Današnje pozicioniranje i navigacija nezamislivi su bez korištenja GNSS-a (eng. Global Navigation Satellite System). Određivanje položaja korištenjem satelitske tehnologije toliko je rašireno u svijetu da je gotovo nemoguće pronaći ljudsku djelatnost koja se na neki način ne oslanja na istu. Naravno, vrlo je bitno shvatiti kako primjena takve tehnologije u određenoj industriji značajno ovisi o razini točnosti i dostupnosti koju je moguće i potrebno postići. Danas se najpreciznija i najtočnija GNSS mjerenja provede u geodetske svrhe, s ciljem određivanja centimetarski preciznih 3D koordinata točaka na Zemljinoj površini. Metoda određivanja položaja koju geodeti pritom najčešće koriste naziva se GNSS RTK (eng. Real Time Kinematics).
Osnove satelitskog pozicioniranja
Satelitsko pozicioniranje temelji se na umjetnim satelitima koji kruže u Zemljinoj orbiti, na udaljenosti od otprilike 20,000 km od Zemlje (udaljenost varira između različitih satelitskih sustava). Položaji svih satelita poznat su u jedinstvenom nebeskom koordinatnom sustavu te isti odašilju radio valove poznate frekvencije. Ti radio valovi dolaze do Zemlje gdje ih GNSS prijemnici prikupljaju i iskorištavaju za potrebe određivanja svog položaja u jedinstvenom globalnom koordinatnom sustavu. Položaj prijemnika određuje se mjerenjem vremena koje je potrebno signalu da prijeđe put između satelita i antene. Budući da je položaj satelita poznat, satelitsko pozicioniranje može se donekle poistovjetiti sa geodetskom metodom lučnog presjeka, gdje se pomoću mjerenih udaljenosti određuju koordinate nepoznate točke, u ovom slučaju GNSS prijemnika (slika 1). U teoriji, za prostorni lučni presjek potrebna su minimalno 3 mjerenja (3 satelita), ali za potrebe satelitskog pozicioniranja nužno je uzeti u obzir kako su satovi GNSS satelita višestruko precizniji od satova GNSS prijemnika, te je potrebno uvesti još jedno mjerenje zbog korekcije vremena. Prema tome, za određivanja položaja potrebna su opažanja sa barem 4 satelita.
Precizno GNSS pozicioniranje – RTK metoda rada
U geodetskoj praksi nužno je postići visoku točnost mjerenja i konačnih 3D koordinata točaka. Kako bi to bilo izvedivo, geodetska praksa najčešće koristi RTK metodu rada. Navedena se metoda temelji na principu diferencijalnog pozicioniranja, što znači da se položaj jednog GNSS prijemnika određuje u odnosu na drugi, čije su 3D koordinate poznate.
Prijemnik koji je postavljen na točku sa poznatim koordinatama naziva se bazni prijemnik te služi za odašiljanje tzv. diferencijalne korekcije. Prijemnik koji služi za određivanje koordinata novih točaka naziva se rover. On prima korekcije baznog uređaja te u odnosu na njih i vlastita mjerenja izračunava svoj precizan položaj. Korekcija se između 2 prijemnika može prenositi putem radio ili internetske veze. Vrlo je bitno da oba uređaja primaju signale istih satelita. Kako bi se dobila centimetarska točnost 3D koordinata, nužno je da oba prijemnika „vide“ minimalno 5 istih satelita. Pojednostavljen prikaz RTK metode rada nalazi se na slici 2.
GNSS mreže – CROPOS
Tradicionalni princip RTK pozicioniranja zahtjeva od korisnika da ima 2 GNSS prijemnika: bazu i rover. Takav pristup može biti financijski zahtjevan te su zbog toga u svijetu razvijene tzv. GNSS referentne mreže. Radi se o velikom broju GNSS baznih uređaja koji su raspoređeni na prostoru jedne regije ili čak države, te su međusobno povezani u jedinstveni sustav koji računa i šalje diferencijalne korekcije korisnicima koristeći internetsku vezu. Uz ovakav pristup, korisnici mogu raditi bez baznog uređaja na područjima gdje je GNSS mreža dostupna. GNSS mreže značajno smanjuju troškove opreme, olakšavaju terenski posao, omogućuju rad na većim udaljenostima od baznih uređaja te daju homogeno GNSS rješenje na cijelom području rada. Primjer takve mreže u Republici Hrvatskoj je CROPOS. Navedeni sustav pokriva područje cijele države te omogućuje visoku točnost mjerenja u realnom vremenu. Unatoč značajnim prednostima koje GNSS mreže donose, one ipak imaju i određene nedostatke:
- Preciznost i točnost koordinata može varirati u odnosu na tradicionalne baza-rover sustave, prvenstveno zbog dužih baznih linija (udaljenosti između baznih stanica i rovera) i potrebe za interpolacijom rješenja
- GNSS mreže ovise o dostupnosti mobilnog signala. Bez internetskog pristupa nije moguće primiti korekcije baznih uređaja te postići centimetarsko rješenje
- RTK rješenje podložno je problemu kašnjenja diferencijalnih korekcija, što zbog preopterećenosti servera, što zbog slabijeg mobilnog signala. Ukoliko korekcije kasne, GNSS prijemnici nastoje interpolirati rješenje za dani vremenski trenutak, što može rezultirati pogrešnim koordinatama.
Zbog navedenih se razloga u praksi i dalje koriste i preporučuje tradicionalni baza-rover sustavi, naročito za potrebe inženjerskih mjerenja. Baza-rover sustavi u praksi najčešće postižu točnost od 1-2 cm položajno i 2-3 cm visinski. S druge strane, točnost mrežnog RTK-a (npr. CROPOS) može varirati između 2 i 5 cm položajno te 4-10 cm visinski.
RTK FIX = centimetarska točnost?
GNSS RTK metoda mjerenja postala je najpopularnija geodetska metoda rada, kako u svijetu, tako i u Hrvatskoj. Mogućnost određivanja preciznih 3D koordinata u realnom vremenu uvela je revoluciju u struku koja se je još donedavno oslanjala na triangulaciju, trilateraciju i poligonometriju za uspostavljanje geodetske osnove. Postepena komercijalizacija precizne geodetske GNSS opreme, kao i razvoj GNSS mreža doprinijeli su postepenom sniženju cijena, kako instrumentarija, tako i same usluge. Broj proizvođača opreme vrtoglavo je porastao, a „precizni GNSS prijemnik“ nikad nije bio dostupniji širokim masama. Zbog svega navedenog, proizvođači su morali osmisliti nove načine da se istaknu između velikog broja „sličnih“ prijemnika. Nažalost, neki su odabrali smjer koji je naposlijetku rezultirao smanjenjem kvalitete samih mjerenja, a sve u svrhe što većeg broja mjerenja sa tzv. „fiksnim“ rješenjem.
„Fiksno“ rješenje ili RTK FIX je oblik GNSS rješenja koje prijemnici ispisuju kada „vjeruju“ da su, temeljem statističkih pokazatelja, izračunali centimetarski precizne 3D koordinate. Drugim riječima, izraz „fiksno rješenje“ u svijetu je postao sinonim za centimetarsku točnost pozicioniranja. Nažalost, u praksi to nije baš tako, budući da prijemnici nemaju nikakav sustav kontrole vanjske točnosti te ne mogu sa stopostotnom sigurnošću utvrditi da je rješenje doista u rangu centimetarske točnosti. Više nije rijedak slučaj da rješenja označena sa „RTK FIX“ porukom budu pogrešna. Do toga može doći iz više razloga, od kojih su sljedeći najčešći:
- mjerenje u teškim uvjetima – ispod stabala, blizu zgrada, blizu staklenih površina…
- kašnjenje diferencijalne korekcije zbog slabog mobilnog signala
- niža kvaliteta GNSS antena i prijemnika
- nedovoljno robusni softverski algoritmi za izračun položaja prijemnika
Ovakve situacije nažalost su sve češće i zbog činjenice da ponekad sami proizvođači GNSS prijemnika potiču korisnike da rade u vrlo zahtjevnim (a ponekad i nemogućim) uvjetima za GNSS opažanja, obećavajući pritom „fiksno rješenje“. Kako bi zadovoljili svoje korisnike i pokazali da njihovi uređaji mogu raditi i u najtežim uvjetima, neki su proizvođači značajno povećali tolerancije te smanjili sustave kontrole kvalitete mjerenja u svojim GNSS prijemnicima, omogućivši im dobivanje „fiksnog rješenja“ koje može biti iznimno nepouzdano. Primjeri takvih situacija vidljivi su na slikama 3 i 4.
Prikazane su situacije doista banalne, budući da sateliti odašilju radio signal koji mora prijeći više od 20,000 km te proći kroz različite atmosferske slojeve kao što su ionosfera i troposfera da bi stigao do korisnika na Zemlji. Snaga signala satelita prilikom emitiranja je oko 30 W, te se nakon opisanog puta od satelita do antene prijemnika njegova snaga smanji za faktor od 1018. Korištenje takvog slabog signala za precizno pozicioniranje samo je po sebi izazovno. Postavljanjem GNSS prijemnika blizu fizičkih prepreka kao što su zgrade i gusta vegetacija, korisnici samo još dodatno oslabljuju već izrazito slab GNSS signal, čineći ga iznimno nepouzdanim za dobivanje kvalitetnih 3D koordinata.
Zaključak
GNSS RTK metoda rada doživjela je globalnu ekspanziju kao nijedna geodetska metoda prije nje. Mnoge struke, koje vrlo često nisu povezane sa geodezijom, prihvatile su i svakodnevno iskorištavaju blagodati GNSS tehnologije. Međutim, kako je metodologija postajala sve komercijalnija i dostupnija, ispostavilo se da velik broj korisnika zapravo zna vrlo malo o osnovama GNSS pozicioniranja. Činjenica je da je i dalje riječ o vrlo kompleksnoj tehnologija, čija efikasnost ovisi o mnogim parametrima, kao što su:
- opći uvjeti opažanja
- atmosferski uvjeti
- kvaliteta GNSS prijemnika i pripadnih programskih rješenja
- dostupnost mobilnog Internet signala
- broj, raspored i geometrija satelita
Na kraju se može zaključiti kako korisnik može utjecati na samo jedan od navedenih parametara, a to je odabir GNSS prijemnika. Unatoč velikom broju proizvođača na tržištu, praksa je pokazala kako profesionalni korisnici, odnosno oni koji beskompromisno trebaju pouzdano i točno GNSS rješenje, i dalje najviše vjeruju tvrtkama koje imaju dugu tradiciju proizvodnje iznimno kvalitetnih, robusnih i provjerenih GNSS rješenja, kao što je npr. Topcon. Za očekivati je kako će segment geodezije uvijek biti onaj koji će zahtijevati najkvalitetnije i najtočnije prostorne podatke, a odabir pravog hardverskog i softverskog rješenja, kao i edukacija o problematici GNSS pozicioniranja najbolja su ulaganja u budućnost.
Comments are closed