung können hier sehr einfach durchgeführt werden. Natürlich muss der gesamte Messaufbau beschrieben werden.