GPS 2.0. – Valódi innováció a műholdas helymeghatározásban (1.rész)

A műholdas helymeghatározás terén nagy ívű fejlődésnek lehettünk tanúi az elmúlt évtizedek alatt. A folyamatosan növekvő műholdszám, a zsugorodó hardverek, az egyre intelligensebb szoftverek és az elérhető árak azt eredményezték, hogy az RTK pontosságú GNSS technológia a földmérő mérnöki tevékenység kikerülhetetlen, ha nem az egyik legfontosabb kelléke lett. Talán az az idő sincs messze, mikor mindez az átlagember mindennapjainak is részévé válik hasonlóan a Google Earth alkalmazáshoz. Ilyen körülmények között mind a fejlesztők, mind a felhasználók oldalán felmerül a kérdés, hogy milyen innováció nyújtana újabb versenyelőnyt? Az egyre érzékenyebb antennák, a sokadik csatorna, a kifinomultabb algoritmusok, a hatékonyabb alkalmazások persze mind segítenek, de ha fundamentális, magával a GNSS technológia megjelenésével vetekedő, igazi „think out of the box” innovációban gondolkodunk, akkor vissza kell mennünk a „kályhához” és az RTK pontosságú műholdas helymeghatározás alapvető korlátait kell firtatnunk. Fel kell tennünk a kérdést, hogy melyek azok a hiányosságok, melyeket a fenti fejlesztések sem orvosolnak, de amelyek megoldása forradalmi áttörést hozna a műholdas helymeghatározás használatában. Vegyük ezeket sorra:

• Talán a legnyilvánvalóbb korlát, hogy nem használható az égboltra való megfelelő kilátás biztosítása nélkül. Nem, vagy csak korlátozottan tudjuk használni magas épületek által övezett városi terepen, erdei környezetben, fejlett domborzati körülmények között (pl. mély kanyonokban, nyílt bányák mélyén), épületeken belül, vagy a föld alatt.
• Az előbbi pontban felsorolt körülmények között nem csupán a műholdak láthatósága a kérdés, hanem a többutas terjedés problémája is.
• A túlságosan sok alrendszer szükségessége: mint ismeretes a GNSS RTK pontos helymeghatározáshoz szükséges a műholdakból álló alrendszer, a földi korrekciós jeleket biztosító hálózati alrendszer (de legalább egy saját bázis állomás), valamint egy mobil kommunikációs szolgáltató is. A felsorolt alrendszerek egyrészt függetlenek egymástól és egyenként függetlenek a felhasználótól is, aki így négy szereplőnek van kiszolgáltatva, ha a felhasználói szegmens szállítóit is bevesszük a körbe.

Mindezek alapján a műholdas helymeghatározás újabb valódi innovációjának biztosítania kell, hogy:

• A felhasználó akár épületen belül, vagy a föld alatt is cm pontos koordinátákhoz jusson
• A sűrűn beépített városi, pláne épületen belüli környezetre jellemző, magas több utas terjedési környezetben is működőképes maradjon az eszköze
• Az alrendszerek száma a minimálisra csökkenjen és a felhasználó kezébe kerüljön. Az ügyfél tehát ne csupán a rover oldallal rendelkezzen, hanem kvázi a műholdas és a földi referencia hálózati oldalt is birtokolja és menedzselje.

Futurisztikusnak és elérhetetlennek hangzik? Olyannyira nem az, hogy a megoldás már létezik, sőt a mérnöki gyakorlatban már egy ideje használatos is. Ahogy arról korábbi bejegyzéseinkben már írtunk, maga a Leica Geosystems is kínál olyan alkalmazásokat (SmartLink, SmartLink Fill), melyek kiválthatják mind az RTK hálózati, mind a mobilhálózati szolgáltatókat, ám ezzel még nem pipáltuk ki teljes körűen a fenti igényeket. Ahhoz a Locata Corporation (www.locata.com) forradalmi fejlesztésére van szükség, melyet a jelen posztban röviden összefoglalunk, majd a következő bejegyzésekben bővebben is bemutatunk. Maga a Locata technológia a szélesebb értelemben vett rádió-frekvenciás (RF) helymeghatározási, azon belül is az ún. megérkezési idő (Time of Arrival: TOA) módszeren alapul. Ez a módszer önmagában korábban is ismert volt, de alapvetően pontatlannak bizonyult, illetve a nagyobb pontosságért cserébe komoly árat kellett fizetni a megfelelő időszinkronizáció biztosításához. A rádiófrekvenciás (RF) helymeghatározó módszerek egyik legfontosabb követelménye a megfelelő időszinkronizáció. A pontos távolságméréshez (ami a rádió-frekvenciás helymeghatározás alapja) ugyanis pontos időmérésre, az adók óráinak pontos szinkronizálására van szükség. A problémát eddig csak rendkívül drága atomórák és/vagy komplex hardverek segítségével lehetett megoldani. A Locata technológia nagyszerűsége és egyben előnye éppen abban rejlik, hogy egy levédett megoldás, az. ún. TimeLoc technológia eredményeként az időszinkronizáció az átlagos GNSS vevő méretének megfelelő eszközzel (pontosabban az ilyen eszközökből telepített hálózattal) megoldható (1. kép):

LocataLite G4 adó-vevő és a Locata RV8 rover

A LocataLite adó-vevőkből telepített hálózat egy a GNSS-től független, ám annak földi telepítésű megfelelőjeként szolgáló helymeghatározó rendszer. Működhet önálló megoldásként, vagy együttműködve a GNSS-sel, annak mintegy földi kiterjesztéseként. A TimeLoc-nak köszönhetően egyszerűsödő hardver architektúra eredményeként a hálózat elemei egyszerre váltják ki a műholdakat, az RTK referencia vevőket, valamint a mobilkommunikációs szolgáltatót. Az alkalmazott jelek tulajdonságainak köszönhetően ugyanakkor használhatjuk mind kültéri, mind beltéri helymeghatározáshoz is. A hálózat mérete a felhasználó által szabadon skálázható. Az lehet regionális (nagyobb térséget átfogó), vagy egy kisebb városrészt lefedő, esetleg egyetlen épületet, építési helyszínt közrefogó terület. Röviden fogalmazva olyan helymeghatározó rendszerről van szó, ahol az űrszegmens, a földi RTK hálózat, a mobilszolgáltató is a felhasználó kezébe kerül, aki az éppen aktuális munkájának megfelelően skálázhatja a lefedettséget (nyilván ez a hálózati hardverek számának függvénye) és ha szükséges fedett helyszíneken is mérni képes cm pontossággal.

Fontos kiemelni, hogy a rendszer nem jelenti, nem is jelentheti a GNSS helyettesítését, hanem annak kiterjesztéseként működhet, ahogy az meg is született a világ első GNSS+Locata vevője esetén (2. kép). Ez a kettős funkcionalitás zökkenőmentes átmenetet biztosít a két helymeghatározási mód között – a felhasználó ki tudja használni mind a Locata jeleket, mind a GNSS jeleket, vagy a kettőt egyszerre. Ezzel a megoldással a „hagyományos” GNSS méréseket ki tudjuk terjeszteni azokra az területekre, ahol azok korábban elképzelhetetlenek voltak. Ezért is hívja a Locata ezt a megoldást „GPS 2.0”-nak. A világ első GNSS+Locata megoldása a Leica Geosystems fejlesztése, ami JPS (Jigsaw Positioning System) néven került forgalomba tipikusan bányászati alkalmazásként (egy későbbi bejegyzésben erről is bővebben írunk majd).

A világ első integrált GNSS + Locata vevője: Leica JPS
(http://hexagonmining.com/products/all-products/jps)

Kövess minket, hamarosan folytatjuk!

Felhasznált irodalom:
Locata Technology Brief v8.0. (Public – July 2014)
Press release, Leica Geosystems Mining, Brisbane Australia, 16 September, 2011

Üdvözlettel,
a Leica Geosystems
magyarországi csapata