GNSS útikalauz Busics tanár úrral (3. rész)

A vonatkoztatási rendszerek áttekintése

A vonatkoztatási rendszer a fizikának is és a geodéziának is alapfogalma. A geodéziában használatos vonatkoztatási rendszereket alapponthálózatok valósítják meg. Míg a múltban az országos (vagy még nagyobb méretű) alapponthálózatok kiépítése évtizedekig tartott, és évtizedekig voltak használatban, addig a „GPS-korszakban” egy szabatos hálózat egynapi méréssel is kiépíthető, és a változásokat is sűrűbben lehet követni.

Mit értünk vonatkoztatási rendszer alatt, és miért használunk Európában a GPS vonatkoztatási rendszerétől eltérő rendszert? Többek között ezeket is megtudhatjátok ebből a cikkből.

Föld-középpontú, a Földhöz kötött térbeli derékszögű koordináta-rendszer. Elvi szinten ilyen az ITRS földi vonatkoztatási rendszer. (ITRS: International Terrestrial reference System).

A vonatkoztatási rendszer azon alappontokat és a hozzájuk rögzített koordináta-rendszert jelenti, amihez a többi pont helyzetét illetve helyzetének változását viszonyítjuk. A vonatkoztatási rendszer tehát több, mint egy koordináta-rendszer. Koordináta-rendszert lehet elvi szinten definiálni (ilyen a Föld-középpontú koordináta-rendszer), de ahhoz, hogy ez a valóságban is használható legyen, olyan, fizikailag létező pontokra van szükség, amelyek ezt megvalósítják. Vagyis alappontokra. A vonatkoztatási rendszernek mindig része egy alapponthálózat is; éppen ennek az alapponthálózatnak a különbözősége, vagy ugyanazon hálózat esetén eltérő időpontú mérése szerint (ha történetesen a koordináta-rendszer ugyanaz is marad), más-más „megvalósulásokról” beszélünk.

A WGS84 vonatkoztatási rendszert megvalósító keretpontok: a GPS követőállomásai

A WGS84 az amerikai GPS navigációs rendszer vonatkoztatási rendszere, amelyet az amerikai légierő illetve az amerikai katonai térképész szolgálat által üzemeltetett követőállomások koordinátái valósítanak meg. Érdekesség, hogy eddig négyszer változtatták meg (pontosították) a követőállomások koordinátáit, ezért a változtatás időpontja is hozzátartozik a pontos megnevezéshez. A 730., a 873. az 1150. és az 1674. GPS-héten történtek ezek, így például a 2012. február 8-tól érvényes legutóbbi rendszer pontos megnevezése ez: WGS84(G1674). Azt is jó tudni, hogy a népszerű Google Earth is WGS84 rendszerben jeleníti meg az ellipszoidi földrajzi koordinátákat; a kurzor mozgatásakor a képernyő alján WGS84 koordinátákat olvashatunk le.

Az ITRFyy  vonatkoztatási rendszert megvalósító keretpontok:az IGS referencia állomásai
(forrás: http://www.igs.org/network)

Az ITRS a polgári, tudományos célú, a nemzetközi szakmai közösség (az IUGG – International Union of Geodesy and Geophysics) által kezdeményezett földi vonatkoztatási rendszer elméleti szinten. A gyakorlatban ezt az IGS követőállomásai illetve azoknak egy időponthoz (epochához) tartozó koordinátái valósítanak meg. Az eddigi ilyen megvalósulások, nemzetközi kerethálózatok (realizációk) a következők: ITRF88, ITRF89, ITRF90, ITRF91, ITRF92, ITRF93, ITRF94, ITRF96, ITRF97, ITRF2000, ITRF2005, ITRF2008, ITRF2014. Az egyes ITRF kerethálózatok közötti transzformációs paraméterek ismertek, és az ITRF honlapján nyilvánosan hozzáférhetők.  http://itrf.ign.fr/trans_para.php

Jó tudni, hogy a WGS84 és ITRF legújabb megvalósításai gyakorlatilag megegyeznek, vagyis egy pont WGS84 és ITRF2008 rendszerű koordinátái cm-en belül azonosak.

Az ETRS89  vonatkoztatási rendszert megvalósító keretpontok: az EPN (EUREF Permanent GNSS Network) referenciaállomásai (forrás: http://www.epncb.oma.be/)

Az ETRS89 csak az európai földrészen használt (így globális, földi értelemben helyinek minősülő) térbeli vonatkoztatási rendszer. Az évszám arra az 1989. évi, világméretű, műholdas technikákat (így GPS-mérést is) felhasználó mérési kampányra utal, amelyből az abban résztvevő állomások (zömében obszervatóriumok) koordinátáit levezették. Azért van szükség különálló európai térbeli rendszerre, mert az eurázsiai tábla, mint nagyszerkezeti egység mozog az ITRS rendszerben; ez a mozgás ÉK-i irányú és közelítőleg 2,5 cm/év nagyságú. Jó tudni, hogy mára ez az eltolódás már eléri a 80 cm-t, vagyis például egy hazai pont ITRF és ETRS koordinátái között közel 80 cm lineáris eltérés van.

Az ETRS89 eddigi kerethálózatai, megvalósulásai a következők: ETRF89, ETRF90, ETRF91, ETRF92, ETRF93, ETRF94, ETRF96, ETRF97, ETRF2000.

Magyarországon, amikor relatív GPS-mérést végzünk, akkor az OGPSH pontjait vagy az aktív hálózat pontjait (esetleg az ezekből levezetett pontot) használjuk referenciapontként, amely pontok koordinátái ETRS89 rendszerben adottak. Fontos tudnunk, hogy az OGPSH pontjainak eredeti, 1998-ban számított illetve elfogadott koordinátái az ETRF92 rendszerben vannak, míg 2006. október 23-a óta az ETRF2000 rendszerben. A magyarországi vonatkoztatási rendszer is tehát egyszer már változott, emiatt van az EHT transzformációs programnak kétféle verziója.

Éves sebességvektorok az IGS-állomások ITRF2005 és ITRF2008 rendszerű koordinátáiból számítva.
(forrás: http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/2008/ITRF2008.php)

Miért fektetünk ekkora hangsúlyt a vonatkoztatási rendszerekre?

Azért, mert megjelent a PPP technika a gyakorlatban is, ahol az elsődleges vonatkoztatási rendszer az ITRFyy, míg Európában (így hazánkban is) az ETRS89. Újra ki kell emelnünk, hogy Magyarországon minden relatív GNSS méréshez ETRS89 rendszerben adott referenciapontot használunk fel. Akár statikus vagy kinematikus, akár hagyományos vagy hálózatos RTK módszert használunk, az elsődleges számítás ETRS89 rendszerben történik. Ha pontosan akarjuk megadni a nálunk használatos térbeli vonatkoztatási rendszer megvalósítását, akkor az ETRS89/ETRF2000, epocha 2007.4 megnevezést kell használni.

A penci PEN2 referenciaállomás ETRS89 koordinátái és pontleírásának egy részlete
(forrás: http://www.gnssnet.hu/pdf/PEN2.pdf)

Abban az esetben, ha PPP-vel határozunk meg pontokat, akkor nekünk kell gondoskodni arról, hogy ITRF-ből ETRS-be számítsuk át koordinátáinkat. Ezért gondoltuk úgy, hogy mielőtt egy gyakorlati mérés eredményeit megosztanánk veletek  kicsit körüljárjuk ezt a témát.

Következő bejegyzésünkben az utófeldolgozásos és valós idejű PPP technikával (SmartLink szolgáltatással) végzett tesztmérés eredményeiről és a mérés során tapasztaltakról fogunk beszámolni.

Tarts velünk legközelebb is!

Üdvözlettel,
a Leica Geosystems
magyarországi csapata