Moduł modelowania i predykcji stanu troposfery projekt ASG+ Budowa modułów wspomagania serwisów czasu rzeczywistego systemu ASG-EUPOS

Transkrypt

1 Moduł modelowania i predykcji stanu troposfery projekt ASG+ Budowa modułów wspomagania serwisów czasu rzeczywistego systemu ASG-EUPOS Jarosław BOSY Witold ROHM Jan KAPŁON Jan SIERNY Instytut Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 1/18

2 Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Schemat organizacyjny modułów wspomagających ASG-EUPOS Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 2/18

3 Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Poznanie struktury troposfery pozwoli na precyzyjne wyznaczenie pozycji technikami satelitarnymi GNSS Sygnał bez modelu propagacji Sygnał z modelem propagacji Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 3/18

4 Geodezyjna Wprowadzenia Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 4/18

5 Meteorologiczna Wprowadzenia Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery ziemskiej. Niektóre zastsowania meteorologii GNSS Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci odbiorników. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 5/18

6 Meteorologiczna Wprowadzenia Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery ziemskiej. Niektóre zastsowania meteorologii GNSS Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci odbiorników. Meteorologia Synoptyczna - Tropospheric Delay (TD) jeden z produktów sieci GNSS jest asymilowany do NWP. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 5/18

7 Meteorologiczna Wprowadzenia Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery ziemskiej. Niektóre zastsowania meteorologii GNSS Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci odbiorników. Meteorologia Synoptyczna - Tropospheric Delay (TD) jeden z produktów sieci GNSS jest asymilowany do NWP. Nowcasting - TD a także pochodne IWV, IPWV w czasie prawie rzeczywistym mogą stanowić element monitoringu i krótkiej predykcji stanu pogody. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 5/18

8 Meteorologiczna Wprowadzenia Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery ziemskiej. Niektóre zastsowania meteorologii GNSS Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci odbiorników. Meteorologia Synoptyczna - Tropospheric Delay (TD) jeden z produktów sieci GNSS jest asymilowany do NWP. Nowcasting - TD a także pochodne IWV, IPWV w czasie prawie rzeczywistym mogą stanowić element monitoringu i krótkiej predykcji stanu pogody. 4D monitoring - TD jako źródło danych do modelu tomograficznego - umożliwiającego monitoring troposfery 4D. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 5/18

9 Założenia projektu ASG+ Opóźnienie troposferyczne Motywacja Moduł modelowania troposfery Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 6/18

10 Infrastruktura IT do pozyskiwania i opracowania danych Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 7/18

11 Opracowanie danych GNSS NRT Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 8/18

12 Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych Wyznaczanie Zenith Total Delay (ZTD), Near Real Time (NRT) Wyniki estymacji ZTD metodą wzgledną: (Kapłon J., Rohm W., Bosy J., Sierny J. NRT GNSS data processing service for regional GNSS tomography. European Geosciences Union General Assembly 2011, Vienna - Austria, April 2011) Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 9/18

13 Obserwacje meteorologiczne z ASG-EUPOS Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych RINEX M file: Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 10/18

14 Obserwacje meteorologiczne z systemu METAR Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych METAR file: METAR: 2011/04/01 00:00 EPWR Z 23006KT 200V RA FEW013 BKN026 13/09 Q1016 Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 11/18

15 Obserwacje meteorologiczne z systemu SYNOP Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych SYNOP file: 12100,2011,03,24,06,00,AAXX // 885// = 12100,2011,03,24,12,00,AAXX = 12100,2011,03,24,18,00,AAXX = Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 12/18

16 Dostępność danych meteorologicznych Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych Schemat dostępności i pozyskania danych meteorologicznych Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 13/18

17 Integracja danych meteorologicznych - 1 Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych Procedura interpolacji: (Borkowski A., Bosy J., Kontny B. Meteorological Data and Determination of Heights in Local GPS Networks - Preliminary Results. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities (EJPAU), s. Geodesy and Cartography, Vol. 5 No. 2, Wrocław 2002) Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 14/18

18 Integracja danych meteorologicznych - 1 Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym Dane meteorologiczne Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych Wyniki dla stacji WROC i KATO: (Rohm W., Sierny J., Bosy J., Kaplon J. In-situ meteorological data interpolation and homogenization procedure for NRT GNSS tomography. European Geosciences Union General Assembly 2011, Vienna - Austria, April 2011) Wartości interpolowane(kolor czerwony), Wartości obserwowane (kolor niebieski) Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 15/18

19 GNSS tomography model W tomografii GNSS SWD jest związane z refrakcyjnością części mokrej troposfery N w przez równanie: SWD = A N w gdzie A to macierz planu. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 16/18

20 GNSS tomography model W tomografii GNSS SWD jest związane z refrakcyjnością części mokrej troposfery N w przez równanie: SWD = A N w gdzie A to macierz planu. Aby znaleźć refrakcyjność w elemencie modelu (voxlu) należy odwrócić równanie (1), co można w teorii uzyskać z metody najmnijeszych kwadratów. N w = (A T P A) 1 A T P SWD T gdzie P to macierz wag. Macierz wag P jest zbudowana jako odwrotność macierzy wariancyjno-kowariancyjnej obserwacji SWD według wzoru: P = C SWD 1. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 16/18

21 1 Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT 4DTPD) w troposferze na obszarze Polski. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 17/18

22 1 Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT 4DTPD) w troposferze na obszarze Polski. 2 Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 17/18

23 1 Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT 4DTPD) w troposferze na obszarze Polski. 2 Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem. 3 Integracja danych meteorologicznych i numerycznych modeli prognozy pogody pozwoli na budowę wysokorozdzielczych 4D modeli rozkładu parametrów meteorologicznych. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 17/18

24 1 Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT 4DTPD) w troposferze na obszarze Polski. 2 Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem. 3 Integracja danych meteorologicznych i numerycznych modeli prognozy pogody pozwoli na budowę wysokorozdzielczych 4D modeli rozkładu parametrów meteorologicznych. 4 Modele NRT stanu troposfery będą wykorzystywane w serwisach czasu rzeczywistego i postprocessingu systemu ASG-EUPOS zarówno obecnie funkcjonujących, jak proponowanym w tym projekcie module ultraszybkiego pozycjonowania GNSS. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 17/18

25 1 Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT 4DTPD) w troposferze na obszarze Polski. 2 Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem. 3 Integracja danych meteorologicznych i numerycznych modeli prognozy pogody pozwoli na budowę wysokorozdzielczych 4D modeli rozkładu parametrów meteorologicznych. 4 Modele NRT stanu troposfery będą wykorzystywane w serwisach czasu rzeczywistego i postprocessingu systemu ASG-EUPOS zarówno obecnie funkcjonujących, jak proponowanym w tym projekcie module ultraszybkiego pozycjonowania GNSS. 5 Opracowany w ramach projektu moduł da możliwość zaoferowania krajowym i międzynarodowym służbom meteorologicznych nie tylko obserwacji GNSS i meteorologicznych ze stacji permanentnych GNSS, ale gotowych produktów charakteryzujących się wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową dla obszaru Polski. Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 17/18

26 Dziękuję za uwagę Podziękowania Praca została zrealizowana w ramach grantu rozwojowego NCBiR N R pt. Budowa modułów wspomagania serwisów czasu rzeczywistego systemu ASG-EUPOS i z wykorzystaniem programu Matlab (nr licencji ) w ramach grantu obliczeniiowego WCSS ( Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r. 18/18