Manapság már szinte mindenki ismeri a GPS
technológiát, amely a valaha fejlesztett legpontosabb rádió alapú
helymeghatározó rendszer. Fontos azonban tudni, hogy míg az általánosan
elterjedt közúti navigációs alkalmazások esetén néhány méteres helymeghatározási
pontosság elegendő, a területalapú támogatásoknál a 2009-es
AKG rendelet szerint már legalább 3
m-es pontossággal kell megadni a terület töréspontjainak
pozícióját.
Annak érdekében, hogy minden érintett meg tudjon felelni a szigorúbb követelményeknek, összefoglaljuk azokat a technikai eszközöket és lehetőségeket, amelyek segítségével növelhető a GPS-mérés pontossága.
Elméleti alapok
Mielőtt a pontosság kérdésére rátérünk, tekintsük át röviden, hogyan működik a GPS, milyen módon valósul meg a pozíció meghatározása. A GPS egy összetett technológia, de működésének alapelvei igen egyszerűek. Ezeknek az ötleteknek a gyakorlatba való átültetéséhez, valamint a rendszer rendkívül pontos működéséhez napjaink legmodernebb technikájára van szükség.
A Global Positioning System (GPS) egy egész világon elterjedt rádió-navigációs-rendszer, amely 24 műhold konstellációjából, 5 földi ún. monitor állomásból és a GPS vevőberendezésből áll, amelyből számtalan lehet, a Föld bármely pontján. A műholdak keringési ideje 12 óra (6 pályasíkon egymáshoz képest 60 fokkal elforgatva, az egyenlítőhöz viszonyított pályaelhajlás 55 fok).
A műholdas helymeghatározás gyakorlatilag egy "egyszerű" időmérésből kiszámított távolságmérésen alapul. Mivel ismerjük a rádióhullámok terjedési sebességét, ha van két nagyon pontos óránk, és ismerjük a rádióhullám kibocsátásának és beérkezésének idejét, ezek alapján meghatározhatjuk a forrás távolságát. A gyakorlatban tehát a műholdak által sugárzott rádiójelek alapján a GPS vevő a Földön meghatározza a műholdak helyzetét a pályájukon, a rádiójel terjedési sebessége és a műhold-GPS vevő között mért jelterjedési idő (futásidő) alapján a műholdak távolsága számítható az általános iskolából ismert s (távolság) = v (jelterjedési sebesség) x t (futásidő) képlettel.
Három darab műhold-vevő távolság meghatározása után a földi helyzetünket a műholdak köré rajzolt képzeletbeli gömbök metszéspontjának kiszámításával lehet meghatározni. Egy műhold esetén a műhold köré rajzolt gömb felületén van a pozíciónk. Két műhold esetén -a műholdak kötött pályája miatt- a két gömb egy körív mentén metsződik, ebben az esetben tehát már ezen a köríven vagyunk. Egy harmadik műholdra végzett távolságmérésnél a harmadik gömb két pontban metszi a köríven metsződő két gömböt. Három műholdból tehát az űrben csak két pontra tudjuk szűkíteni a pozíciónkat. A tényleges pozíciónk eldöntéséhez végezhetnénk egy negyedik mérést, de általában a két pont közül az egyik nevetséges helyen van (a Földhöz képest az űrben vagy a Föld belsejében), így ezt a „hamis pozíciót” mérés nélkül is el lehet vetni. Mivel azonban a futásidőt nagyon pontosan kell mérni, az idő szinkronizálásához szükséges a negyedik műhold rádiójeleinek vétele is, a GPS pozíció meghatározásához tehát legalább négy műhold egyidejű észlelése szükséges.
A GPS-es helymeghatározás pontossága alapvetően öt tényezőtől függ
Ha a műholdak túl közel vannak egymáshoz az égbolton, akkor a mérés bizonytalansága nagyobb, ezért jobb, ha a nagyobb térben láthatók a műholdak. E geometriai hatás figyelembe vételére a GPS- szel foglalkozó szakterület a PDOP (Position Dilution of Precision) nevű mennyiséget használja. Minél nagyobb a PDOP értéke annál nagyobb a műholdak geometriai elhelyezkedéséből várható hiba mértéke. A pályaadatok és a távolságmérés pontossága különböző észlelési és feldolgozási módszerekkel fokozható, de a kedvezőtlen műhold-geometria nem javítható, de a feldolgozásra kerülő mérések közül a magas PDOP értékkel rendelkezők (rossz műhold-geometria) kizárhatók.
A mérési pontosság növelésének módszerei
Mivel a fenti tényezők közül az első négy szinte egyáltalán nem befolyásolható, a vevőkészülék körültekintő kiválasztásával és kiegészítő szoftveres technológiák alkalmazásával érhetünk el megfelelő mérési eredményt kedvezőtlen körülmények között is. Tekintsük át sorban ezeket a lehetőségeket.
1. Professzionális geodéziai GPS vevők alkalmazása
A geodéziai GPS vevőkkel végzett méréseknél időigényes utófeldolgozással, két rádiójel frekvencián történő méréssel, ill. vevőpárral ún. RTK (real-time kinematikus) DGPS méréssel lehet a centiméteres pontosságot elérni. A DGPS technológia a helymeghatározási pontosságot azáltal növeli, hogy a felhasználó vevője által számított pozíciót egy ismert helyzetű referencia-vevőkészülék helyzetéhez viszonyítva kalkulálja. A mérési hiba egy külön csatornán keresztül folytatott kommunikáció során kiküszöbölhető. Ezek a megoldások képezik a GPS technológia csúcsát, ám az eszközök beszerzése komoly beruházást igényel (2 millió Ft-tól 5 millió Ft-ig), és magas a korrekciós jelszolgáltatás díja is. Ráadásul a professzionális eszközök használatához speciális GPS méréstechnológia-, és számítástechnikai ismeretekre van szükség.
2. Térinformatikai GPS vevők alkalmazása korrekciós jellel
Kézi GPS vevők használatakor a legalább 1 m-es pontosság eléréséhez a megoldást az RTK vevőknél is használt differenciális helymeghatározási módszer (DGPS) adja. A DGPS módszer hátránya, hogy két GPS vevő szükséges hozzá, ezért több országban építettek ki kiegészítő rendszereket, hogy a korrekciós jel egy második vevő használata nélkül is eljuttatható legyen a felhasználó vevőjére. Ezek lehetnek műhold alapúak (SBAS) vagy pedig földi telepítésű (GBAS) kiegészítő rendszerek.
A.) Műhold alapú korrekciós jelek fogadása
Ezeknél a kiegészítő rendszereknél a korrekciós jeleket műholdak sugározzák. Hazánkban az európai területre sugárzó, egyenlítői pályán mozgó EGNOS rendszer használható ingyenesen a jelek fogadására és feldolgozására alkalmas vevővel. Az EGNOS korrekcióval vevőtől és mérési körülményektől függően akár 1 m alatti pozíció-meghatározási pontosság is elérhető. A használhatósága azonban geomorfológiai helyzethez kötött, mivel a vevőnek szabadon ki kell látnia déli irányban a kb. 30°-os szög alatt látszódó EGNOS műholdra.
Az ugyancsak műhold alapú Omnistar korrekciós szolgáltatással (VBS korrekció) szintén biztosítható a szub-méteres valósidejű pontosság. Erre azonban elő kell fizetni (egy évre kb. nettó 390 ezer forint), és megfelelő vevőkészülék is szükséges hozzá.
B.) Földi telepítésű kiegészítő rendszer használata
A Földmérési és Távérzékelési Intézet (FÖMI) 2000-től fejleszti a hazai országos földi telepítésű kiegészítő rendszert. A valós idejű méréshez szükséges korrekciós jelek interneten keresztül az ún. NTRIP technológiával jutnak el a vevőkre. A szolgáltatás igénybevételéhez a szolgáltatás előfizetésére és egy alkalmas készülékre van szükség. A korrekció az internetről egy GPRS képes mobiltelefonon keresztül (legtöbbször Bluetooth kapcsolaton) jut el a GPS vevőre. A szolgáltatás költsége mindössze 3 Ft + ÁFA/perc. Az NTRIP korrekciós technológia - szemben a műhold alapú korrekcióval- akkor is használható, ha a földrajzi helyzetünk miatt nincs lehetőség műhold alapú korrekció vételére.
Hogyan válasszunk megfelelő GPS-vevő készüléket?
A fentiek alapján egyértelmű, hogy az olcsó, navigációs célokra fejlesztett, SIRF III-as chipkészlettel szerelt GPS vevők (pl. GPS Mapper, vagy a pár tízezer forintba kerülő egyszerű PDA-k) nem alkalmasak 3-5 m-nél pontosabb pozíciómeghatározásra. Ha meg kell felelni az új AKG által támasztott követelményeknek, akkor a térinformatikai adatgyűjtésre tervezett vevők közül kell választani. Az alábbiakban néhány lehetőség bemutatásával szeretnénk megkönnyíteni a döntést.
1. Magellan MobileMapper CX: az MVH által a területalapú támogatások ellenőrzésére rendszeresített Magellan MobileMapper CE készülék utóda, amely már nettó 620 ezer Ft-tól elérhető.
A kategória
egyik legalacsonyabb
árú eszköze.
A készülék az esetek 95%-ában alkalmas 1 méter alatti pozíció meghatározásra ingyenes EGNOS korrekcióval, amennyiben az alábbi feltételek teljesülnek:
Ha ezen felül szükség van, előfizetéses NTRIP korrekcióra, a MobileMapper CX ezt a technológiát is támogatja.
2. Topcon GMS-2: a szokásos GPS műholdakon
felül a GLONASS műholdak vételére is alkalmas térinformatikai vevő, amely
átlagon felüli pontosságot biztosít az erdőkkel borított és hegyvidéki területeken.
NTRIP vagy Omnistar korrekcióval alkalmas a szubméteres valósidejű pozíció
meghatározásra.
Közepes árú készülék, nettó 900 ezer forinttól megvásárolható.
Alkalmassá
tehető az orosz műholdrendszer használatára is, beépített kamerát tartalmaz.
3. Trimble eszközök: a GeoExplorer 2008
termékcsaládból a GeoXT, illetve a GeoXH (nettó 1,2 -1,6 M Ft),
a Pathfinder
sorozatból a ProXT, ProXH, ProXRT vevők (nettó 700 ezer - 2,4 M Ft) alkalmasak a
valós idejű szubméteres ( 1 méternél pontosabb) pozíció meghatározásra.
Az eszközök árai tájékoztató jellegűek, kiegészítők és feldolgozó szoftver nélkül értendők.
A megfelelő szoftver: DigiTerra Explorer
Természetesen valamennyi fenti eszközhöz szükség van a magyar gazdálkodók igényeihez igazodó DigiTerra Explorer szoftver használatára, amely az MVH-nál már bizonyított a területalapú támogatások ellenőrzése során.
A DigiTerra
Explorer segítségével az új AKG rendeletnek megfelelő
mérési
jegyzőkönyv és területszámítási vázrajz a digitális állományokból
azonnal nyomtatható, ráadásul a háttérben közvetlenül használhatjuk a MePAR
térképet. Kényelmesen, magyar nyelvű kezelőfelületen keresztül kapjuk meg a
területmérések eredményét
EOV vetületi rendszerben.
