Module software GPS

Module software GPS

1 Notiuni generale

La achizitionarea unui anumit pachet de pograme, lucrul cel mai important este ca respectivul software sa permita realizarea tuturor operatiunilor preconizate a se executa. Este deci necesara o definire prealabila, clara si completa, a tuturor cerintelor (inclusiv de perspectiva).

Este foarte greu de efectuat o analiza completa a functiilor pe care le-ar putea indeplini un modul software. Exista programe care opereaza direct pe receptoare dar si unele care lucreaza interactiv intre un calculator extern (de regula PC) si receptor (sau un alt echipament).

In principiu, la analiza unui pachet de programe se vor urmari facilitatile oferite pe linie de:

proiectare;

transfer de date;

prelucrari de date;

control de calitate;

compensari de retele;

gestionarea bazei de date;

utilitare;

flexibilitate.

Aceste facilitati sunt asigurate de programe grupate pe module, principalele elemente de avut in vedere fiind prezentate mai jos.

2 Proiectare

In etapa de proiectare a masuratorilor pot sa apara necetati legate de:

a) Vizibilitatea satelitilor (timpul rasaritului si apusului, distanta zenitala si azimutul). In prezent, aceste elemente nu mai sunt de o importanta deosebita, configuratia completa a sistemului asigurand vizibilitatea permanenta a unui numar de sateliti suficient de mare. Totusi, uneori sunt necesare studii legate de conditionari de vizibilitate (simultan din ambele capete ale vectorului de baza), reprezentarile grafice fiind foarte utile.

b) Geometria satelitilor. Deoarece precizia determinarilor este strans legata de valorile DOP (care exprima geometria figurii statie-sateliti), este deosebit de important ca la planificarea executarii observatiilor (cu deosebire a celor cinematice) sa se aleaga perioadele cu valorile DOP cele mai mici. Este necesara deci facilitatea de evalure a valorilor DOP la diverse epoci si de reprezentare grafica a acestora.

c) Simulari. In etapa de proiectare, pentru stabilirea duratei sesiunilor de observatii, este foarte bine sa se execute simulari (variind perioada si durata sesiunii), pentru a se vedea structura matricii masuratorilor si cum va arata matricea cofactorilor.

d) Anteprogramarea receptoarelor. Teoretic, toate receptoarele permit operarea manuala de catre personalul de teren. Se introduc timpul de start si stop, rata de esantionare precum si alti parametri ca de exemplu cei legati de preselectarea satelitilor urmariti.Receptoarele mai noi sunt complet automatizate si nu necesita interventia operatorului.

3 Transferul datelor

Modulul dedicat transferului datelor poate oferi facilitati pentru: transferul propriu-zis, decodificarea si controlul datelor transferate, gestiunea fisierelor si definirea liniilor de baza.

a) Transferul consta in trecerea datelor din receptor intr-un calculator. Pot fi folosite fie cabluri fie legaruri radio, transferul facandu-se direct sau prin intermediul unei memorii auxiliara (caseta sau floppy-disk).

b) Decodificarea datelor. Datele transferate sunt, de regula, transformate din format special compactat in care sunt stocate de receptor, intr-un format binar general. Software-ul care afiseaza mesajul de navigatie (de exemplu efemeridele transmise), cantitatile masurate (de exemplu coddistantele, faza undei purtatoare, datele Doppler) si alte informatii (de exemplu datele explicative culese la teren) este folosit si pentru crearea fisierelor cerute de programele de prelucrare.

c) Controlul datelor transferate. Datele transferate trebuie verificate din punct de vedere al integritatii si exactitatii. Aceste verificari pot fi facute imediat dupa transfer (inainte de decodificare) dar, in acest caz, se vor limita la compararea cu cele de pe suportul primar, fara indicatii asupra calitatii informatiilor.

d) Gestiunea fisierelor. Este foarte utila intocmirea de tabele cu denumirile statiilor, sesiunilor de masuratori precum si cu informatiile auxiliare (coordonatele cunoscute, numele operatorilor, conditiile meteo etc.).

e) Definirea liniilor de baza. Daca au fost masurate mai multe linii de baza, atunci compensarea se poate efectua alegand diferite combinatii. Programul de prelucrare ar trebui sa ofere posibilitatea de optiune pentru solutia 'un singur vector de baza' (cu toate combinatiile posibile) sau pentru solutia 'multipunct' (pentru n statii, se pot alege n-1 baze independente). Programul ar trebui sa permita interventia utilizatorului pentru redefinirea liniilor de baza.

4 Prelucrarea datelor

In general, modulul de prelucare a datelor trebuie sa permita: generarea datelor in formatul RINEX, optiuni asupra efemeridelor utilizate pentru prelucrari, prelucrari pe baza datelor de cod si de faza, analiza datelor si formarea matricilor de covarianta, posibilitati de modelare a atmosferei si, evident, estimarea tuturor parametrilor ce pot interesa.

a) Generarea datelor in formatul RINEX. O caracteristica importanta a pachetului de programe este posibilitatea convertirii masuratorilor in formatul RINEX (cel mai raspandit format standardizat), pentru ca datele obtinute cu receptoare diferite sa poata fi folosite pentru calculul unui vector de baza.

b) Efemeride. Efemeridele transmise trebuie convertite intr-un fisier orbita, care contine coordonatele satelitilor la epoci alese; pentru celelalte epoci, coordonatele satelitilor sunt interpolate pe baza a cateva epoci selectate. Executarea de determinari de inalta precizie este insa conditionata de posibilitatea de utilizare a efemeridelor precise.

c) Prelucrarea datelor de cod. Este absolut obligatorie deoarece, pentru calculul vectorului unei linii de baza, sunt necesare coordonatele aproximative ale punctelor de capat (obtinute de cele mai multe ori pe baza cod-pseudodistantelor).

d) Prelucrarea datelor de faza. Pentru masuratorile single (pe o singura frecventa), trebuie sa fie posibila prelucrarea fazelor brute si a combinatiilor de faze (diferente simple, duble si triple). Pentru masuratorile pe ambele frecvente (dual), trebuie sa existe programe de prelucrare separata si simultana pentru ambele frecvente, cu combinatii independente de ionosfera, eventual prin alte metode.

In afara prelucrarilor separate, ar trebui sa fie posibila combinarea datelor de faza cu cele de cod.

e) Analiza datelor. Un program performant ar trebui sa permita analize sofisticate ale datelor, in urma carora sa fie detectate si eliminate automat erorile grosolane; detectarea automata a alunecarilor de cicli este de asemenea esentiala. Posibilitatile de reprezentare grafica sunt foarte utile pentru depistarea erorilor (cu deosebire a alunecarilor de cicli).

f) Matrici de covarianta. Modelarea corecta a covariantelor poate fi deosebit de complexa pentru combinatii de date variate. Programele de prelucrare ar trebui sa acopere cazurile cele mai comune, cum sunt covariantele pentru diferentele duble, in ambele variante de prelucrare ('un singur vector' si 'multipunct').

g) Modelarea matematica a atmosferei. Ar trebui sa existe mai multe optiuni pentru modelul matematic al atmosferei, obligatoriu fiind numai modelul matematic al atmosferei standard. Utilizarea mai multor modele pentru ionosfera si troposfera permite optimizarea prelucrarii datelor, in special pentru linii de baza lungi.

h) Estimarea parametrilor. Un bun pachet de programe are o mare flexibilitate in selectarea parametrilor de calculat si a metodei de compensare. Cateva din cele mai importante optiuni pe care ar trebui sa le contina sunt:

Proiect: Lucrare de licenta marketing si afaceri economice internationale - dezvolatrea mixului de marketing in cadrul companiei sc.petrom. sa Proiect: Modelul comunicarii in negocieri - modelul structural

- Calculul coordonatelor (vectorilor): din ;

cu solutia ;

prin combinari de sesiuni diferite.

- Calculul parametrilor ceasului: ofsetul;

driftul (coeficienti polinomiali).

- Calculul ambiguitatilor: estimate (valori reale);

fixate (valori intregi).

- Calculul parametrilor orbitei: elementele orbitei (6 parametri);

derivatele partiale ale elementelor

orbitei (elipsele osculatoare).

5 Controlul de calitate

Pentru estimarea calitatii masuratorilor si determinarilor sunt deosebit de utile analizele efectuate prin vizualizari de:

- Date statistice: abaterile standard ale parametrilor estimati;

matrici de varianta-covarianta a posteriori in punct;

matrici de varianta-covarianta intre puncte;

reprezentari grafice.

- Neinchideri pe contururi poligonale ale retelei (este de preferat sa existe posibilitatea indicarii contururilor dorite, prin intermediul codurilor punctelor nodale).

- Reziduuri (lipsa de omogenitate a acestora -vizibila imediat pe reprezentarile grafice- permite identificarea si eliminarea masuratorilor eronate).

- Liste cu alunecarile de cicli remediate.

6 Compensari de retele

Vectorii de baza calculati din observatiile GPS sunt dati de diferentele de coordonate exprimate in sistemul ECEF. Compensarea este bazata pe combinarea acestor diferente de coordonate, pachetul de programe trebuind sa permita prelucrari de retele:

fara constrangeri (un singur punct fix);

constranse (mai mult de un punct fix).

Coordonatele finale sunt insa cele exprimate in sistemul national sau sistemul local dorit de utilizator. Pentru rezolvarea acestei probleme, este necesar sa existe facilitati de:

transformare a coordonatelor. O transformare spatiala Helmert cu sapte parametri este obligatoriu sa fie implementata;

combinare a datelor hibride. Un software performant trebuie sa permita compensarea retelelor in care au fost executate masuratori GPS impreuna cu masuratori geodezice conventionale (unghiuri, distante, diferente de nivel); in asemenea situatii, prelucrarea se face prin metoda colocatiei.

7 Gestiunea bazei de date

Bazele de date GPS trebuie sa permita unele operatii absolut obligatorii:

a)   Stocarea si regasirea datelor. Datele rezultate din masuratori GPS trebuie organizate intr-o baza de date. Aceasta este necesar sa permita regasirea datelor pentru calcule ulterioare ca de exemplu prelucrarea folosindu-se orbite precise in locul celor furnizate de efemeridele transmise, folosirea unei alte scheme pentru statiile de constrangere etc.

b)   Arhivarea rezultatelor prelucrarilor. Rezultatele prelucrarilor ar trebui arhivate prin intermediul bazei de date. Aceasta permite un acces facil la date pentru diverse scopuri. Pot fi folosite si programe de compactare a fisierelor.

c)    Legatura cu punctele din sistemul geodezic national. La proiectarea retelelor GPS este foarte utila reprezentarea grafica a punctelor din reteaua geodezica nationala concomitent cu punctelor proiectate in scopul asigurarii unei legari corespunzatoare.

d)   Legatura cu programe GIS. Integrarea datelor geodezice intr-un Sistem Informational Geografic (GIS) sau intr-un fisier CAD permite vizualizarea dispunerii punctelor si furnizeaza utilizatorilor o imagine clara a dispunerii statiilor (de exemplu suprapunerea cu strazi, rauri, linii de contur etc.).

8 Utilitare

a)   Editarea fisierelor. Uneori este necesara editarea fisierelor. De exemplu, atunci cand date din epoci necorespunzatoare ar trebui eliminate, date din fisierele fragmentate ar trebui combinate, sau fisiere prea mari ar trebui impartite in fisiere mai mici.

b)   Transformari de timp. Alaturi de timpul GPS, exista si alte sisteme de timp care pot fi folosite, cum ar fi timpul Gregorian, timpul Iulian modificat si altele.

c)    Optimizari in prelucrarea masuratorilor. Masuratorile pot fi proiectate, executate si prelucrate in mai multe moduri. In unele cazuri este urmarita precizia maxima posibila, in altele obiectivul urmarit este costul minim.

d)   Transformari de coordonate. Coordonatele obtinute in urma compensarii unei linii de baza sunt date in sistemul de coordonate WGS-84 rezultand X,Y,Z. In pachetul de programe ar trebui inclusa si transformarea acestor coordonate ECEF in latitudine, longitudine si cota. De asemenea ar trebui inclusa si transformarea lor in sisteme de cooordonate folosite uzual (NAD-83, NAD-27, sistem local). In general este necesara transformarea lor din datum global in datum local. Programul ar trebui sa permita reprezentarea punctelor in diverse proiectii cartografice (UTM, Lambert, Gauss-Kruger etc.).

e)   Documentatia finala. Documentatia finala a lucrarilor trebuie sa contina o lista completa de rezultate. Pentru interpretarea rezultatelor prelucrarilor sunt foarte utile reprezentarile grafice cat mai variate (punctele retelei, liniile de baza, reziduurile etc.).

9 Flexibilitatea

In acest capitol sunt reluate unele aspecte prezentate anterior si sunt subliniate cateva caracteristici suplimentare, cu ajutorul carora se vor putea evalua diferite pachete de programe, urmarindu-se multilateralitatea si flexibilitatea lor .

Compatibilitatea cu calculatorul. Sunt putine cerinte in ceea ce priveste calculatorul; totusi, programul ar trebui sa ruleze pe o larga gama de calculatoare. Pe cat posibil, programul ar trebui sa fie independent de calculator.

Timpul de prelucrare (este functie de calculator). Timpul de efectuare a calculelor este o problema cruciala si este puternic dependent de complexitatea programului. Folosindu-se o singura linie de baza ca un criteriu de testare se pot cronometra programe diferite.

Capacitatea de memorie necesara.

Includerea de date suplimentare. Ar trebui sa fie posibila adaugarea la observatiile executate intr-un punct a mai multor seturi de date pentru a se creea un singur set de date mai larg (de exemplu, combinarea a doua sesiuni de masuratori).

Limitari. Care este numarul limita de statii, sateliti, sesiuni, date masurate?

Date. O optiune esentiala este conversia datelor in formatul RINEX. Ar trebui sa fie posibila prelucrarea datelor in simpla si duala frecventa cu acelasi program. O cerinta importanta este combinarea datelor obtinute cu receptoare diferite si, posibil, de la sateliti diferiti. Programul ar trebui sa permita prelucrarea mai multor sesiuni atat in modul automat, cat si in modul manual.

Orbite. Este extrem de important ca programul sa poata utiliza atat efemeride transmise cat si efemeride precise. Posibilitatea calcularii celor sase elemente Kepleriene precum si a variatiilor lor in timp este o caracteristica importanta, folositoare atat in scopuri de cercetare cat si in multe scopuri practice.

Optiuni pentru prelucrarea unui singur punct, unei singure linii de baza, unei retele.

Aplicatii in timp real. Ansamblurile software/hardware capabile sa opereze in timp real devin din ce in ce mai importante. Aceste aplicatii includ navigatia diferentiala in timp real si masuratori 'stake-out'(de marcare sau de jalonare). Legaturile de comunicatie sunt extrem de importante in acest caz.

Estimarea parametrilor. Este posibila alegerea numarului de parametri pentru calculul vectorilor sau compensarea este restransa la un numar fix de parametri?

Transformari si proiectii cartografice. Sunt oferite o mare gama de transformari de coordonate? Sunt necesare transformari dintr-un sistem global in datum local. Ar trebui sa fie disponibile si proiectii cartografice.

Interventia utilizatorului. Ar fi necesara o optiune pentru precizarea gradului de interventie al utilizatorului. Pentru prelucrari obisnuite s-ar putea ca utilizatorul sa nu doreasca sa intervina prea des in procesul de calcul.

Usurinta in folosire. Cat timp este necesar pentru a se invata folosirea programului? Programul necesita un bagaj mare de cunostinte informatice? Ofera rutine de help?

10 Lista de criterii pentru modulele software

Acest subcapitol contine detalieri ale criteriilor prezentate in subcapitolele precedente. Cele mai importante criterii pentru fiecare din modulele software sunt prezentate in tabele. Scopul prezentarii acestor tabele este dublu. In primul rand, ele pot fi folosite ca o lista de criterii pentru testarea posibilitatilor unui pachet de programe si, in al doilea rand, ele pot fi folosite o baza de dezvoltare a unor noi programe. Din ratiuni ce tin de compactare, in tabele sunt date numai cuvintele cheie. Tabelele trateaza urmatoarele notiuni:

Modulul proiectarii

Modulul transferului de date

Modulul prelucrarii datelor

Modulul controlului de calitate

Modulul compensarii retelei

Modulul gestiunii bazei de date

Modulul utilitarelor

Modulul flexibilitatii

Tabelele sunt numerotate 2, 3, , 9 in concordanta cu numerele subcapitolelor corespunzatoare.

Tabelul 2. Modulul proiectarii

Tabelul 3. Modulul transferului de date

Tabelul 4. Modulul prelucrarii datelor

Tabelul 5. Modulul controlului de calitate

Tabelul 6. Modulul compensarii retelei

__________ ______ ____ _____________

Compensarea retelei

__________ ______ ____ _____________

- Transformari Helmert

- Combinari de date hibride

__________ ______ ____ _____________

Tabelul 7. Modulul gestionarii bazei de date

__________ ______ ____ _____________

Gestionarea bazei de date

__________ ______ ____ _____________

- Stocarea si apelarea datelor

- Arhivarea rezultatelor masuratorilor

- Legatura cu punctele din sistemul geodezic national

- Legatura cu programe GIS

__________ ______ ____ _____________

Tabelul 8. Modulul utilitarelor

__________ ______ ____ _____________

Utilitare

__________ ______ ____ _____________

- Editarea fisierelor

- Transformari de timp

- Optimizarea proiectarii masuratorilor

- Transformari de coordonate

- Documentele anexe cu rezultate

__________ ______ ____ _____________

Tabelul 9. Modulul flexibilitatii

__________ ______ ____ _____________

Flexibilitate

__________ ______ ____ _____________

- Compatibilitate a cu calculatorul

- Timpul de prelucrare (dependent de calculator)

- Memoria necesara

- Adaugarea de date suplimentare

- Limitari ale numarului de:

- statii

- sateliti

- sesiuni

- Date

- RINEX

- combinari de date de frecventa simpla sau duala

- combinari de sesiuni diferite

- combinari de receptoare diferite

- combinari de sisteme diferite de sateliti

- Orbite

- efemeride transmise

- efemeride precise

- modelarea matematica a elementelor orbitei

- Optiuni pentru prelucrare

- punct izolat

- linie de baza izolata

- retea

- Aplicatii in timp-real

- navigatie

- pozitionare relativa

- GPS diferential

- legaturi de comunicatie

- Estimarea parametrilor

- selectarea parametrilor

- Transformari si proiectii cartografice

- Optiunea definirii gradului de interventie a utilizatorului

- inalt

- scazut

- Usurinta in folosire

- rutine de help

__________ ______ ____ _____________