Sensors4All Workshop III. Mobile Sensoren. Kontakt: 1

Transkript

1 Sensors4All Workshop III Mobile Sensoren Kontakt: 1

2 Agenda Begrüßung GPS Einführung Mobile Sensoren Mobile Messkampagne Schallpegel St.Magdalen Verarbeitung/Analyse der Daten 2

3 GPS Einführung Andreas Hecke (Präsentation übernommen von Stefanie Andrae,Karl-Heinrch Anders) Studienbereich Geoinformation

4 GPS Anwendungen

5 GPS Systemübersicht I

6 GPS Systemübersicht II Weltraumsegment 28 Satelliten km 12 h Orbital 6 Bahnebenen (je 60 versetzt) Jederzeit in jedem Punkt 4 Satelliten Kontrollsegment 5 Kontrollstationen Beobachtung und Synchronisation der Sat-Uhren Übersendung der Bahndaten an die Satelliten Nutzersegment Empfänger, die die Signale empfangen & verarbeiten

7 GNSS Satelitengestützte Systeme I GNSS Global Navigation Satellite Systems NAVSTAR GPS USA Global Positioning System 31 Satelliten GLONASS Russland derzeit 12 Satelliten (bis Satelliten) GALILEO EU Geplant 32 Satelliten KOMPASS China Geplant 35 Satelliten

8 GNSS Satelitengestützte Systeme II NAVSTAR- GPS GLONASS GALILEO in Betrieb seit Testbetrieb Satelliten (30 geplant) Umlaufzeit 11h 58 min 11h 16 min Bahnneigung Umlaufbahnen Höhe km km km Land USA Russland EU

9 GPS Prinzip der Positionsbestimmung I Allgemeine Punktbestimmunsgverfahren: Triangulation basiert auf Winkemessung (Sinussatz) Trilateration basiert auf Distanzmessung

10 Beispiel

11 GPS Prinzip der Positionsbestimmung Laufzeitmessung Trilateration - Laufzeit = Distanz - Synchronisierte Uhren Geometrie - 2D mind. 3 Satelliten - 3D mind. 4 Satelliten Quelle: GPS Grundlagen - ubox AG

12 GPS Fehlereinflüsse I Laufzeitfehler aufgrund der Ausbreitung des Satellitensignals Ionosphärische / Troposphärische Einflüsse Multipath-Effekt durch Reflexionen an Objekten der Erdoberfläche Uhrenfehler der GPS-Empfänger (die Satelliten besitzen Atomuhren!) Abschattung (in Tälern, Häuserschluchten, in Gebäuden, Tunnel) sind weniger Satelliten über dem Horizont empfangbar Signaldämpfung bei hohem Vegetationsbestand (im Wald)

13 GPS - Fehlereinflüsse III Satellitenkonstellation Dilution of Precision (DOP) = Maßzahl für die Schnittgüte DOP < 6 DOP > 6 (DOP > 10 unbrauchbar!) 'gute' Geometrie --> hohe Genauigkeit 'schlechte' Geometrie' --> niedrige Genauigkeit

14 GPS Korrekturmöglichkeiten Korrekturdienste Differential GPS Zusätzliche Sensoren Z.B. Odometer, Gyrometer, Kompass Mapmatching Autonavigation

15 GPS Lagegenauigkeit Mittlere Genauigkeit Ohne Korrekturdienst : Meter Mit Korrektur Dienst : 3 5 Meter Differential GPS : Meter

16 GPS Korrekturdienste I WAAS Wide Area Augmentation System in Nordamerika EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service MSAS Multi-Functional Satellite Augmentation System in Japan

17 GPS Korrekturdienste II Information die diese Dienste bereitstellen: Langzeitfehler der Satellitenpositionen Kurz- und Langzeitfehler der Satellitenuhren Ionosphäre-Korrektur-Gitter-Information Integritätsinformationen

18 GPS Differential GPS (DGPS) I Differenzielle Positionierung Mind. 2 Empfänger Basis-Station mit bekannten Koordinaten Post-Processing oder Echtzeit Korrektur Genauigkeit 0.3 m 2.5 m Lagegenauigkeit (x, y) 0.2 m 5.0 m Höhengenauigkeit (z) Phasenverschiebungsmethoden liefern 1 mm 10 mm pro Km Abstand zur Referenzstation

19 GPS Differential GPS (DGPS) II Real-time DGPS - Korrekturdaten via - Funk - GSM - UKW - Langwelle - Sat Postprocessing - mittels Software im Nachhinein

20 GPS Differential GPS (DGPS) III DGPS Verfahren db1 + eb1 GPS-Satellite d + e? db2 + eb2 Base station eb1 Error Correction eb2 Error Correction Base station D = F(d, eb1, eb2, ) + optional WAAS, EGNOS oder MSAS

21 GPS Differential GPS (DGPS) IV APOS Austrian Positioning Service AL

22 Good to know GPS = Position, Zeit, Geschwindigkeit Einfache Geschwindigkeitsbestimmung durch Ableitung aus Positionsänderung Genaue Geschwindigkeitsbestimmung durch Analyse des Dopplereffekts der Trägerfrequenz Satelliten bewegen sich mit 3,9 km/s GPS-Zeit weicht um 14 Sekunden zur UTC-Zeit ab Schaltsekunden sind zu beachten! Signalausbreitung durch Lichtgeschwindigkeit im Vakuum AGPS (Assisted Global Positioning System) schnellere Positionsbestimmung durch Kombination mit Positionsdaten von Telekommunikations-Betreibern

23 GPS - Datenformat Standardisierte Datenformate NMEA (National Marine Electronics Association) --> ASCII Format RINEX (Receiver Independent Exchange Format) Austauschformate.gpx.kml Freie Software zur Konvertierung: GPSBabel

24 Sensors4All Workshop III Unsere mobilen Sensoren Kontakt: 24

25 Mobile Sensoren I Ph-Wert Messgerät - Neben ph-wert wird auch Temperatur gemessen - Ca

26 Mobile Sensoren II Schallpegelmessgerät - Mesung Schallpegel - Verschiedene Modi: - Unterschiedliche Messcharakteristiken - Maximalwertüberschreitung - Min-Max - Ca

27 Mobile Sensoren III Partikelmessgerät - Ermittelt Verschmutzungsgrad der Luft - Misst die Anzahl der Partikel in verschiedenen Größen - Lasermessmethode - Unterschiedliche Betriebsmodi - Ca

28 Sensors4All Workshop III Kurzdemo Android Apps Kontakt: 28

29 Sensors4All Workshop III Schallpegelmesskampagne St.Magdalen Kontakt: 29

30 Mobile Messkampagne I Unsere heutige Aufgabe: - Schallpegelmesskampagne in Villach St. Madalen - 31 definierte Schallpegelmesspunkte - 2 zusätzliche Wasserqualitätsmesspunkte - 4 Teams 30

31 Mobile Messkampagne II 4 Teams zu je 5 Personen. Pro Team - 1 Karte - 1 Garmin GPS Gerät - 1 Messwertliste - 1 Schallpegelmessgerät - 1 Smartphone - Für die Hälfte der Zeit ein Wassermessgerät 31

32 Mobile Messkampagne III Schallpegelmessung pro Messpunkt - Finden des Punktes mit GPS Gerät und Karte - Messung dauert 5 min - Ermittlung von Minimum, Maximum und der wirklichen Position - Zählung etwaiger Fahrzeuge - Versenden der Werte mittels Smartphone - Zusätzliche Wassermessungen an den 2 definierten Punkten, wenn in der Nähe 32

33 Mobile Messkampagne IV 33

34 Mobile Messkampagne V 34

35 Mobile Messkampagne VI Nachfolgend Auswertung der Ergebnisse Grobe Fehleranalyse Erzeugen eines GIS Datensatzes Verschiedene Analysen und Vergleiche der Ergebnisse 35

36 Sensors4All Workshop III Mobile Sensoren Kontakt: 36