K152 Poznámky ke zpracování dat GNSS

Zpracování dat GNSS

Zpracování dat GNSS se skládá z několika kroků:

• příprava observačních dat a drah družic,
• výpočet souřadnic bodů v systému WGS-84 (případně v jiném mezinárodním referenčním systému -- ETRS, ITRS),
• transformace souřadnic do místního souřadnicového systému (S-JTSK).

Níže uvedený obecný popis bude doplněn podrobnějšími poznámkami pro zpracování v programu Leica Geo Office (LGO).

Příprava observačních dat

Pro výpočet souřadnic bodů jsou ve většině případů potřeba kromě dat získaných observací na určovaných bodech i data z některé referenční stanice.

• Data ze sítě CZEPOS je možno získat prostřednictvím webového rozhraní, popř. z našeho serveru.
• Data z referenční stanice TSTA ve Starém Městě (součást permanentní sítě TopNET) je možné stáhnout z našeho serveru.

Pro úspěšné načtení dat do programu LGO musí být data ve formátu RINEX (nebo jiném podporovaném formátu). Při převodu můžete narazit na následující problémy:

• Data jsou uložena v interní paměti přijímače Topcon. Stažení dat z GPS přijímačů se provádí USB kabelem pomocí programu PC-CDU, podrobný návod viz "Stahování dat z přístrojů Topcon HiPer+" na stránce 155VGP Výuka v terénu Geodetické přístroje.
• Data jsou ve formátu TPS (výstupní formát firmy Topcon). Pro konverzi do standardního formátu RINEX (který lze načíst do většiny SW pro zpracování GNSS měření) použijte program tps2rin (nápověda). Základní použití:

tps2rin -i <nazev_souboru>

Program tps2rin konvertuje TPS soubory jednotlivě. Chcete-li konvertovat dávkou, můžete využít skript tps2rin_davka.pl (skript spusťte z aktuálního adresáře, ve kterém budete mít uložena jednak tps-data určená k převodu, jednak prográmek tps2rin.exe); jeho použití však předpokládá mít nainstalován perl.

• Data jsou komprimována pomocí některého z UNIXových komprimačních programů (poznáte podle přípony .Z nebo .gz). Pro dekomprimaci můžete použít program gzip pro příkazovou řádku. Použití:

gzip.exe -d <nazev_komprimovaneho_souboru>

Úplnou dokumentaci k programu naleznete zde. Program zvládá též dekomprimaci dávkou, použití např.:

gzip.exe -d -r *.Z

Přepínač -r značí, že budou dekomprimovány též soubory (vyhovující uvedené masce) ve všech podadresářích.

• V některých případech jsou soubory RINEX komprimovány ještě pomocí Hatanaka komprese. V tom případě mají observační soubory místo standardní přípony .yyo (yy je označení roku) příponu .yyd. Dekomprimaci provedete programem crx2rnx (opět pro příkazovou řádku). Použití:

crx2rnx.exe <nazev_souboru.yyd>

Pozn.: Program LGO je schopen načíst i soubory komprimované pomocí Hatanaka komprese. Tento krok proto není nutný.

• Observační i navigační soubory RINEX mohou být ve starší verzi 2, nebo v novější verzi 3. Verzi formátu souboru RINEX obvykle zjistíte v jeho hlavičce. Ve verzi 2 máte data z konverze formátu pomocí programu tps2rin a také veškerá data pro úlohu TRG-GNSS (jde o soubory RINEX staršího data). Naopak ve verzi 3 jsou data z permanentní sítě CZEPOS počínaje rokem 2022 (např. stanice CSUM) i data z referenční stanice TSTA. U observačních souborů ve formátu UBX přijímačů u-blox, resp. ve formátu T04 přijímačů TRIMBLE je možno verzi výstupního souboru RINEX (2 či 3) nastavit v rámci konverze dat v příslušném software (např. v RTKLib). Taktéž vysílané efemeridy družic (např. z archívu IGS či CDDIS, viz dále) je možno z těchto úložišť získat podle potřeby ve verzi 2 nebo 3.

Pozn.: Program LGO umí zacházet pouze se soubory RINEX do verze 2. Soubory RINEX v novější verzi 3 je proto nutno do verze 2 převést. K tomu můžete použít např. program z GFZ Potsdam: zde 64-bit-verze, zde 32-bit-verze.

• Číslo dne v roce (DOY - Day Of Year) zjistíte v GNSS kalendáři.
• Jsou-li data rozdělena na více hodinových souborů RINEX (nebo souborů o jiné délce), je vhodné je spojit nejprve v jeden soubor. To můžete provést pomocí programu teqc (dokumentace programu). Teqc slouží pro práci se soubory RINEX a má celou řadu nastavení. Soubory RINEX spojíte tak, že za název programu uvedete seznam souborů, které chcete spojit, a výstup přesměrujete do výsledného souboru. Například:

teqc.exe STAM154A.12O STAM154B.12O STAM154C.12O > STAM1540.12O

Pozn.: Program LGO též umí zacházet s vícero kratšími (např. hodinovými) soubory RINEX jakožto s jedním celistvým souborem. Při načítání dat (Import - Raw Data) je však nutno při přiřazení načítaných dat do projektu mít v záložce Settings zaškrtnutu volbu Merge Intervals. Použití programu teqc pak není nezbytně nutné.

Dráhy družic

Pro běžné práce je pro krátké základny o délce do 100 km dostatečné používat vysílané efemeridy družic.

• archiv IGS:

Soubory s vysílanými (braodcast) efemeridami družic ve formátu RINEX jsou k dispozici např. v archivu IGS. Data jsou zde řazena v adresářích podle roku (YYYY) a dále podle čísla dne (DOY). Navigační data pro všechny systémy společně ve formátu RINEX ve verzi 3 obsahuje soubor BRDC00IGS_R_YYYYDOY0000_01D_MN.rnx.gz, kde YYYY je číslo roku, DOY je číslo dne v roce.

Pro systémy GPS a GLONASS jsou v témže úložišti k dispozici i navigační soubory ve formátu RINEX ve starší verzi 2. Jde o soubory brdcDOY0.YYn.gz (pro systém GPS), resp. soubor brdcDOY0.YYg.gz (pro systém GLONASS). Všechny soubory jsou komprimovány pomocí gz-komprese.

• archiv CDDIS:

Variantně lze soubory s vysílanými efemeridami družic ve formátu RINEX získat i z archivu CDDIS (zde je nutné založit si uživatelské konto). Data jsou v archivu řazena v adresářích podle roku (YYYY) a dále podle čísla dne (DOY). Kompletní popis viz https://cddis.nasa.gov/Data_and_Derived_Products/GNSS/broadcast_ephemeris_data.html. Např. pro 11.6.2022 (DOY = 162) jsou soubory s navigačními údaji uloženy v adresáři https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/data/hourly/2022/162/. Název souboru je hourDOY0.YYn.gz (dráhy družic GPS) a hourDOY0.YYg.gz (dráhy družic GLONASS), kde DOY je číslo dne v roce (DOY - day of year) a YY je označení roku. Data jsou komprimována pomocí gz-komprese. Tyto soubory RINEX jsou ve verzi 2.

Navigační data ve formátu RINEX ve verzi 3 (pro všechny systémy) v archivu CDDIS naleznete v adresáři https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/data/daily/, podadresář podle čísla roku (YYYY) a dále podadresář brdc. Soubor se jmenuje BRDC00IGS_R_YYYYDOY0000_01D_MN.rnx.gz, kde YYYY je číslo roku, DOY je číslo dne v roce; soubor je opět komprimován pomocí gz-komprese.

Poloha fázového centra antény

Měření GNSS přijímače (fázová, kódová pozorování) jsou vztažena k fiktivnímu bodu, tzv. fázovému centru antény. Naopak anténa je nad bod centrována referenčním bodem antény (ARP - Antenna Reference Point) a k tomuto bodu je měřena i výška antény nad bodem. Poloha fázového centra antény vzhledem k ARP se označuje jako PCO (Phase Center Offset). Situace je ještě komplikovanější, neboť poloha fázového centra zavisí na směru, ze kterého signál do antény přichazí (hovoříme o variaci fázového centra, PCV - Phase Center Variation), a dále závisí na frekvenci nosné vlny.

Pro dosažení správných výsledků je proto nutné při výpočtu polohu fázového centra vzhledem k ARP uvážit. Program LGO umožňuje načtení kalibračních souborů antén ve formátu ANTEX, ve kterém jsou uloženy poloha a hodnoty variace fázového centra. Soubory lze získat ze stránek sítě CZEPOS, kde jsou uloženy kalibrační soubory pro jednotlivé stanice. Jinou možností je použíti aktuálního ATX souboru igs14.atx používaného v rámci IGS. Pokud se import souboru nezdaří, použijte starší ATX soubor igs08.atx.

Zpracování dat GNSS v programu Leica Geo Office

V programu LGO je možné provést všechny kroky potřebné pro úspěšný výpočet souřadnic bodů v S-JTSK:

• import souborů RINEX s observačními daty,
• import souborů RINEX s vysílanými efemeridami,
• kontrola (nebo načtení) správných kalibračních souborů použitých antén,
• výpočet jednotlivých základen,
• vyrovnání vektorů (v tomto kroku se většinou provádí fixování souřadnic jednoho z vybraných bodů na předem známé hodnotě),
• transformace do S-JTSK.

Práci s programem LGO si můžete osvěžit pomocí následujícího návodu.