Badanie zmiennosci pomiarow GPS

[Gość]

W dzisiejszych czasach, gdy chcemy się dowiedzieć jakie są współrzędne geograficzne naszego domu, firmy itd. wystarczy, że weźmiemy do ręki odbiornik GPS i wykonamy pomiar pozycji. Wiemy jakim dobrodziejstwem są owe techniki dla obserwatorów zakryć.

Obserwacje zakryciowe (i nie tylko) wymagają bardzo dobrego poznania naszego położenia.

Standardowo odbiornik GPS podaje nam z jaką dokładnością pracuje. Zazwyczaj jest to oznaczone skrótem "acc.". Np. acc.: 3.4, co oznacza, że pozycja jest podawana z dokładnością 3.4 metra (chyba, że nasz GPS ma nastawioną inną jednostkę miary).

 

 

Nie wiemy jednak czy tak jest naprawdę ! Może dokładność jest inna - mniejsza lub większa. Nie wiemy też od czego ona zależy. Nie znamy warunków potrzebnych do uzyskania jak najlepszych pomiarów.

Dlatego też postanowiłem zbadać od czego zależy dokładność pomiarów i czy to co podaje odbiornik nie mija się z prawdą.

By można było prowadzić takie "dochodzenie" potrzebne są różne narzędzia począwszy od odpowiedniego oprogramowania przez sprzęt aż po informacje dotyczące systemu GPS i jego działania. Do tego typu badań trzeba będzie odpowiednio dobrać metodę statystyczną. Jej dobór zależy od tego z jaką ilością i jakiego typu materiałem będziemy mięli do czynienia.

 

 

Na dzień dzisiejszy w projekcie działa jeden GPS który w połączeniu z komputerem 24 godz./dobę rejestruje pracę urządzenia. By jednak przebadać to jak działają i zachowują się różne odbiorniki w odmiennych warunkach trzeba dysponować większą ich ilością. Jest to niestety bardzo kosztowne rozwiązanie. Dlatego każdy posiadacz GPS może stać się uczestnikiem badań. Wystarczy, że podczas codziennego użytkowania odbiornika będziemy obserwować pracę urządzenia.

 

 

Oto co należy zanotować:

- czas, data rozpoczęcia i zakończenia pomiaru (+/- 30 sek.)

- miejsce przeprowadzenia pomiaru (miejscowość, gmina - dla szybkiej orientacji)

- ilość satelitów widzianych i odbieranych przez GPS

- dokładność podawaną prze GPS

- pozycję podawaną przez GPS (koniecznie w formacie np.: 19° 27.102')

- inne obserwacje (np. nagłe skoki dokładności mimo tej samej liczbie odbieranych satelitów)

Przy pomiarach proszę używać siatki ED 1950 (czyli tej którą SOPiZ ma się posługiwać - ustalenia Konferencji SOPiZ PTMA - Przysietnica 2003).

 

 

Każdy z parametrów podanych przez użytkownika będzie wprowadzony do programu symulacyjnego który odwzoruje kod poszczególnych satelitów GPS w danym momencie i na danym miejscu. Po odpowiednim rozkodowaniu da się obliczyć jaka była rzeczywista dokładność pomiaru. Oczywiście by można było wszystkie pomiary konfrontować z pomiarami geodezyjnymi wszystkie będą przeliczane na wsp. prostokątne.

Projekt ma być sprawdzeniem pracy wielu modeli GPS tak by ustalić, które są najbardziej przydatne w pracy zakryciowca. Jeśli posiadają Państwo nietypowy odbiornik GPS to oprócz jego nazwy proszę podać nr. seryjny producenta.

Koniec części pomiarowej projektu planuję na ostatni tydzień sierpnia potem do października potrwa obróbka materiału. Terminy mogą się zmienić. Może się okazać, że: (wersja optymistyczna) materiału jest bardzo dużo i trzeba dłużej nad nim pracować lub (wersja pesymistyczna) materiału jest mało i należy przeprowadzić kolejne pomiary.

Zależy mi jednak by pomiary pochodziły z bardzo różnych rejonów Polski dlatego też akcję tę ogłosiłem tuż przed wakacjami kiedy to odbiorniki nasze nie są używane tylko do pomiarów stanowisk na wyjazdach obserwacyjnych ale i do zapamiętania najlepszego zagajnika na grzybobranie. Zdaje sobie jednak sprawę z tego, że to co tu piszę w Materiałach SOPiZ pojawi się dopiero za jakiś czas kiedy to pomiary będą w zaawansowanej fazie lub wręcz po terminie zakończenia. Dlatego też zdecydowałem się wysłać ten artykuł do wszystkich SOPiZowców i osób nie będących nawet członkami PTMA po to by zwiększyć szansę powodzenia przedsięwzięcia. Was proszę o to samo - jeśli znacie osoby, które posiadają cywilne odbiorniki GPS to zachęćcie Ich do wykonania pewnej pracy dla dobra obserwacji zakryciowych ale i dla lepszego poznania pracy odbiorników GPS.

 

 

Nie mogę niestety obiecać nic w zamian bo sam do tego przedsięwzięcia dokładam. Obiecuję jednak, że nazwiska osób które prześlą mi choć jedno sprawozdanie z pomiaru zostaną umieszczone w Materiałach SOPiZ PTMA, gdzie też zamierzam opublikować wyniki badań.

Wszyscy ci, którzy dowiedzą się o projekcie za późno proszeni są o wykonanie pomiarów i wysłanie ich do mnie zgodnie z zasadą - wszystko się przyda. Zasadniczo mam zamiar zbierać mniejsze ilości pomiarów do końca roku 2003 celem kontroli wcześniej wykonanych obliczeń.

 

 

Wszystkich użytkowników odbiorników GPS zachęcam do uczestnictwa w badaniach.

 

Pozdrawiam

Paweł Maksym

 

PS

Nie wiedzialem gdzie to umieścić, ale to chyba dobre miejsce.

[burza]

Pawełku !

Ja kiedyś się bawiłem w wyznaczenie współrzędnych swojego puunktu i mam tych pomiarów napewno grubo ponad tysiąc, ale to było jeszcze przed zniesieniem kodu SA.

 

Jeśli będzie trzeba to mogę opracowac te wyniki i może się na coś przydadzą. Po zniesieniu kody pomiarów niestety nie robiłem

[Gość]

Bardzo dziekuje ale takie pomiary beda nieprzydatne.

Caly projekt opiera sie na tym, ze ja i jeszcze 3 osoby mamy klucz do dekodowania sygnalu GPS oraz program symulacyjny sytuacji danego pomiaru.

Ja tylko kontrolnie planuje porownywanie pomiarow GPS z geodezja.

Projekt bedzie sprawdzal czy to co podaje GPS - chodzi o dokladnosc - jest prawda. To tak jak Leszek Benedyktowicz wykryl, zbadal blad DCF 77.

Szkoda, ze nie byles na konferencji bo tam omowilem to szczegolowo ale rozumiem - sesja ! Ja mam to za soba.

Pozdrawiam

Pawel Maksym

[burza]

Nie pozostaje mi więc nic innego jak kupic sobie GPS ;D , z takim zamiarem zresztą nosze sie od dawna. jak tylko przybędzie pieniązków to napewno włącze się w akcję

[burza]

aha, zapomniałem dodać, ze ja wtamtych swoich pomiarach to jednak notowałem takie sprawy jak : ilość widocznych satelitów, pokazywany EPE, jego zmiany, czas rozpoczęcia i końca pomiarów.

Rozumiem jednak że po wyłączeniu SA sa już one wynikami obarczonymi zbyt dużą "niepewnością" pomiaru (zboczenie posesyjne z przedmiotu MITEX = Metrologia i Technika Eksperymentu).

Uwielbiam teorie niepewności.... :P

[jureq]

Witam,

Pawle zerknij na stronę:

http://www.ds2.pg.gda.pl/~snickers/winf/pkt10.htm

BTW a może skorzystać z gpsa współpracującego z EGNOSem, w końcu daje to dokładność rzędu 1-2m 8)

Pozdrawiam,

Jurek

[oskar]

To ciekawe z tym kluczem do dekodowania sygnału. Ciekaw jestem, jak to można wykorzystać poza celami opisanymi wyżej

[Gość]

Wszystko w projekcji prowadzi do zbadania jak dzialaja gpsy cywilne i te najtansze - ogolno dostepne.

jesli chodzi zas o klucz to w Polsce dostep do niego ma tylko kilkanascie osob - ja uzyskalem program rozkodowujacy prze wielkie znajomosci i po podpisaniu, ze nawet nie wolno mi o tym mowic!

O to tez chcialem sie kiedys Cibie Oskarze zapytac. Bo nie wiedzialem czy ta umowa nie przekresli tego bbym mogl swobodnie oglosic wyniki!

A co do tego co pisza na podanej przez jurqa stronie to zdajemy sobie sprawe ze wszystkich opisanych tam elementow. Choc widac, ze byla ona dawno nie aktualizowana!

Pewne informacje sa nie aktualne!

[jureq]

Pawle dręczy mnie pytanie o cel waszych badań ???

No bo załóżmy, że określicie błąd pomiaru pozycji ale to będzie błąd określony na daną chwilę i miejsce. Jutro będzie inny, a w po przejsciu kilkunastu kroków inny, mało tego wystarczy wziąć dwa odbiorniki tego samego typu, a będą pokazywać pozycję różniącą się od siebie.

Więc po dokonaniu waszych pomiarów konkluzja może być tylko jedna - pomiary pozycji są obarczone błędem i nie jest to błąd systematyczny -> więc dla użytkownika to nic nie da - popularny gps nadal będzie określał pozycję z dokładnością tych 20-30m (średnio).

Chcąc udostępnić szerokiej rzeszy użytkowników określanie pozycji z dokładnością 2-3m "zawieszono" geostacjonarne satelity różnicowe WAAS/EGNOS, a sygnał jest do wykorzystania np. w najtańszych garminach serii Geko (coś koło 700 zeta).

Zresztą nawet nie wykorzystując poprawek różnicowych, a korzystając z uśrednienia wielu pomiarów pozycji w danym punkcie można zwiększyć dokładność do tych kilku metrów. Nie jest to co prawda dokładność geodezyjna ale może wystarczy ?

A właśnie czy moglbyś podać jaka dokładność określenia pozycji Cię zadowoli (tzn. zakryciowca )?

Sorry za wątpliwości, ale czasami jestem upierdliwy ;D

Pozdrawiam,

Jurek

PS. Oczywiście możesz liczyć na dane gpsowe ode mnie, mogą być normalne albo z sygnałem z EGNOSa.

[burza]

hehe...

Ja już mogę nawet policzyć niepewność takich pomiarów po egzaminie z Metrologii i Techniki Eksperymentu :. Teoria niepewności zastąpiła bowiem niedawno teorię błędu i jest bardziej klarowna - Paweł, jeśli będzie trzeba to moge to oczywiscie wykonać i pobawić się w te wszystkie pierdoły jak odchylenie standardowe, potem niepewnośc złożona i w końcu rozszerzona ;D

 

Jurqu, stosując metody niepewnosci i statystyczne do obróbki tych pomiarów otrzymamy w miarę zadowalające "charakterystyki" GPS. Pozwolą ona oszacować warunki optymalne do uzyskania najlepszego wyniku zbliżonego do wartości prawdziwej.

 

Oczywiście masz rację z uśrednianiem wyników pomiarów wykonanych w jednym punkcie- ja tak mam wyznaczone współrzędne na podstawie ponad 1000 pomiarów mojego punktu obs. I tu jeszcze przez zniesieniem błędu SA zszedłem do dokłaności około 0,5-1 m. Domyślam się , że teraz jak kod SA jest zniesiony to takie uśrednianie wyników będzie jeszcze bardziej precyzyjne.

 

Dla zakryciowca wizualnego wystarczy w zasadzie dokładność 1" (czyli 20-30 m), a nawet gorsza !!! Wynika to z tego, że prędkość obiiegu ksieżyca na orbicie to około 1km/sek => wizualnie musimy zapisać moment zjawiska (wg ustalonych zasad w zakryciowych oserwacjach) z dokładnośćią 0,1 sek. Można ten czas uznać za taką max granicę rozdzielczości czasowej oka w obserwacjach zakryciowych- wizualnych. Skoro prędkość 1 km/s to przy czasie 0,1 sek Ksieżyc przemieści się na orbicie o około 100 metrów => rzutując to na powierzchnię Ziemii jest to także około 100m, co daje lekko ponad 3" w szerokości i 5" w długości na terenie naszego kraju.

 

Ale oczywiście technika brnie do przodu i postuluje się, aby przy obserwacjach zakryciowych technikami wideo dokładność wyznaczenia pozycji wynosiła 0,1 " (właśnie około 3 m!!). Przyczyna jest prosta- wzrasta rozdzielczość czasowa obserwacji ( możliwy odczyt taśmy wideo z zakryciem np z dokładnośćią 0,02 sek=> daje nam do wymaganą do tej rozdzielczości czasowej dokładność pozycji=> tu dokładność powinna być nie gorsza jak 20 m w terenie), tak więc już jednorazowy pomiar "gorszym" GPS-em nie wystarczy- trzeba uśredniać serię pomiarów.

 

W zasadzie w tej chwili do dokładność pozycji geo determinuje dokładność wyniku obserwacji i to dokładne wyznaczenie pozycji jest o wiele bardziej ważniejsze niż duża rozdzielczość czasowa obserwacji, np taki 0,01 s.

 

Z rozdzielczościa czasową rzędu 0,001sek w zakryciach sa jeszcze pewne problemy (właściwie z utrzymaniem jej stałości i stabilności), ale pewnie w krótce i to zostanie rozwiązane w sposób zadowalający i wtedy celowym bedzie otrzymanie tej dokładności rzędu 2-3 metrów !!! Pozwoli nam to na wyznaczanie figury i prolifu Księżyca z wysoka precyzją, bedziemy mogli wtedy podczas "brzegówki" określić rozmiary gór i kraterów ksieżycowych z dokładnością kilkunastu metrów !!! ;D

 

taki ogólnie jest tręd, że wkrótce przejrzemy w zakryciach do dokładności nawet submilisekundowej, dlatego ważnym czynnikiem determinującym jakość otrzymanych wyników obserwacji będzie właśnie dokładność wyznaczenie pozycji obserwatora.

 

Mam nadzieję, że trochę rozjaśniłem , Paweł pewnie ma o wiele więcej do powiedzenia na ten temat bo się tym zajął "na maxa" , ja nie jestem poza tym wtajemniczonym w szczegóły, bo nie było mnie na niedawnej konferencji SOPiZ, i pewne kwestie z tematem mogłem pominąć.

[jureq]

Odpowiedź jak BURZA

Dzięki za wyjaśnienie po co zakryciowcom takie dokładności - po prostu kopara mi opadła

Pozdrawiam,

Jurek

[Gość]

Kochani projekt jest realizowany po to by ustalic czy dokladnosc podawana bez "doplerow" czy innych metod usredniajacych jest podawana poprawnie.

Tzn. czy kod o nazwie NAEEDCGPS ktory jest polaczeniem wszystkich kodow GPS w jeden zgadza sie w 100 % z tym co pokazuje wyswietlacz.

Projekt dzialal tez po to by ustalic czy nie ma prawidlowosci miedzy tym. ze np. satelity GPS nowszej generacji np. z modulem NACM (nawigacyjny zesopl korekcyjny) daja potencjalnie lepsze pomiary i by powiedziec o tym zakryciowcom. By Ci mogli przy uzciu zwyklego programu do symulacji satelitow GPS przewidziec kiedy ewentualne najlepsze znajda sie nad ich pkt. obserwacyjnym i kiedy moga pojechac zrobic jak najlepszy pomiar. Bo ja np. zakrycia asteroidalne obserwuje czesto z daleka od stalego pkt. obserwacyjnego i mam juz dosc jazdy na marno.

Co do tych metod statystycznych to sa do tego zatrudnione dwa kompy "Mac"

i Prof dr hab. Wagner (taki znany statystyk dr h. c. Yeyl i U Warszawskiego), ktory bedac jednoczesnie wykladowcom na teledetekcji i kartografii wytyka mi bledy i mowi co mam poprawic i na co nie zwracac uwagi. Prof Wagner byl juz kilka razy na konferencji GPSowej w Pentagonie i to On zalatwil mi "klucz".

Ale jesli tylko przyda mi sie pomoc statystyczna to bede do Ciebie Wojtku pisal.

Dzieki Wojciechu za wyczerpujace (niemal) wyjasnienie sprawy jakiej dokladnosci nam trzeba. Dopisze jeszcze cos jak bede mial wiecej czasu bo teraz po sesji latam za wladzami Lodzi i prosze o kase na ESOP.

 

Dodam tylko ze w projekcie uczestnicza zakryciowcy z Holandii, Belgii i Niemiec.

To chyba tyle !

Lece bo nie mam czasu.