Układy współrzędnych obowiazujące w Polsce realizowane technikami satelitarnymi

Transkrypt

1 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 1/56 Układy współrzędnych obowiazujące w Polsce realizowane technikami satelitarnymi Jarosław Bosy Instytut Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu jaroslaw.bosy@up.wroc.pl

2 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 2/56 Model Ziemi Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji

3 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 3/56 Geoida Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji

4 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 4/56 Elipsoida obrotowa Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji

5 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 5/56 Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji Sfera i jej odwzorowania ( Odwzorowanie azymutalne Najczęściej stosowane do przedstawiania obszarów okołobiegunowych. Używa się go także do map terenów ze strefy równikowej (w położeniu poprzecznym) oraz innych szerokości geograficznych (w położeniu ukośnym). Odwzorowanie stożkowe Wykorzystuje się je niemal wyłącznie w położeniu normalnym. Najlepiej nadaje się do przedstawiania obszarów średnich szerokości geograficznych (między 30 0 a 60 0 szerokości geograficznej północnej i południowej) oraz dla obszarów znacznie rozciągniętych równoleżnikowo. Odwzorowanie walcowe Najczęściej używane jest w położeniu normalnym, tak aby móc przedstawić cały świat na jednej mapie. Przykładem może być wiernokątne odwzorowanie Merkatora.

6 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 6/56 Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji Relacje między powierzchniami odniesienia

7 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 7/56 Geodezyjne systemy i układy odniesienia Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji System odniesienia (reference system) stanowi zbiór ustaleń i zaleceń wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku, skali (metryki) i orientacji osi oraz zmienności tych parametrów w czasie. Układ odniesienia (reference frame) stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia. Na układ odniesienia składają się wyznaczone z obserwacji wartości parametrów opisujących początek układu, skalę i orientacje osi oraz ich zmienność w czasie. Układ współrzędnych (coordinate system) określa jednoznacznie sposób przyporządkowania położeniu punktu względem układu odniesienia zbioru wartości liczbowych.

8 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 8/56 Geodezyjne systemy i układy odniesienia Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji Układ odniesienia: statyczny - zdefiniowany przez zbiór współrzędnych punktów, kinematyczny - zdefiniowany przez współrzędne punktów realizujących system odniesienia oraz zmiany w czasie współrzędnych tych punktów (prędkości),

9 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 9/56 Współrzędne kartezjańskie i biegunowe Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji Relacje: biegunowe uvs - kartezjańskie xyz [ ] [ ] x S cos u cos v y = S cos u sin v z S sin u kartezjańskie xyz - biegunowe uvs Początek układu umieszczony w: środku masy Ziemi geocentryczny środku masy Słońca heliocentryczny na powierzchni Ziemi topocentryczny v = arc tg y x u = arc tg z x 2 +y 2 S = x 2 + y 2 + z 2

10 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 10/56 Współrzędne geograficzne i geodezyjne Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji

11 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 11/56 Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji Współrzędne geocentryczne i geodezyjne (elipsoidalne) geodezyjne ϕλh - geocentryczne XYZ X = (R N + h) cos ϕ cos λ Y = (R N + h) cos ϕ sin λ Z = (R N (1 e 2 ) + h) sin ϕ geocentryczne XYZ - geodezyjne ϕλh gdzie: ϕ = arc tg Z+e 2 b sin 3 θ p e 2 a cos 3 - iteracyjnie θ λ = arc tg Y X h = p cos ϕ R N - iteracyjnie R N = wertykale a 1 e 2 sin 2 ϕ a, b - półosie elipsoidy e 2 = a2 b 2 a 2 - promień przekroju w pierwszym - kwadrat pierwszego mimośrodu elipsoidy e 2 = a2 b 2 b 2 - kwadrat pierwszego mimośrodu elipsoidy p = X 2 + Y 2 - odległość punktu od osi elipsoidy θ = arc tg Za - wartość pomocnicza pb

12 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 12/56 Współrzędne topocentryczne Model Ziemi Definicje Układy odniesienia w geodezji [ n e u ] = R T [ TX T Y T Z ] gdzie: R = [ sin(ϕ) cos(λ) sin(λ) cos(ϕ) cos(λ) sin(ϕ) sin(λ) cos(λ) cos(ϕ) sin(λ) cos(ϕ) 0 sin(ϕ) ] [ TX T Y T Z ] = [ XP Y P Z P ] [ X0 Y 0 Z 0 ]

13 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 13/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia (ang. International Terrestrial Reference System: ITRS) został zdefiniowany przez przestrzenny obrót względem nie obracającego się systemu geocentrycznego ICRS (Międzynarodowy Niebieski System Odniesienia) przy zachowaniu następujących warunków (Konwencja IERS (2003), rozdział 4 ): 1 Jest układem geocentrycznym o początku w centrum mas Ziemi (łącznie z oceanami i atmosferę); 2 Jednostką długości jest metr (SI). Skala systemu jest spójna z czasem współrzędnych geocentrycznych TCG zgodnie z rezolucjami Międzynarodowej Unii Astronomicznej IAU i Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki IUGG z roku 1991; 3 Orientacja ITRS jest zgodna z orientacją Międzynarodowego Biura Czasu (Bureau International de l Heure) BIH dla epoki ; 4 Zmienność orientacji w czasie jest określana poprzez zastosowanie warunku, iż globalna suma poziomych ruchów tektonicznych nie zawiera składowych obrotu.

14 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 14/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia ITRS jest pierwszym systemem kinematycznym. ITRS jest realizowany poprzez estymację współrzędnych i prędkości (wraz z pełną macierzą wariancyjno-kowariancyjną) stacji w oparciu o obserwacje VLBI, LLR, GPS, SLR i DORIS prowadzone na tych stacjach. Realizacje te noszą nazwę: Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia ITRF. Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia (ang. International Earth Rotation and Reference Systems Service: IERS). IERS zrzesza następujące służby obserwacyjne: Międzynarodową Służbę VLBI IVS; Międzynarodową Służbę SLR i LLR ILRS; Międzynarodową Służbę GNSS (GPS/GLONASS) IGS; Międzynarodową Służbę DORIR IDS.

15 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 15/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Realizacje ITRF jako układu kinematycznego definiują współrzędne stacji służby IERS podane na epokę i ich pochodne względem czasu (prędkości). Do zadań służby IERS należą: 1 Definicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia ICRS i jego realizacja w postaci układu odniesienia ICRF; 2 Definicja Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS i jego realizacja w postaci układu odniesienia ITRF; 3 Wyznaczanie parametrów orientacji Ziemi (Earth Orientation Parametres, EOP) i ich zmian na potrzeby transformacji między ICRF i ITRF; 4 Analiza przestrzenno-czasowa danych geofizycznych do interpretacji zmian ICRF, ITRF i EOP oraz ich modelowania; 5 Określanie standardów, stałych i modeli (konwencje).

16 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 16/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa służba VLBI: Międzynarodowa Służba VLBI (ang. International VLBI Service for Geodesy and Astrometry: IVS). Sieć stacji:

17 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 17/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa służba VLBI: Międzynarodowa Służba VLBI (ang. International VLBI Service for Geodesy and Astrometry: IVS). Realizacje układów: Parametry ruch obrotowego Ziemi (ang. Earth Orientation Parameters : EOP) źródło: źródło: Jan Kryński

18 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 18/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa służba SLR i LLR: Międzynarodowa Służba pomiarów SLR i LLR (ang. International Laser Ranging Service: ILRS). Sieć stacji:

19 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 19/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa służba SLR i LLR: LAGEOS - to seria satelitów naukowych do badań mających na celu zapewnienie odniesienia dla pomiarów geodynamicznych i geodezyjnych ziemi. Satelity wykonane są z aluminium pokrytego mosiądzem. Są to kule o średnicy 60 cm i masie 411 kg, pokryte retroreflektorami, nadającymi im wygląd gigantycznych piłek golfowych. Krążą na orbicie na wysokości 5900 kilometrów, znacznie powyżej niskiej orbity Ziemi i znacznie poniżej orbit geostacjonarnych. Starlette and Stella - to bliźniacze satelity naukowe do badań mających na celu zapewnienie odniesienia dla pomiarów geodynamicznych i geodezyjnych ziemi. Są to kule o średnicy 24 cm i masie 48 kg, pokryte 60 retroreflektorami, nadającymi im wygląd gigantycznych piłek golfowych. Krążą na orbicie na wysokości 800 kilometrów, znacznie poniżej orbit geostacjonarnych. Także: GPS (35 i 38), GLONASS (102, 109 i 115), GALILEO (CIVE A i B) CHAMP, GOCE, GRACE (A i B), Jason ( 1 i 2), TerrSAR-X,

20 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 20/56 Reflektory na Księżycu Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Apollo 11 Luna 17 Apollo 14 Apollo 15 Luna 21 Sponsor: United States Russia and France United States United States Russia and France Life: Many decades Many decades Many decades Many decades Many decades Applications: Lunar science Lunar science Lunar science Lunar science Lunar science Date: Jul 21, 1969 Nov 1, 1970 Feb 5, 1971 Jul 31, 1971 Jan 15, 1973 RRA Size: 46 cm by 46 cm 44 cm by 19 cm 46 cm by 46 cm 104 cm by 61 cm 44 cm by 19 cm RRA Shape: Square Rectangular Square Rectangular Rectangular Reflectors: Perigee: 356,400 km 356,400 km 356,400 km 356,400 km 356,400 km Period: days days days days days

21 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 21/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa służba GNSS: Międzynarodowa Służba pomiarów GNSS (ang. International GNSS Service : IGS). Sieć stacji:

22 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 22/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa służba GNSS: źródło: tah/mit IGS AAC/index2.html

23 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 23/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa Służba DORIS: Międzynarodowa Służba pomiarów DORIS (ang. International DORIS Service: IDS) Sieć stacji:

24 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 24/56 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Międzynarodowa Służba DORIS:

25 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 25/56 Realizacja: Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia ITRF Początek układu (przesunięcie i jego zmienność w czasie): średnia ważona z rozwiązań centrów analiz dla SLR; 2 Skala układu i jej zmienność w czasie: średnia ważona z rozwiązań centrów analiz dla VLBI i SLR; 3 Orientacja układu: wyznaczona na podstawie wybranych stacji ITRF charakteryzujących się wysoką jakością, rotacja - ITRF97 na epokę , zmienność rotacji w czasie - nie zawiera składowych obrotu, model: No Net Rotation model NNR-NUVELL1A; ITRF Początek układu: definiowany przy założeniu, że parametry translacji są zerowe na epokę i ich zmiany miedzy ITRF2005 i ILRS SLR też są zerowe. 2 Skala układu: definiowana przy założeniu, że współczynnik skali jest zerowy na epokę i jego zmiany miedzy ITRF2005 i ILRS SLR też są zerowe. 3 Orientacja układu : jest definiowana przy założeniu, że parametry obrotu są zerowe na epokę i ich zmiany miedzy ITRF2005 i ITRF2000 są zerowe.

26 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 26/56 Realizacja: Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Kryteria wyboru stacji do realizacji układu ITRF2000: 1 Ciągłe obserwacje okresie w 3 ostatnich latach; 2 Położenie na stabilnych płytach poza strefami deformacji lokalnych; 3 Błąd średni wyznaczonych prędkości (jako wynik rozwiązania kombinowanego ITRF) lepszy niż 3 mm/rok; 4 Residua prędkości lepsze niż 3 mm/rok dla ostatnich 3 rozwiązań ITRF.

27 Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Realizacja: Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 27/56

28 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 28/56 Realizacja: Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia

29 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 29/56 Realizacja: Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Układ ITRF jest układem kinematycznym, definiują go bowiem współrzędne stacji XYY I pracujących w ramach służby IERS, wyznaczone na określoną epokę t 0 oraz ich pochodne względem czasu (prędkości punktów) ẊYY I wraz z charakterystyką dokładnościową. W związku z tym wyznaczenie współrzędnych stacji na określoną epokę t c następuje wegług następującej formuły: przy czym: X I YY (t c) = X I YY (t 0) + Ẋ I YY (t c t 0) (1) X I YY (t c) - współrzędne uzyskane z opracowania danych GNSS w epoce t c układu ITRF YY, X I YY (t 0) - współrzędne w układzie ITRF YY na epokę odniesienia t 0, Ẋ I YY - wektor prędkości stacji odniesienia w układzie ITRF YY.

30 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 30/56 Realizacja: Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia Międzynarodowy Ziemski Układ Odniesienia Do przeliczeń między poszczególnymi ralizacjami systemu IERS (np. A i B) wykorzystuje się następującą regułę transformacji: ( XB Y B Z B ) = ( XA Y A Z A ) + ( T 1 T 2 T 3 ) + ( D R3 R2 R3 D R1 R2 R1 D ) ( XA Y A Z A ) (2) gdzie: T 1, T 2, T 2 - składowe wektora translacji, R1, R2, R2 - składowe obrotów, D - współczynnik skali.

31 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 31/56 Definicja systemu ETRS89 Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce Podzbiorem systemu ITRS jest Europejki Ziemski System Odniesienia (European Terrestial Reference Ssystem: ETRS). Zgodnie z Rezolucją nr 1 Podkomisji EUREF Międzynarodowej Asocjacji Geodezji IAG ziemski system odniesienia EUREF jest zgodny z ITRS na epokę Dla zapewnienia zgodności z systemem ITRS do jego zdefiniowania wykorzystano sieć europejsckich stacji SLR (8 stacji) i VLBI (7 stacji), które brały udział w rozwiązaniu układu ITRF89. System ETRS jest więc realizacja systemu ITRS na epokę t 0 = (ITRF89), przy założeniu stałości płyty euroazjatyckiej. Rozwiązanie to nosi nazwę ETRS89 i stanowi system odniesienia dla większości państw europejskich. Od roku 1997 układ ETRF jest realizowany przez sieć stacji permanentnych (EUREF Permanent Network : EPN Obecnie stosowanym rozwiązaniem układu ETRF jest ETRF2000 ale dla współrzędne wszystkich stacji są wyznaczane także w rozwiązaniu ETRF89 na epokę obserwacji.

32 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 32/56 Praktyczne realizacje systemu ETRS89 Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce Praktyczna realizację geodezyjnego systemu odniesienia ETRS89 (EUREF-89) miały początkowo stanowić 93 stacje pokrywające kraje Europy Zachodniej (Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej, kraje skandynawskie oraz Austrię i Szwajcarię). W tę liczbę włączono również stacje fundamentalne wyposażone w aparaturę laserową (SLR/LLR) do obserwacji satelitarnych oraz aparaturę VLBI. Obserwacje GPS wykonano w maju 1989 roku.

33 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 33/56 Praktyczne realizacje systemu ETRS89 Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce Od roku 1997 system ETRS89 jest także realizowany przez sieć stacji permanentnych (EUREF Permanent Network : EPN

34 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 34/56 Praktyczne realizacje systemu ETRS89 Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce

35 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 35/56 ITRS - ETRS89 Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce Z uwagi na ruchy Paleozoicznej Platformy Europy Środkowej i Zachodniej względem ITRF realizacja systemu odniesienia ETRS89 (układ ETRF) nie pokrywa się z aktualnym w epoce obserwacji układem ITRF YY. Stąd wynika potrzeba dokonania transformacji wyznaczonych współrzędnych do układu ETRF jako realizacji systemu ETRS89. X E (t c ) = X I YY (tc ) + T YY + ( 0 R3 YY R2 YY R3 YY 0 R1 YY R2 YY R1 YY 0 ) przy czym: X I YY (tc ) (tc ) (3) X E (t c ) - oznacza współrzędne wyznaczone na epokę t c w realizacji ETRF YY systemu ETRS89 w odniesieniu do epoki T YY - jest wektorem translacji, wyrażającym przesunięcie początku układu ITRF YY względem ETRS89. Procedura wyznaczania tego wektora jest opisana w załączniku 1, a odpowiednie wartości w tabeli 3 załącznika 3 Memo v. 7. R1 YY, R2 YY, R3 YY - są składowymi macierzy prędkości obrotów układu ITRF YY względem ETRS89, wywołane są ruchem płyty euroazjatyckiej od epoki do epoki obserwacji t c i przyjmowane są do obliczeń z modelu geofizycznego NNR-NUVEL-1A.

36 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 36/56 ITRS - ETRS89 Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce Opracowanie sieci GNSS w nawiązaniu do stacji EPN/IGS odbywa się zatem zgodnie ze schematem:

37 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 37/56 Realizacja systemu ETRS89 w Polsce Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce W połowie roku 1992 europejski układ odniesienia EUREF został rozszerzony na terytorium Polski. Inicjatywa tego przedsięwzięcia została wysunięta przez zespól naukowców skupiony w Sekcji Sieci Geodezyjnych Komitetu Geodezji Polskiej Akademii Nauk. Zespół ten opracował również projekt konfiguracji polskiej części EUREF (EUREF-POL: EUropean REference Frame - POLand).

38 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 38/56 Realizacja systemu ETRS89 w Polsce Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce W 1994 roku przystąpiono do zagęszczania sieci EUREF-POL. W wyniku trzech kampanii obserwacyjnych, przeprowadzonych w latach własnymi siłami polskich instytucji naukowych i przedsiębiorstw geodezyjnych, została utworzona sieć złożona z 348 punktów, równomiernie rozmieszczonych na obszarze kraju. Sieć ta nazywa się POLREF (POLish REference Frame) i została dowiązana do 11 punktów sieci EUREF-POL. W opracowaniu użyte zostały również obserwacje GPS ze stacji permanentnych IGS: Józefosław (JOZE), Borowiec (BOR1) oraz Lamkówko (LAMA).

39 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 39/56 Realizacja systemu ETRS89 w Polsce Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce Z początkiem lat 90-tych polskie ośrodki naukowe uruchomiły stacje permanentne GPS (Borowiec: BOR1, Borowa Góra: BOGO, Józefosław: JOZE, Lamkówko: LAMA, Wrocław: WROC). Stacje te zostały włączone do sieci EPN od samego początku jej działania. Sukcesywnie włączano kolejne stacje w Europie i w Polsce (Kraków: KRAW, Borowa Góra: BOGI, Józefosław: JOZ2) Główny Urząd Geodezji i Kartografii (GUGiK) w ramach projektu ASG-PL włączył w 2003 roku do sieci EPN dwie stacje (Katowice: KATO i Żywiec: ZYWI). W roku 2008 do sieci EPN w ramach projektu ASG-EUPOS realizowanego przez GUGiK włączono kolejnych siedem polskich stacji (Biała Podlaska: BPDL, Bydgoszcz: BYDG, Gorzów Wielkopolski: GWWL, Łódź: LODZ, Redzikowo: REDZ, Suwałki: SWKI, Ustrzyki Dolne: USDL).

40 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 40/56 Realizacja systemu ETRS89 w Polsce Definicja systemu ETRS89 Realizacja systemu ETRS89 System ETRS89 w Polsce W dniu 2 czerwca 2008 roku Główny Urząd Geodezji i Kartografii we Warszawie uruchomił operacyjnie wielofunkcyjny system precyzyjnego pozycjonowania satelitarnego ASG-EUPOS. W ramach budowy systemu na obszarze Polski zostało zainstalowanych 75 nowych stacji referencyjnych GNSS (w tym 8 wyposażonych w moduł odbiorczy GPS/GLONASS). Dodatkowo w celu zapewnienia równomiernego pokrycia stacjami referencyjnymi na terenie kraju do systemu zostały włączone 22 istniejące stacje (zarządzane przez uczelnie wyższe, jednostki naukowo-badawcze, administrację państwową oraz firmy prywatne), a także ok. 30 stacji przygranicznych z krajów ościennych.

41 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 41/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP W 2000 roku został wprowadzony rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 8 sierpnia 2000 r. (Dz. U. z dnia 24 sierpnia 2000 r.), państwowy system odniesień przestrzennych w Polsce: 1 Geodezyjny układ odniesienia, zwany dalej EUREF-89, jest rozszerzeniem europejskiego układu odniesienia ETRF na obszar Polski, w wyniku kampanii po-miarowej EUREF-POL 92, której rezultaty zostały zatwierdzone przez Podkomisję dla Europejskiego Układu Odniesienia (EUREF) Międzynarodowej Asocjacji Geodezji w 1994 r. 2 Układ wysokości tworzą wartości geopotencjalne podzielone przez przeciętne wartości przyspieszenia normalnego siły ciężkości, zwane dalej wysokościami normalnymi, odniesione do średniego poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, wyznaczonego dla mareografu w Kronsztadzie koło Sankt Petersburga (Federacja Rosyjska). 3 Układy współrzędnych płaskich prostokątnych 2000 i 1992 utworzone na podstawie matematycznie jednoznacznego przyporządkowania punktów po-wierzchni Ziemi odpowiednim punktom na płaszczyźnie według teorii odwzoro-wania kartograficznego Gaussa-Krügera.

42 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 42/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP Główny Urząd Geodezji i Kartografii przygotował nowelizację rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 8 sierpnia 2000 r. w sprawie państwowego systemu odniesień przestrzennych w celu uporządkowania działań związanych z utrzymywaniem w Polsce geodezyjnego układu odniesienia (realizacji geodezyjnego systemu odniesienia ETRS89) oraz układu wysokościowego, a także określenia przypadków, w których następuje konieczność ich ponownego zdefiniowania. Ponadto, w związku z budową systemu ASG-EUPOS, zapisano, że stacje referencyjne tego systemu będą punktami referencyjnymi geodezyjnego system odniesienia w Polsce. Zgodnie z powyższym projektem przenoszenie na obszar Polski geodezyjnego systemu odniesienia ETRS89 odbywa się poprzez sieć stacji referencyjnych systemu ASG-EUPOS i punktów podstawowej osnowy geodezyjnej EUREF-POL i POLREF za pośrednictwem obserwacji satelitarnych GNSS.

43 Geodezyjny układ odniesienia Przepisy prawne Realizacja PSOP Rozporządzenia z 8 sierpnia 2000 r. EUREF-89 geodezyjny układ odniesienia, który jest rozszerzeniem europejskiego układu odniesienia ETRF na obszar Polski, w wyniku kampanii pomiarowej EUREF-POL, której rezultaty zostały zatwierdzone przez Podkomisję dla Europejskiego Układu Odniesienia (EUREF) Międzynarodowej Asocjacji Geodezji w W EUREF-89 stosuje się GRS80 (Geodezyjny System Odniesienia 1980), przyjęty na XVII Zgromadzeniu Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (MUGG) w Canberze, w grudniu Nowelizacja Rozporządzenia z 8 sierpnia 2000 r. Geodezyjny system odniesienia na obszarze Polski stanowi geocentryczny, trójwymiarowy, europejski ziemski system odniesienia ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989) wraz z umożliwiającą wyrażenie go we współrzędnych geodezyjnych geocentryczną elipsoidą poziomową odniesienia GRS80 (duża półoś a = m, spłaszczenie 1/f = ), przyjętego na XVII Zgromadzeniu Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki w Canberze w 1979 r. rezolucja No 7. Środek elipsoidy GRS80 pokrywa się z początkiem ETRS89, a mała półoś elipsoidy pokrywa się z osią z tego systemu. Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 43/56

44 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 44/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP Projekt nowelizacji RRM z dnia 8 sierpnia 2000 r. Realizacja ETRS89 w Polsce Przenoszenie na obszar Polski geodezyjnego systemu odniesienia ETRS89 odbywa się poprzez sieć stacji referencyjnych systemu ASG-EUPOS i punktów podstawowej osnowy geodezyjnej EUREF-POL, EUVN i POLREF za pośrednictwem obserwacji satelitarnych GNSS.

45 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 45/56 Układ wysokości Przepisy prawne Realizacja PSOP Państwowym układem wysokości w Polsce jest układ wysokości normalnych zdefinowanych w oparciu o quasigeoidę Mołodieńskiego, odniesionych do średniego poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, wyznaczonego dla mareografu w Kronstadzie koło Sankt Petersburga (Federacja Rosyjska). H = h N(ϕ, λ) Źródło: Pazus R., Osada E., Olejnik S. (2002) Geoida niwelacyjna Magazyn Geoinformacyjny Geodeta nr 5/2002 (84).

46 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 46/56 Odwzorowanie Gaussa-Krűgera i UTM Przepisy prawne Realizacja PSOP Odwzorowanie Gaussa-Krügera odwzorowanie kartograficzne pasów południkowych na pobocznicę walca stycznego do południka środkowego (osiowego) każdego odwzorowywanego pasa. Jest to zatem wiernokątne, walcowe, poprzeczne odwzorowanie elipsoidy. W odwzorowaniu Gaussa wiernie odtwarza się południk osiowy; zniekształcenie długości rośnie na zewnątrz, osiągając maksimum na skraju strefy (dla strefy sześciostopniowej zniekształcenie długości wynosi 67 cm na 1 km długości). Uniwersalne poprzeczne Mercatora (UTM - Universal Transwersal Mercator) - odwzorowanie poprzeczne walcowe wiernokątne - walec sieczny do elipsoidy symetralnie do południka osiowego danej strefy. w odwzorowaniu UTM współczynnik skali południka środkowego wynosi , na siecznych almukantaratach jest równy i wzrasta w kierunku skraju strefy do (dla pasów sześciostopniowych). W odwzorowaniu UTM zniekształcenia odległości są mniejsze i bardziej równomiernie rozłożone, a zatem powierzchnia elipsoidy jest wierniej odwzorowana na płaszczyźnie niż w odwzorowaniu Gaussa.

47 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 47/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP Układ współrzędnych płaskich prostokątnych 1992 Współrzędne pełne w układzie 1992 oblicza się z formuł: Układ utworzony w oparciu o jednostrefowe dla obszaru Polski (w szerokim 10 pasie południkowym) odwzorowanie Gaussa - Krügera elipsoidy GRS-80 z południkiem osiowym (środkowym) Lo=19 i przy założeniu skali długości na tym południku (skali kurczenia) mo = Przyjęta skala aplikacyjna odwzorowania Gaussa-Krügera ma na celu kompromisowe rozłożenie liniowych zniekształceń odwzorowawczych, które wynoszą od -70 cm/km na południku środkowym do ok. +90 cm/km w skrajnych, wschodnich obszarach Polski.

48 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 48/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP Układ współrzędnych płaskich prostokątnych 2000 Współrzędne pełne (cechowane) w układzie 2000 wyznacza się z zależności: Układ 2000 jest złożony z czterech stref, z których każda powstała jako odwzorowanie Gaussa - Krügera elipsoidy GRS-80 w pasie południkowym 3 ze skalą kurczenia na południku osiowym każdej strefy mo = Dla kolejnych stref przyjęto następujące południki osiowe: 15, 18, 21, 24. Powstałe układy oznaczamy odpowiednio: 2000/ / / /24.

49 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 49/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP Układ współrzędnych płaskich prostokątnych 1965 Dotychczasowy układ współrzędnych 1965 (będący m. in. podstawą tworzenia mapy zasadniczej kraju), podzielony jest na pięć stref: 1965/1, 1965/2, 1965/3, 1965/4, 1965/5, stanowiących odrębne odwzorowania elipsoidy Krasowskiego w obszarze Polski. W strefach 1-4 zastosowano odwzorowanie quasi-stereograficzne (Roussilhe a) ze skalą w punkcie głównym (skalę podobieństwa) mo = Natomiast w strefie 5 - modyfikowane odwzorowanie Gaussa - Krügera o skali na południku środkowym m0 =

50 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 50/56 Przeliczenia między układami Przepisy prawne Realizacja PSOP

51 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 51/56 Przeliczenia między układami Przepisy prawne Realizacja PSOP

52 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 52/56 Kampania kalibracyjna 2008 Przepisy prawne Realizacja PSOP Kampania kalibracyjna 2008 W dniach roku, w ramach testowania działania stacji referencyjnych i testowania operacyjnego systemu ASG-EUPOS, wykonywano satelitarne pomiary GPS na punktach podstawowej osnowy geodezyjnej: POLREF, EUREF-POL i EUVN. Pomiary, wykonano w celu stworzenia na obszarze kraju jednorodnej osnowy geodezyjnej w systemie odniesienia ETRS89 oraz weryfikacji dokładności wyznaczenia współrzędnych stacji referencyjnych ASG-EUPOS. Konsorcjum : Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Politechnika Rzeszowska Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Instytut Geodezji i Kartografii w Warszawie Centrum Badań Kosmicznych PAN OPGK Olsztyn Sp. z o.o. OPGK Elbląg Sp. z o.o. Gokart International Sp. z o.o

53 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 53/56 Kampania kalibracyjna 2008 Przepisy prawne Realizacja PSOP Schemat obliczeniowy

54 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 54/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP Realizacja systemu odniesień przestrzennych: Osnowa GPS i klasyczna I s - EUREF-POL (11), POLREF (348), EUVN (62): XYZ, BLh(ϕ, λ, h), xy92, xy2000, xy65, HK; I - ok. 6.5 tys. punktów: BL(ϕ, λ), xy92, xy2000, xy65, HK red ; II - ok. 65 tys. punktów: BL(ϕ, λ), xy92, xy2000, xy65, HK red ; III - BL(ϕ, λ), xy92, xy2000, xy65, HK red ; III s - XYZ, BLh(ϕ, λ, h), xy92, xy2000, xy65, HK red. Stacje ASG-EUPOS I s - XYZ, BLh(ϕ, λ, h), xy92, xy2000, xy65[?], HK[?] ;

55 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 55/56 Przepisy prawne Realizacja PSOP Realizacja systemu odniesień przestrzennych Pomiary ASG-EUPOS Pomiary z wykorzystaniem serwisów system ASG-EUPOS: POZGEO, POZGEO D i NAWGEO. Wyznaczanie współrzędnych bezpośrednio w oparciu o bezbłędne punkty osnowy podstawowej. Pomiary klasyczne Pomiary w oparciu o istniejącą osnowę geodezyjną z wykorzystaniem technik klasycznych i GNSS.

56 Systemy GNSS w pomiarach geodezyjnych 56/56 Koniec Przepisy prawne Realizacja PSOP Dziękuję za uwagę jaroslaw.bosy@up.wroc.pl