Објашњење ГНСС координатних система
Преглед садржаја
Када би требало да вас занимају координатни системи, а када не?
Можете урадити НЕ потребно је размишљати о координатним системима ако је задатак само о релативне координате као:
- Робот се креће користећи релативне координате, као што је померање 5 метара источно
- Трактор мора да вози кроз поље и да има центиметарску тачност од пролаза до пролаза
- Дрон само треба да се „врати на тачку полетања“.
- Поређење тачака које је забележио исти пријемник, без повезивања са мапама (провера да ли се трактор вратио на исто место на пољу).
ти ПОТРЕБНО да се брине о координатним системима ако задатак укључује упоређивање ГНСС мерења са мапама трећих страна, ГИС-ом или званичном документацијом:
- Геодезија, катастар, снимање земљишта, као што мерите границе земљишта и желите да их упоредите са катастарском картом.
- Комбиновање ГНСС података са мапама које су припремили добављачи трећих страна или са мерењима која је ваш факултет извршио помоћу другог комплета.
- Дељење података о позиционирању са трећим странама (као што су катастарске власти или извођачи радова), на пример када извођачу радова дате координате планиране локације копања који ће користити сопствену RTK опрему да лоцира тачну тачку на терену на основу ваше мапе
Ако је ово ваш случај, наставите са читањем — Координатни системи су вам сада важни.
Објашњење координатних система
Један од најчешћих разлога за погрешни подаци на терену су неусклађени координатни системи — између ваших rover, база, или NTRIP сервис.
Да бисте избегли скупе грешке, важно је разумети како координатни системи функционишу и како сваки део вашег ГНСС подешавања доприноси коначној позицији.
Датумс
Када нешто мерите, увек вам је потребна почетна тачка, или „нула“. Ако две особе не користе исту почетну тачку, њихова мерења се не могу упоредити. Исто важи и за положаје на Земљи.
Пошто Земља није савршена сфера, геодезија користи елипсоид као једноставан модел Земље. датум дефинише овај елипсоид, његов положај у односу на центар Земље и како се мере географска ширина, дужина и висина.
- Глобални подаци покривају целу планету и користе их GPS/GNSS системи. Ажурирају се током времена како се мерења побољшавају. Али глобални подаци су везани за центар Земље, тако да се координате полако мењају како се тектонске плоче померају (око 10 цм годишње). Тачка коју данас мерите неће имати потпуно исте координате за 10 година.
Примери: ВГСКСНУМКС, ИТРФ. - Локални подаци фиксирају координате на једну тектонску плочу, регион или земљу. Све на тој плочи се креће заједно, тако да координате остају стабилне током времена.
Примери: GDA94 (Аустралија), NAD83 (Северна Америка), ETRS89 (Европа).
Датуми такође могу бити:
- Статички: координате се не мењају са временомАко постоји мала или никаква тектонска активност и померања Земље из године у годину су занемарљива.
Примери: ETRS89 се користи у Европи.
- Динамичко: координате се стално ажурирају како се Земља крећеГлобални подаци су обично динамични и ажурирају се више пута годишње јер се континенти померају један у односу на други.
Примери: WGS84, ITRF, IGS.
- Полудинамички: ажурирање координата након деформација, као што су земљотреси, или сваких неколико година. Локални регионални/национални подаци у земљама где постоји тектонска активност су обично полудинамички.
Примери: NAD83(2011) се користи у САД, GDA2020 у Аустралији.
Епохе
За динамичке и полудинамичке податке, такође потребно је знати датум/време када је положај измерен, јер положај зависи од времена као и X, Y, Z.
На пример, право име најновијег хоризонталног датума који се користи у Сједињеним Државама је NAD83 (2011) Епоха 2010.00 или N83. н. е. (2011) Епоха 2025.00
Када комбинујете датум („где“) и епоху („када“), добијате оно што геодезија назива референтни оквирАко упоређујете своја мерења са постојећом мапом или скупом података, увек се уверите да користе исти референтни оквир (датум и епоха) — у супротном, позиције се можда неће правилно подударати.
projekcije
Пројекција је математичка метода за цртање закривљене Земље на равној мапи (2Д). Ово је потребно јер географска ширина/дужина нису погодне за удаљености, углове или CAD раде.
Док географски координатни систем прикупља информације о елипсоиду, геоиду и датуму, указујући где се нешто налази у 3Д простору, Пројектовани координатни систем садржи информације о координатном систему плус више детаља попут математичког модела пројекције.
Примери картографских пројекција:
- UTM (Универзални трансверзални Меркатор) је најчешћа пројекција за ГНСС, мапирање и геодетска снимања. На пример, UTM зона 32N се користи у централној Европи.
- Веб Меркатор је пројекција коју користе Google Maps, OpenStreetMap и други онлајн сервиси за мапе.
Трансформације података
Иста локација на Земљи може имати различите координате у зависности од коришћеног датума:
- Самостални GNSS пријемници (без RTK корекција) пружају позицију у глобалном WGS84/ITRF датуму.
- RTK пријемници пружају позицију у датуму на којој се базна станица / NTRIP Корекциона служба је калибрисана.
Ако датум који користи ваш ГНСС пријемник и датум за који желите да видите позиције нису исти, потребна вам је трансформација датума. Замислите то као конвертовање валута: 100 евра није исто што и 100 долара, али уз прави курс можете их упоредити. Трансформација датума је само математика која помера, ротира или скалира координате у различитим датумима тако да одражавају исту физичку тачку.
Четири примера у наставку покривају најчешће сценарије из стварног света где трансформације података долазе до изражаја. Сваки пример истиче шта се дешава, који проблем се јавља и како га решити.
Типични случајеви употребе:
Рад са мапама и ГНСС подацима који користе различите датуме
Замислите да се припремате за теренски рад и учитавате мапу или позадински слој (на пример, из Google Earth-а, OpenStreetMap-а или ортофото снимка дрона) у апликацију као што је SW Maps. Ови извори скоро увек користе глобални датум WGS84, јер је то стандард за већину веб глобалних мапа.
У међувремену, ваш RTK пријемник је повезан са локалном NTRIP корекциона служба као што је SAPOS, који пружа RTK корекције у ETRS89 — званичној геодетској референци за Немачку и већи део Европе.
Иако су WGS84 и ETRS89 веома слични, њихова референтна порекла се разликују за око 1-2 метра у Европи. Дакле, када преклопите своју WGS84 мапу са RTK мерењима заснованим на ETRS89, ваше тачке могу изгледати благо померене — на пример, границе имања или ивице поља се неће савршено поклапати.
Да бисте ово поправили, морате применити трансформацију података из ETRS89 → WGS84 (или обрнуто, у зависности од подешавања вашег пројекта) унутар ваше апликације или ГИС софтвера. Након примене трансформације, ваше измерене RTK тачке и позадинска мапа ће се правилно поравнати.
Зашто Google мапе могу да приказују мала померања:
Гугл мапе су посебан случај вредан помена. Поравнате су са ITRF-ом (врло близу WGS84), али саме слике нису савршено повезане са тим референтним оквиром.
Свака сателитска слика Google мапа се обрађује и орторектификује засебно, што уноси мала резидуална померања на сликама. Због тога, визуелни слој може бити померен за око 10–20 цм, понекад и више, у зависности од подручја.
Дакле, чак и ако правилно трансформишете између ETRS89 и WGS84, и даље можете видети мало неслагање између RTK прецизних тачака и позадинске слике Google мапа.
Коришћење локалних RTK корекционих услуга
Када користите RTK пријемник повезан са националном корекционом мрежом као што је SAPOS, корекције се преносе у локалном референтном систему — у случају Немачке, ETRS89. Ово је званични хоризонтални датум који се користи широм Европе за картографију, геодетска снимања и GNSS примене.
Међутим, ETRS89 није само датум — он такође укључује епоху, која дефинише тренутак у времену на који се координате односе. Пошто се Европа благо помера у односу на центар Земље (око 2.5 цм годишње), координате у ETRS89 су фиксиране за одређену временску референцу: ETRS89 у епохи 1989.0 (време када је положај европске плоче био „замрзнут“ у односу на глобални WGS84/ITRF систем).
SAPOS емитује корекције у реализацији ETRS89 у епохи 1989.0, тако да: Ваше RTK позиције су стабилне и конзистентне са националним мапама, иако се тектонска плоча померила од тада.
Не морате да примењујете никакву епохалну трансформацију када упоређујете своје SAPOSкоординате засноване на званичним немачким катастарским или топографским подацима — све су дефинисане у истом референтном оквиру.
Ово је једна од главних предности коришћења локалног NTRIP услуга: она „преводи“ глобалне сателитске податке у локални координатни систем ваше земље у реалном времену.
Коришћење глобалне корекционе услуге (Galileo HAS, ПоинтПерфект, Скајларк)
Замислите да пројектујете путни пројекат у AutoCAD-у, користећи званични координатни систем ваше земље — на пример, ETRS89 / UTM зона 33N у Аустрији.
Касније, ваш теренски тим иде да истакне дизајн користећи ГНСС пријемник повезан са Galileo HAS сервис, који пружа корекције директно са сателита. За изградњу путева, тачност од 20–40 цм је довољна, тако да коришћење HAS-а има смисла.
Међутим, Galileo HAS емитује корекције у глобалном датуму WGS84 (Светски геодетски систем 1984). Иако су WGS84 и ETRS89 прилично слични, њихове референтне тачке се разликују за око 1-2 метра у Европи или чак неколико метара другде.
Зато је важно да трансформишете податке о геодетским подацима, цртежима и мапама, пре него што их пошаљете ГНСС пријемнику, како бисте осигурали да се ваши подаци са снимања, цртежи и мапе савршено поклапају унутар истог референтног оквира.
Коришћење сервиса за корекцију који шаље RTCM 1021–1027 поруке
У неким земљама, националне службе за корекцију (као што су APOS у Аустрији, SatRef у Хонг Конгу) емитују не само стандардне RTK податке о корекцији већ и посебне RTCM 1021–1027 поруке о трансформацији.
Ове додатне поруке садрже параметре трансформације локалних координата — математичке померања која претварају глобални референтни оквир у тачан регионални координатни систем.
Ова „локална трансформација“ подешава GNSS позиције израчунате у глобалном оквиру (као што је ITRF у случају APOS) да би се подударио са званичним националним координатним системом који се користи за мапирање и геодетска снимања. Примењује мале транслације, ротације и корекције размере тако да се ваше координате савршено поклапају са локалним контролним тачкама геодетског снимања.
Важно је напоменути да ово није исто што и коришћење регионалног податка као што је ETRS89. ETRS89 дефинише стабилан референтни оквир за целу Европу, али свака земља може имати своју локалну верзију (на пример, ETRS89(AT) у Аустрији или ETRS89(PL) у Пољској). RTCM 1021–1027 поруке пружају додатни корак потребан за фино подешавање координата из тог регионалног оквира на тачну локалну мрежу ваше земље.
Када ваш RTK пријемник и теренски софтвер подржавају ове поруке, они могу аутоматски да емитују координате у исправној локалној мрежи — без потребе да ручно уносите било какве параметре датума или пројекције.
Висине: елипсоид у односу на ниво мора у односу на ортометријске
Још један уобичајени изазов у GNSS позиционирању је разумевање да нису све „висине“ исте. GNSS пријемници природно емитују елипсоидне висине, који се односе на WGS84 елипсоид, а не на ниво мора. Међутим, многе геодетске примене се ослањају на ортометријске висине, који се заснивају на средњем нивоу мора. Ово неслагање ствара кључни изазов: да бисте доследно упоређивали или користили податке о надморској висини, морате конвертовати између референтних система користећи модел геоида.
За детаљније објашњење елипсоидних, ортометријских и геоидниних висина, погледајте Разлика између елипсоидне, ортометријске и геоидне висине.
Ако тражите одговарајући модел геоида за вашу земљу, прикупили смо податке о геоиду за различите земље за вас: Геоидни модел за вашу земљу за мерење ортометријске висине.
РТК Ассистант
Пронађите најбоље производе за вашу примену у само неколико питања.
