Sensors4All Workshop III Mobile Sensoren Kontakt: a.hecke@fh-kaernten.at 1
Agenda Begrüßung GPS Einführung Mobile Sensoren Mobile Messkampagne Schallpegel St.Magdalen Verarbeitung/Analyse der Daten 2
GPS Einführung Andreas Hecke (Präsentation übernommen von Stefanie Andrae,Karl-Heinrch Anders) Studienbereich Geoinformation
GPS Anwendungen
GPS Systemübersicht I
GPS Systemübersicht II Weltraumsegment 28 Satelliten 20200 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
GNSS Satelitengestützte Systeme I GNSS Global Navigation Satellite Systems NAVSTAR GPS USA Global Positioning System 31 Satelliten GLONASS Russland derzeit 12 Satelliten (bis 2009 24 Satelliten) GALILEO EU Geplant 32 Satelliten KOMPASS China Geplant 35 Satelliten
GNSS Satelitengestützte Systeme II NAVSTAR- GPS GLONASS GALILEO in Betrieb seit 1995 1996 Testbetrieb Satelliten 24 24 2 (30 geplant) Umlaufzeit 11h 58 min 11h 16 min Bahnneigung 55 65 56 Umlaufbahnen 6 3 3 Höhe 20 200 km 19 100 km 23 616 km Land USA Russland EU
GPS Prinzip der Positionsbestimmung I Allgemeine Punktbestimmunsgverfahren: Triangulation basiert auf Winkemessung (Sinussatz) Trilateration basiert auf Distanzmessung
Beispiel
GPS Prinzip der Positionsbestimmung Laufzeitmessung Trilateration - Laufzeit = Distanz - Synchronisierte Uhren Geometrie - 2D mind. 3 Satelliten - 3D mind. 4 Satelliten Quelle: GPS Grundlagen - ubox AG
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)
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
GPS Korrekturmöglichkeiten Korrekturdienste Differential GPS Zusätzliche Sensoren Z.B. Odometer, Gyrometer, Kompass Mapmatching Autonavigation
GPS Lagegenauigkeit Mittlere Genauigkeit Ohne Korrekturdienst : 10 15 Meter Mit Korrektur Dienst : 3 5 Meter Differential GPS : 0.3 2.5 Meter
GPS Korrekturdienste I WAAS Wide Area Augmentation System in Nordamerika EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service MSAS Multi-Functional Satellite Augmentation System in Japan
GPS Korrekturdienste II Information die diese Dienste bereitstellen: Langzeitfehler der Satellitenpositionen Kurz- und Langzeitfehler der Satellitenuhren Ionosphäre-Korrektur-Gitter-Information Integritätsinformationen
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
GPS Differential GPS (DGPS) II Real-time DGPS - Korrekturdaten via - Funk - GSM - UKW - Langwelle - Sat Postprocessing - mittels Software im Nachhinein
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
GPS Differential GPS (DGPS) IV APOS Austrian Positioning Service http://www.bev.gv.at/portal/page?_pageid=713,1571538&_dad=portal&_schema=port AL
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
GPS - Datenformat Standardisierte Datenformate NMEA (National Marine Electronics Association) --> ASCII Format RINEX (Receiver Independent Exchange Format) Austauschformate.gpx.kml Freie Software zur Konvertierung: GPSBabel
Sensors4All Workshop III Unsere mobilen Sensoren Kontakt: a.hecke@fh-kaernten.at 24
Mobile Sensoren I Ph-Wert Messgerät - Neben ph-wert wird auch Temperatur gemessen - Ca. 30 25
Mobile Sensoren II Schallpegelmessgerät - Mesung Schallpegel - Verschiedene Modi: - Unterschiedliche Messcharakteristiken - Maximalwertüberschreitung - Min-Max - Ca. 130 26
Mobile Sensoren III Partikelmessgerät - Ermittelt Verschmutzungsgrad der Luft - Misst die Anzahl der Partikel in verschiedenen Größen - Lasermessmethode - Unterschiedliche Betriebsmodi - Ca. 2000 27
Sensors4All Workshop III Kurzdemo Android Apps Kontakt: a.hecke@fh-kaernten.at 28
Sensors4All Workshop III Schallpegelmesskampagne St.Magdalen Kontakt: a.hecke@fh-kaernten.at 29
Mobile Messkampagne I Unsere heutige Aufgabe: - Schallpegelmesskampagne in Villach St. Madalen - 31 definierte Schallpegelmesspunkte - 2 zusätzliche Wasserqualitätsmesspunkte - 4 Teams 30
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
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
Mobile Messkampagne IV 33
Mobile Messkampagne V 34
Mobile Messkampagne VI Nachfolgend Auswertung der Ergebnisse Grobe Fehleranalyse Erzeugen eines GIS Datensatzes Verschiedene Analysen und Vergleiche der Ergebnisse 35
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