TESTOWANIE SERWISÓW I INFRASTRUKTURY TELEINFORMATYCZNEJ AKTYWNEJ SIECI GEODEZYJNEJ ASG-EUPOS

Transkrypt

1 dr hab. inż. Cezary SPECHT, prof. PG (WILiŚ PG) prof. dr hab. inż. Stanisław OSZCZAK (UWM) doc. dr inż. Krzysztof NOWICKI (WETI PG) TESTOWANIE SERWISÓW I INFRASTRUKTURY TELEINFORMATYCZNEJ AKTYWNEJ SIECI GEODEZYJNEJ ASG-EUPOS Streszczenie Początek XXI w geodezji i nawigacji to rozwój narodowych aktywnych sieci geodezynych, których zadaniem jest zapewnienie, w dowolnej lokalizacji na obszarach krajów, możliwości wyznaczania położenia z dokładnościami na poziomie 2-3 cm. Wzorem paostw Europy zachodniej Polska przystąpiła do rozwoju własnej aktywnej sieci geodezyjnej. Projekt ASG-EUPOS, obejmujący uruchomienie 98 stacji referencyjnych globalnych systemów pozycyjnych GPS i Glonas - GNSS (ang. Global Navigation Sateliite Systems) został zrealizowany w latach: , stanowiąc niewątpliwie największe przedsięwzięcie inwestycyjne polskiej geodezji ostatnich kilkudziesięciu lat. Na przełomie maja i czerwca 2008 roku Główny Urząd Geodezji i Kartografii wyłonił konsorcjum naukowej, ktrórego zadaniem było przeprowadzenie kompleksowych testów serwisów pozycyjnych sieci oraz jej infrastruktury teleinformatycznej. W ciągu 25 dni zepół (liczący blisko 60 osób) Politechniki Gdaoskiej, Akademii Marynarki Wojennej oraz Uniwersytetu Warmiosko-Mazurskiego zrealizował, na obszarze całego kraju rozległe badania geodezyjne i informatyczne. Niniejszy artykuł stanowi, znacząco uogólniony, raport z przeprowadzonych analiz formułując uogólnione wnioski w zakresie usług pozycyjnych jak i jakości teleinformatycznej sieci. Szczegółowe wyniki badao opisano w pozycjach [9, 10, 14+. Nadmienid należy, iż liderem projektu był Zakład Geodezji WILiŚ Politechniki Gdaoskiej. Wstęp Dostępne na początku XXI wieku techniki pomiarów jednostacyjnych GPS oraz rozwój metod RTK/GPS (ang. Real Time Kinematic pomiary kinematyczne czasu rzeczywistego), pozwoliły na uzyskiwanie dokładności rzędu pojedynczych centymetrów dla częstotliwości wyznaczeo 1 5 Hz, przy konieczności dodatkowej redukcji pomiaru wysokości do wartości ortometrycznych. Znacząca zmiana jakościowa pojawiła się wraz z wprowadzeniem emisji GPS/GPRS (GPRS ang. General Packet Radio Service Serwis Pakietowej Transmisji Danych) w zakresie obsługi teletransmisyjnej aktywnych sieci geodezyjnych. W 2004 roku Radiotechniczna Komisja ds. Służb Morskich RTCM (ang. Radio Technical Commision for Maritime Services) wprowadziła protokół NTRIP (ang. Networked Transport of RTCM via Internet Protocol Protokół Transmisji Danych RTCM przez Internet) [13+, który przesądził o losie emisji radiowych zakresu VHF powszechnie stosowanych dotychczas w ramach systemów RTK, a także innych rozwiązao z wykorzystaniem bezprzewodowych linii radiowych w relacji: stacja bazowa rover; ich niewielki, kilkukilometrowy zasięg uniemożliwiał realizację sieciowych rozwiązao GNSS i przesyłania poprawek powierzchniowych z wykorzystaniem różnych metod (VRS, Max, FKP). Standaryzację w zakresie formatu emisji uzupełniono regulacją RTCM wersji 3.0 [12], opublikowaną również w 2004 roku, definiującym w ten sposób nowe depesze dla aplikacji sieciowych. W ten sposób droga do realizacji technicznej wielofunkcyjnych narodowych sieci geodezyjnej została otwarta. 2. Rozwój sieciowych technik pomiarowych GPS Permanentne obserwacje GNSS realizowane przez wielkoobszarowe satelitarne sieci geodezyjne uległy w ostatnich kilku latach przekształceniu w złożone systemy teleinformatyczne, oferujące, poza postprocessingowymi serwisami różnicowymi GPS, również korekty przesyłane w czasie rzeczywistym. Pierwszym etapem ich rozwoju były pasywne systemy narodowe tworzone na początku lat 90. XX wieku, również w naszym kraju *1+. Ewoluowały one od pojedynczych stacji referencyjnych zlokalizowanych w uczelniach wyższych do systemów narodowych. Cechowała je autonomicznośd stacji, brak standaryzacji 1

2 w zakresie wykorzystania jednolitego protokołu wymiany danych oraz lokalny charakter wykorzystania. W miarę upływu czasu systemy pasywne pozyskiwały kolejno funkcje różnicowe (GPS) czasu rzeczywistego, stając się strukturami aktywnymi, tj. umożliwiającymi świadczenie usług DGNSS (ang. Differential GNSS Różnicowy Globalny Nawigacyjny System Satelitarny) w czasie rzeczywistym, zapewniając tym samym realizacjom geodezyjnym nowy jakościowo wymiar obsługi inwestycji. Znaczne rozszerzenie strefy działania, wzorem morskich systemów DGPS (ang. Differential GPS Różnicowy Globalny System Pozycyjny) *7+, związane było z pojawieniem się nowych typów depesz RTCM, poczynając od wersji 2.0 aż do aktualnej wersji 3.0 *13+, a także rozwojem modelowania matematycznego poprawek powierzchniowych GPS [11]. Pierwsza koncepcja utworzenia sieci permanentnych stacji GNSS w Polsce została opracowana w 1995 roku *2+ z inicjatywy Komisji Geodezji Satelitarnej Komitetu Badao Kosmicznych i Satelitarnych PAN oraz Sekcji Sieci Geodezyjnych Komitetu Geodezji PAN. Po przeanalizowaniu różnych aspektów sieci stacji permanentnych przyjęto założenie, że powinna ona byd siecią wielofunkcyjną, dostosowaną nie tylko do potrzeb geodezyjnych. W wyniku działao różnych ośrodków powstawały kolejno lokalne rozwiązania. W pierwszym etapie uruchomiono stacje na obszarze wybranych aglomeracji (Warszawa, Łódź, Gdaosk) oraz na obszarach intensywnej działalności wydobywczej (Górny Śląsk, Lubiosko-Głogowski Okręg Miedziowy). W dalszej kolejności utworzono sześciopunktową sied na obszarze Śląska *3+, powstała również trzypunktowa sied na obszarze Trójmiasta *5+. Dominującym trendem światowym początku XXI wieku stało się uruchamianie, przez organy do spraw geodezji poszczególnych paostw, aktywnych sieci narodowych (np. CORS, SAPOS, SWEPOS, OS-AGN i in. rys. 1) z przeznaczeniem oferowania przez nie dla użytkowników odpłatnych lub nieodpłatnych usług (serwisów), w tym również czasu rzeczywistego [6, 11+. Nowoczesnośd rozwiązania sieciowego, w porównaniu do klasycznego wyznaczania współrzędnych z wykorzystaniem pojedynczej stacji referencyjnej oraz odbiornika ruchomego w metodzie RTK, polega m.in. na implementacji poprawki wykorzystującej wirtualną stację referencyjną VRS (ang. Virtual Reference Network). Umożliwia ona wypracowanie poprawki pseudoodległościowej dedykowanej dla współrzędnych odbiornika *11+, dzięki czemu ulega znaczącemu pomniejszeniu w porównaniu do stosowanego dotychczas rozwiązania jednostacyjnego RTK *8+ wpływ dekorelacji przestrzennej PRC (ang. PseudoRange Correction Poprawka Psudoodległościowa) spowodowanej odległością pomiędzy stacją referencyjną a odbiornikiem pomiarowym (1 2 ppm). a/ b/ 2

3 c/ Rys. 1. Architektura wybranych aktywnych sieci geodezyjnych: a/ SWEPOS Szwecja; b/ OS-AGN Wielka Brytania; c/ CORS USA W 2007 roku Główny Urząd Geodezji i Kartografii podjął się poważnego wyzwania realizacji Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-EUPOS, będącej narodową siecią permanentnych stacji GNSS oferującą serwisy dla geodezji i nawigacji *4+. Przeprowadzoną na obszarze kraju inwestycję zrealizowano do kwietnia 2008 roku, a zakooczyły ją pomyślnie testy serwisów i infrastruktury teleinformatycznej *14]. 3. Sied ASG-EUPOS W latach 90. XX wieku paostwa Europy Środkowej i Wschodniej zaczęły budowad stacje DGNSS. Nie były one jednak w pełni kompatybilne ze stacjami w Europie Zachodniej. Historyczna szansa uzyskania wsparcia politycznego i finansowego została wykorzystana 5 i 6 marca 2002 r. w Berlinie podczas warsztatów, na których zdecydowano o rozwoju Europejskiej Sieci Wielofunkcyjnych Stacji Referencyjnych EUPOS (ang. European Position Determination System Europejski System Wyznaczenia Pozycji) w kierunku wschodnim. Polska częśd systemu określana terminem ASG-EUPOS składa się z 98 równomiernie rozmieszczonych na obszarze kraju stacji referencyjnych (rys. 2). Oprócz uruchomionych nowych stacji, do systemu zostały włączone również istniejące stacje referencyjne, zarządzane przez uczelnie wyższe, jednostki naukowo-badawcze, administrację paostwową oraz firmy prywatne. Aktualnie architektura pomiarowa ASG-EUPOS składa się z następujących grup stacji referencyjnych: 84 stacji z modułem GPS; 14 stacji z modułem GPS/GLONASS. Dodatkowo system współpracuje z blisko 30 stacjami zagranicznymi. 3

4 Rys. 2. Rozmieszczenie stacji referencyjnych systemu ASG-EUPOS Drugi segment systemu ASG-EUPOS to Krajowe Centra Zarządzające (KCZ), zamiennie określane mianem Centrów Obliczeniowych. Główne centrum zarządzające znajduje się w Warszawie, natomiast zapasowe w Katowicach. Do ich zadao należy kontrola i zarządzanie siecią stacji, generowanie poprawek do wykonanych obserwacji i udostępnianie obserwacji satelitarnych. Wszelkie zakłócenia są sygnalizowane i analizowane, a w razie potrzeby podejmowane są środki zaradcze. Oba Centra Obliczeniowe są względem siebie w zakresie świadczonych usług całkowicie redundantne. Poza zapewnieniem usług pozycjonowania Centrum Obliczeniowe pełni funkcję konserwacji układu odniesienia *4+. Cotygodniowa kontrola układu pozwala na bieżący nadzór nad stałością punktów definiujących ten układ. Przewidziana maksymalna liczba użytkowników jednocześnie obsługiwanych przez Centra Obliczeniowe wynosi Użytkownicy korzystający z serwisów w czasie rzeczywistym do odbierania poprawek wykorzystują głównie Internet i GSM. Informacje korekcyjne przesyłane są do użytkowników przez Internet poprzez specjalnie opracowany protokół NTRIP. W GSM stosuje się pakietowe przesyłanie danych GPRS. Dziś w pracach polowych, z dala od miast, może pojawid się problem braku zasięgu jednego, kilku, a w niektórych sytuacjach nawet wszystkich spośród operatorów sieci telefonii komórkowej. Dlatego użytkownicy, chcąc korzystad z poprawek systemu, powinni zaopatrzyd się w karty SIM kilku operatorów. 4. Testy serwisów W ramach realizowanego zlecenia Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii wykonano kompleksowe pomiary testowe wszystkich serwisów czasu rzeczywistego i postprocessingu, które są dostępne w powierzchniowym systemie stacji referencyjnych ASG-EUPOS, wraz z analizą otrzymanych wyników. Wykonano także dodatkowe testy kompatybilności poprawek z odbiornikami dodatkowych dwóch producentów. Pomiary testowe wykonano w 9 obszarach wskazanych przez Zamawiającego. Obszary testowe ponumerowano zgodnie z poniższym rysunkiem. Rys. 3. Obszary testowe wraz z numeracją roboczą obszarów przyjętą w projekcie W każdym z obszarów testowych pomierzono co najmniej 5 punktów, w tym m. in. 1 punkt EUVN (ang. European Unified Vertical Network Ujednolicona Europejska Sied Wysokościowa), min. 4

5 2 punkty POLREF (ang. Polish Reference Frame Polski Układ Odniesienia) oraz 1 punkt podstawowej osnowy wysokościowej I lub II klasy. W obszarze nr 5, ze względu na zniszczone punkty typu EUVN (BRAN oraz JARA), punkt EUVN zastąpiono punktem sieci POLREF. W obszarach testowych 1, 2 oraz 3 pomierzono 6 punktów, w pozostałych obszarach po 5 punktów. W sumie pomiary przeprowadzono na 48 punktach na terenie kraju. Biorąc pod uwagę pomiary w obszarze 5, odbiornikami trzech różnych producentów, łącznie wykonano 58 niezależnych kompleksowych pomiarów testowych. Jednym z elementów kampanii pomiarowej, realizowanej przez Politechnikę Gdaoską, Uniwersytet Warmiosko-Mazurski w Olsztynie i Akademię Marynarki Wojennej w Gdyni była ocena dokładności serwisu NAVGEO we wszystkich 58 niezależnych sesjach pomiarowych. Wykonano pomiary RTK z wykorzystaniem wszystkich rodzajów poprawek dostępnych w systemach: RTCM 2.3 z pojedynczej stacji, RTCM 3.1 z pojedynczej stacji, RTCM 3.1 (poprawka powierzchniowa) (Net, Max), RTCM FKP (poprawka powierzchniowa), RTCM VRS (poprawka powierzchniowa), RTCM VRS (poprawka powierzchniowa). Do pomiarów wykorzystano dwuczęstotliwościowe odbiorniki RTK posiadające opcje odbioru wszystkich dostępnych w serwisie poprawek. Pomiary RTK odbywały się z rejestracją surowych obserwacji, które następnie zostały przekonwertowane do formatu RINEX (ang. Receiver Independent Exchange Format Niezależny Format Wymiany Danych Odbiorników). Pomiary rejestrowano w układzie WGS-84. W analizach wykorzystano także układ 2000 oraz układ wysokości normalnych. Wysokości normalne uzyskano poprzez przeliczenie wysokości elipsoidalnych przy wykorzystaniu oprogramowania GEONET 2006, z zastosowaniem modelu geoidy 2002 w odniesieniu do układu paostwowego. Rys. 4. Lokalizacja punktów pomiarowych oraz rodzaj osnowy (rys. lewy) wraz z zespołami realizującymi badania (rys. prawy) Do pomiarów w czasie rzeczywistym w trybie RTK wykorzystano transmisję poprawek przez GPRS za pomocą protokołu NTRIP. Dla większości punktów wykorzystano połączenie GPRS korzystając z sieci operatorów Plus GSM oraz Era GSM, w kilku przypadkach wykorzystano też sied Orange. Na każdym punkcie wykonano po 5 serii pomiarowych dla każdej poprawki dostępnej w serwisie. Przed każdą serią odbiornik został rozłączony z systemem ASG-EUPOS oraz wyłączony a następnie ponownie włączony i podłączony przez GPRS do systemu ASG-EUPOS. W ramach każdej serii, po pomyślnej inicjalizacji odbiornika i przejściu do trybu precyzyjnego RTK ( fixed ), wykonano minimum 10 pomiarów danego punktu, a każdy pomiar trwał minimum 5 sekund. Na każdym z punktów wykonano testy RTK 6 serwisów, dla każdego z serwisów wykonano 5 sesji po 10 punktów pomiarowych każda. Łącznie na punktach testowych wykonano niezależnych 5-sekundowych pomiarów RTK. 5

6 Rys. 5. Przykłady realizacji pomiarów terenowych Podczas realizacji zlecenia, wykonano szereg pomiarów i analiz zgodnie ze specyfikacją Zamawiającego. Łącznie przeprowadzono 58 kompleksowych pomiarów testowych na 48 punktach osnowy geodezyjnej (POLREF, EUVN i punkty wysokościowe I i II klasy), rozlokowanych na terenie całego kraju zgodnie z wymaganiami Zamawiającego. Testowano zarówno serwisy pomiarów statycznych serwis POZGEO i POZGEO-D, jak również serwisy czasu rzeczywistego RTK i DGPS (wszystkie dostępne formaty poprawek). Pomiary statyczne do obliczeo przygotowano łącznie 348 plików obserwacyjnych z obserwacji statycznych. Do analiz serwisu POZGEO wykorzystano 232 raporty obliczone przez Zamawiającego. Do analiz i porównao serwisu POZGEO-D, przy wykorzystaniu oprogramowania dwóch różnych producentów uwzględniając różne możliwe kombinacje obliczeo otrzymano 3712 niezależnych rozwiązao. Pomiary RTK na każdym z punktów wykonano testy RTK 6 serwisów, dla każdego z serwisów wykonano 5 sesji po 10 punktów pomiarowych każda. Łącznie na punktach testowych wykonano niezależnych 5-sekundowych pomiarów RTK. Na poniższym rysunku przykładowo zestawiono różnice współrzędnych katalogowych oraz otrzymanych z rozwiązania RTK w serwisie RTCM 3.1 przy wykorzystaniu poprawki sieciowej, dla wybranych 39 punktów pomiarowych, w których nie wystąpiły problemy z transmisją telemetryczną GPRS. Rys. 6. Różnice współrzędnych katalogowych oraz z rozwiązania RTK w serwisie RTCM 3.1 VRS *15+ w funkcji numeru punktu pomiarowego Pomiary DGPS na każdym z punktów wykonano testy DGPS 2 serwisów, dla każdego z serwisów wykonano 5 sesji po 10 punktów pomiarowych każda. Łącznie na punktach testowych wykonano niezależnych 5-sekundowych pomiarów DGPS. W wyniku analiz obserwacji statycznych otrzymano bardzo dobre rezultaty przy wykorzystaniu oprogramowania komercyjnego. Nie zaobserwowano większych różnic pomiędzy wynikami otrzymanymi z oprogramowania AOSS oraz Topcon Tools. Średnie błędy pozycji poziomej wynoszą 1-2 cm, a dla pozycji pionowej nie przekraczają 4 cm. Na dwóch punktach przy obliczeniach programem Topcon Tools dokładności współrzędnej pionowej są wyraźnie gorsze i wyniosły cm (pomimo dobrych rozwiązao wektorów pojedynczych). Korzystając w obliczeniach z danych z 6 najbliższych stacji referencyjnych bardzo często uzyskiwano dośd duże odległości wyznaczanego punktu od niektórych stacji, często przekraczające 50 km, co niekorzystnie wpływało na koocowe rozwiązanie. Dlatego przy korzystaniu z serwisu POZGEO-D zaleca się korzystanie z obserwacji uzyskanych z 3 najbliższych stacji referencyjnych. 6

7 Wyniki obliczeo uzyskane w serwisie POZGEO są nieco gorsze od rozwiązao oprogramowaniem komercyjnym. Nie stwierdzono istotnych różnic dla rozwiązao z wykorzystaniem orbit Rapid oraz Precise. Średnie błędy pozycji poziomej wyniosły 2-5 cm, a średnie błędy pozycji pionowej 5,5 cm. Do obliczeo wykorzystano sesje 30-minutowe (360 epok pomiarowych) oraz obserwacje dwuczęstotliwościowe (L1/L2). Gwarantowaną dokładnośd serwis POZGEO uzyskuje przy sesjach z minimum 720 epokami pomiarowymi, dlatego należy się spodziewad, że przy wydłużeniu sesji obserwacyjnej zostanie osiągnięta gwarantowana dokładnośd serwisu. Wnikliwej analizy wymaga natomiast rozwiązanie uzyskane dla punktu 4245 w sesji 1 (zarówno dla orbit Rapid, jak i Precise), gdzie różnica pomiędzy współrzędnymi uzyskanymi w POZGEO a wynikami z serwisów RTK oraz wynikami uzyskanymi komercyjnym oprogramowaniem wynosi odpowiednio około: dx = 0,57 m; dy = 1,28 m; dh = 1,10 m. Takie dokładności nie nadają się do wykorzystania w pracach geodezyjnych, a użytkownik dodatkowo jest wprowadzony w błąd analizą dokładności podaną przez serwis POZGEO, która mówi, że błąd położenia punktu 4245 w sesji 1 wynosi odpowiednio mx: ; my: ; mh: W wyniku przeprowadzonych analiz szczególnie dobre wyniki otrzymano dla serwisów czasu rzeczywistego RTK. Nie stwierdzono większych różnic pomiędzy dokładnościami oferowanymi przez różnych producentów odbiorników GNSS. Najlepsze wyniki uzyskano korzystając z poprawki w formacie RTCM 3.1 Net (Max), dla której błędy pozycji poziomej nie przekraczają 2-3 centymetrów, a błędy pozycji pionowej (poza kilkoma punktami) są mniejsze niż 5 cm. Korzystając z tego serwisu uzyskano także najmniejsze wartości odchylenia standardowego (1-2 cm) dla każdej ze współrzędnych. Podobne wyniki w zakresie dokładności i wartości odchylenia standardowego otrzymano dla poprawek typu RTCM 2.3 FKP oraz RTCM 2.3 i RTCM 3.1 z pojedynczej (najbliższej) stacji. Dla rozwiązao serwisów VRS (RTCM 2.3 VRS oraz RTCM 3.1 VRS) błędy mają nieznacznie większe wartości, natomiast na pojedynczych punktach zdarza się, że odchylenie standardowe osiąga wartośd kilkunastu centymetrów. Dla serwisów DGPS nie stwierdzono większych różnic pomiędzy serwisem KODGIS i NAWGIS. Zauważono nawet nieco lepsze wyniki dla serwisu NAWGIS w przypadku odbiorników Leica oraz Magellan. Zdecydowanie lepsze wyniki uzyskano przy pomiarze odbiornikami z wygładzaniem fazą. Błędy poziome dla odbiorników z wygładzaniem fazą nie przekroczyły generalnie 50 cm, osiągając wartości przeciętne na poziomie cm, natomiast błędy wysokości dochodziły do 1,5-2 m, osiągając wartości przeciętne na poziomie cm. Dostępnośd serwisów czasu rzeczywistego jest wysoka, podczas pomiarów nie napotkano na większe problemy z zasięgiem sieci telefonii komórkowej (używano głównie sieci Plus GSM oraz Era), napotkano natomiast na drobne kłopoty z dostępnością pojedynczych serwisów (np. brak rozwiązania z pojedynczych stacji w okolicach Braniewa spowodowane awarią stacji Elbląg i Olsztyn) oraz krótkotrwały brak dostępności całego serwisu spowodowany awarią głównego serwera. Zleceniodawca reagował szybko na zgłaszane na bieżąco uwagi dotyczące pracy serwisów i przywracał sprawnośd systemu. Należy podkreślid, że testy były prowadzone w początkowym okresie działania systemu, dlatego zdarzały się krótkie przerwy w dostępności serwisów. W fazie pełnej operacyjności systemu zalecane jest wykonanie dodatkowych testów i badao dotyczących wyznaczenia i utrzymania podstawowych parametrów nawigacyjnych serwisów czasu rzeczywistego: dokładności, dostępności, ciągłości i niezawodności. Konkludując, na podstawie bardzo dużej ilości danych zarejestrowanych podczas pomiarów testowych sieci ASG-EUPOS oraz szczegółowych analiz zebranych danych można stwierdzid, że system ASG-EUPOS spełnia zakładane dokładności oferowanych serwisów. 5. Testy infrastruktury Druga częśd testów obejmowała ocenę infrastruktury teleinformatycznej ASG-EUPOS. Przeprowadził ją zespół pod kierownictwem doc. dr. inż. Krzysztofa Nowickiego przy nadzorze prof. dr. hab. inż. Józefa Woźniaka z Katedry Teleinformatyki WETI PG. Testy infrastruktury ASG-EUPOS zostały przeprowadzone w siedmiu kategoriach: 1) jakośd usług; 2) niezawodnośd; 3) wydajnośd; 4) zarządzanie systemem; 5) utrzymanie; 6) biling; 7

8 7) bezpieczeostwo. W ramach badao jakości usług oceniono m.in. dostępnośd lokalizacji, dostępnośd do usług w systemie, możliwości infrastruktury w zakresie priorytetyzacji, możliwości gromadzenia danych w centrach, synchronizację danych pomiędzy centrami zarządzania, a także przeprowadzono podstawowe testy jakości usług (identyfikacja wąskich gardeł). Przeprowadzono wyczerpujące badania wpływu na niezawodnośd pracy systemu: awarii elementów/modułów stacji referencyjnych, awarii systemu podtrzymania zasilania (modułu zasilania), awarii centrów/funkcji realizowanych przez centra/serwery systemu, awarii serwera DNS, awarii sieci jednego z operatorów zapewniających przyłącze dla RCZ/KCZ, awarii łącza podstawowego pomiędzy centrami, czasowej niedostępności łącza (do stacji referencyjnej). Dokonano także określenia czasu odtwarzania usług po awarii. W zakresie oceny wydajności centrów określono liczbę jednocześnie obsługiwanych użytkowników usługi czasu rzeczywistego oraz liczbę jednocześnie obsługiwanych użytkowników usługi post-processing. W ramach oceny zarządzania systemem sprawdzono: dostępności podstawowych interfejsów do zarządzania w systemie, funkcjonalności związanej z zarządzaniem infrastrukturą, funkcjonalności związanej z zarządzaniem usługami, funkcjonalności związanej z zarządzaniem użytkownikami. Z kolei ocena realizacji utrzymania systemu polegała na weryfikacji poprawności działania oprogramowania ESA, BackupExec for Windows Servers, Coordinate Monitor. Dokonano też sprawdzenia: poprawności generowania komunikatów związanych z modułem zasilania, poprawności rejestrowania aktywności aplikacji GPSNet, dostępności informacji o jakości obserwacji, możliwości aktualizacji oprogramowania w stacjach referencyjnych. Określono również możliwości wymiany elementów systemów serwerowych podczas ich pracy. W ramach badania bilingu dokonano sprawdzenia: poprawności działania protokołu NTRIP, poprawności rejestracji aktywności użytkowników korzystających z systemu, procedury powiadamiania użytkowników o trudnościach podczas post-processingu, poprawności rejestracji danych bilingowych w warunkach typowej pracy centrów oraz awarii jednego z nich. Przeprowadzono też testowanie wpływu awarii łącza pomiędzy centrami na system bilingowy. Określenie poziomu bezpieczeostwa systemu zostało poparte sprawdzeniem: poziomu zabezpieczeo ciągłości transmisji i wymiany danych, poziomu zabezpieczeo przechowywanych danych oraz poziomu zabezpieczeo architektury sieciowej. Dokonano także sprawdzenia redundancji kluczowych urządzeo systemu ASG-EUPOS. Wykazano, że wymiana danych występuje tylko pomiędzy urządzeniami do tego uprawnionymi. Określono możliwości konfiguracji mechanizmów uwierzytelniania użytkowników. Sprawdzono także system w zakresie ochrony antywirusowej i antyspamowej oraz w zakresie ochrony przeciw atakom z sieci Internet. Przeprowadzono testowanie poziomu bezpieczeostwa firewalla. Badania zrealizowano w wybranych, charakterystycznych punktach systemu stacjach referencyjnych oraz centrach zarządzania w Warszawie i Katowicach. Rozwiązania sprzętowe i organizacyjne zastosowane w centrach zarządzających mogą gwarantowad niezawodną pracę centrów obliczeniowych nawet w przypadku awarii. Wydajnośd centrów obliczeniowych gwarantuje efektywnośd niezbędną do realizacji założonych celów. Systemy rejestracji aktywności użytkowników i urządzeo systemu pozwalają, z kolei na poprawne zarządzanie i utrzymanie systemu, jak również umożliwiają właściwe rozliczanie klientów z korzystania z udostępnianych usług. Rys. 7. Mapa strumieni ze stacji referencyjnych 8

9 OSMZ SIPC BILG LUBL WLDW JLGR WLBR LODZ SIDZ KLCE OPLE LELO TARG MILO PRZM KOSC BART GIZY BIAL HAJN SWKI ZARY KEPN KALI PILA GRUD CCHN MYSZ W dniach czerwca 2008 r. okresie przeprowadzania testów i pomiarów infrastruktury systemu ASG-EUPOS, wiele elementów systemu nie było jeszcze w pełni skonfigurowanych, co skutkowało niepełnym realizowaniem założonej funkcjonalności systemu. Odpowiednie skonfigurowanie urządzeo jest jednakże nieskomplikowane i niewielkim nakładem pracy może przynieśd natychmiastowe rezultaty w postaci zarówno podwyższenia jakości świadczonych usług, jak i podniesienia poziomu zarządzania oraz bezpieczeostwa pracy całej infrastruktury systemu. Ze względu na bardzo rozległy zakres prowadzonych testów autorzy odsyłają zainteresowanych szczegółami kampanii do publikacji *8+. Poniżej przedstawiono przykład wyników z wielu serii testów dotyczących średniego opóźnienia łączy sieci: Rys. 8. Średnie opóźnienie łączy (w ms) do badanej grupy stacji referencyjnych z zaznaczonym 99,9% przedziałem ufności dla serii 7199 pomiarów Znacząco odbiegające wyniki opóźnieo stwierdzono dla stacji Sochaczew (ok. 585 ms) przekraczały dopuszczalną wartośd 500 ms. Zaprezentowano je na poniższym rysunku. Wysokich strat pakietów nie odnotowano. Rys. 9. Średnie, 10-dniowe opóźnienie łącza do stacji referencyjnej Sochaczew 585 ms Poniżej prezentujemy streszczenie najważniejszych wniosków wynikających z wyników przeprowadzonych testów. Zostały one pogrupowane w siedem obszarów tematycznych. 9

10 Jakośd usług Konieczna jest naprawa albo rekonfiguracja łącza VPN prowadzącego do stacji referencyjnej Sochaczew, wprowadzającego obecnie zbyt duże opóźnienie w transmisji (średnio 585 ms). Zalecane jest skonfigurowanie limitu liczby jednocześnie obsługiwanych połączeo dla strumieni czasu rzeczywistego, aby nie powodowad zawieszania aplikacji. Zalecane jest wprowadzenie pełnej automatyzacji procesu synchronizacji między centrami. Niezawodnośd Zalecane jest uruchomienie w KCZ fizycznego, a nie logicznego, dedykowanego łącza do RCZ umożliwiającego poprawną synchronizację w przypadku awarii podstawowego łącza KCZ. Zalecane jest skonfigurowanie natychmiastowych alertów i powiadomieo o zanikach zasilania w stacjach referencyjnych. Zalecane jest skonfigurowanie limitu liczby jednocześnie obsługiwanych połączeo dla strumieni czasu rzeczywistego, aby nie powodowad zawieszania aplikacji. Zalecane jest podłączenie łączy zapasowych do stacji referencyjnych. Zarządzanie systemem Zalecane jest wprowadzenie zintegrowanego systemu monitorowania wszystkich zdarzeo w systemie. Utrzymanie Konieczne jest jak najszybsze wdrożenie archiwizacji danych. Ze względu na dużą ilośd danych zalecane jest zmodyfikowanie procedury archiwizacji danych poprzez rozrzedzanie interwału czasu archiwalnych zapisów ze stacji referencyjnych. Zalecane jest wdrożenie do eksploatacji oprogramowania eiq Enterprise Security Analyzer. Zalecane jest skonfigurowanie natychmiastowych alertów i powiadomieo o zanikach zasilania w stacjach referencyjnych. Biling Zalecane jest wprowadzenie pełnej automatyzacji procesu synchronizacji między centrami. Bezpieczeostwo Zalecane jest wprowadzenie haseł dostępowych do interfejsów wszystkich urządzeo umieszczonych w stacjach referencyjnych. Wydajnośd Zalecane jest skonfigurowanie limitu liczby jednocześnie obsługiwanych połączeo dla strumieni czasu rzeczywistego, aby nie powodowad zawieszania aplikacji. Konkludując należy stwierdzid, iż w wyniku przeprowadzonych testów można uznad, że zastosowany sprzęt, oprogramowanie, jak też konfiguracja (topologia i organizacja współpracy podstawowych komponentów) i infrastruktury ASG-EUPOS pozwalają na jej poprawną pracę. Usługi sieci teleinformatycznej wykorzystywanej w systemie ASG-EUPOS do łączności pomiędzy stacjami referencyjnymi i centrami zarządzającymi zapewniają odpowiednią jakośd i bezpieczeostwo transmisji danych. Podsumowanie 1. Uruchomienie Krajowej Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-EUPOS jest niewątpliwie najbardziej zaawansowanym od kilkudziesięciu lat wdrożeniem nowoczesnych technologii pomiarów satelitarnych GNSS w polskiej geodezji. 2. Przeprowadzone przez konsorcjum Uczelni: PG/AMW/UWM badania serwisów i infrastruktury Aktywnej Sieci Geodezyjnej wykazały jej pełną przydatnośd do realizowania funkcji osnowy geodezyjnej służącej pomiarom geodezyjnym oraz nawigacyjnym. 3. Wyjątkowo krótki termin realizacji projektu potwierdził możliwości realizacji tak złożonych badao na równie rozległym obszarze kraju jedynie przez konsorcja naukowe liczących się w Polsce uczelni wyższych oraz ich wiodących wydziałów (WILiŚ i WETI). 10

11 4. Należy podkreślid, iż bez pomocy lidera geodezyjnych systemów pomiarowych reprezentowanego przez firmę Leica Geosystem, który zapewnił nieodpłatnie najnowocześniejsze w świecie odbiorniki GNSS systemu 1200, realizacja projektu nie byłaby możliwa. Literatura [1] Baran W., New National System of Geodetic Coordinates in Poland, Geodezja i Kartografia 1994, t. XLIII, z. 1, s *2+ Baran L. W., Zielioski J. B., Active GPS Stations as a New Generation of the Geodetic Network, Geodezja i Kartografia 1998, t. XLVII, z. 1-2, s *3+ Baran L. W., Oszczak S., Zielioski J. B., Wykorzystanie technik kosmicznych w geodezji i nawigacji w Polsce, Nauka 2008, nr 4, s [4] Bosy J., Graszka W., Leonczyk M., ASG-EUPOS The Polish Contribution to The EUPOS Project, Symposium on Global Navigation Satellite Systems, Berlin, November *5+ Ciedko A., Oszczak B., Oszczak S., Determination of Accuracy and Coverage of Permanent Reference Stadion DGPS/RTK in Gdynia, Proceedings of the 7th Bilateral Geodetic Meeting Italy Poland, May 2003, Bressanone, Italy, Reports on Geodesy, nr 2 (65), 2003, s [6] Cord-Hinrich J., SAPOS-Part of a Geosensors Network, Symposium on Global Navigation Satellite Systems, Berlin, November [7] Dziewicki M., Felski A., Specht C., Availability of DGPS Reference Station Signals on South Baltic, Proceedings of the 2 nd European Symposium on Global Navigation Satellite Systems GNSS 98, Toulouse, France, [8] Landau H., Vollath U., Xiaoming Chen, Virtual Reference Stations versus Broadcast Solutions in Network RTK Advantages and Limitations, GNSS Conference 2003, Graz, Austria, April [9] Nowicki K., Woźniak J., Gierłowski K., Gierszewski T., Gumioski W., Dokumentacja koocowa testów infrastruktury systemu ASG-EUPOS, Politechnika Gdaoska, Gdaosk, maj-czerwiec *10+ Oszczak S i zespół, Dokumentacja koocowa testów usług systemu ASG-EUPOS, Uniwersytet Warmiosko- Mazurski, Olsztyn, maj-czerwiec [11] Rizos C., Yan T., Omar S., Musa T., Kinlyside D., Implementing network-rtk: the SydNET CORS infrastructure, The 6th International Symposium on Satellite Navigation Technology Including, Mobile Positioning & Location Services, Melbourne SatNav 2003, Australia, July [12] RTCM Recommended Standards for Differential GNSS (Global Navigation Satellite Systems) Service, Version 3.0, RTCM Paper /SC104-STD, [13] RTCM Recommended Standards for Network Transport of RTCM via Internet Protocol (NTRIP), Version 1.0, RTCM Paper /SC104-STD, [14] Specht C. (kierownik projektu) i in., Raport koocowy projektu, Wykonanie testów infrastruktury i usług systemu precyzyjnego pozycjonowania satelitarnego ASG-EUPOS, Projekt badawczy na zlecenie Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii w zakresie: Wykonanie testów infrastruktury systemu ASG-EUPOS oraz wykonania testów usług systemu ASG-EUPOS, Konsorcjum naukowe: Politechnika Gdaoska / Uniwersytet Warmiosko-Mazurski w Olsztynie / Akademia Marynarki Wojennej w Gdyni, maj-czerwiec