+ All Categories
Home > Documents > Cursuri Gps

Cursuri Gps

Date post: 25-Dec-2015
Category:
Upload: denisa-dobrescu
View: 42 times
Download: 12 times
Share this document with a friend
Description:
geografie
21
CURS 1 1. Forma şi dimensiunile Pământului 2. Sisteme geodezice de referinţă orizontale şi verticale 3. Geodezie fizică, acceleraţia gravitaţională, sisteme de cote 4. Măsuratori gravimetrice şi determinarea componentelor deviaţiei verticalei 5. Sisteme de poziţionare globală (GPS/GNSS) 6. Proiectarea SIG folosind determinările prin GPS 7. Segmentul utilizator GPS În cel mai general sens al GEODEZIEI reprezintă “împărţirea Pământului“. Geodezia are mai multe ramuri: Geodezie Geodezie fizică Gravimetrie Magnetism Astronomie geodezică Cartografie SIG Fotogrammetrie şi teledetecţie Imagini aeriene şi satelitare Topografie şi cadastru GEOMATICA Geomatica este un termen ştiinţific relativ nou, introdus de către Pollock and Wright în
Transcript
Page 1: Cursuri Gps

CURS 1

1. Forma şi dimensiunile Pământului

2. Sisteme geodezice de referinţă orizontale şi verticale

3. Geodezie fizică, acceleraţia gravitaţională, sisteme de cote

4. Măsuratori gravimetrice şi determinarea componentelor deviaţiei verticalei

5. Sisteme de poziţionare globală (GPS/GNSS)

6. Proiectarea SIG folosind determinările prin GPS

7. Segmentul utilizator GPS

În cel mai general sens al GEODEZIEI reprezintă “împărţirea Pământului“.

Geodezia are mai multe ramuri:

Geodezie

• Geodezie fizică

• Gravimetrie

• Magnetism

• Astronomie geodezică

Cartografie

• SIG

Fotogrammetrie şi teledetecţie

• Imagini aeriene şi satelitare

Topografie şi cadastru

GEOMATICA

• Geomatica este un termen ştiinţific relativ nou, introdus de către Pollock and Wright în

1969, cu intenţia de a combina termenii geodezie şi geoinformatică.

• Termenul a fost iniţial utilizat în Canada, deoarece este similar în engleză şi în franceză. Ulterior a fost adoptat de către Organizaţia Internaţională de Standardizare, Institutul Regal de Cartografie şi alte instituţii de profil. Totuşi, unele instituţii, în special din SUA, au preferat termenul de tehnologie geospaţială.

Page 2: Cursuri Gps

Geodezie, sau ştiinţe geodezice

Astronomie geodezică

Topografie (administrarea teritoriului, cadastru, aeriană, minieră, inginerească)

Cartografie, hărţi digitale

Hidrografie, navigaţie, calcule topografice şi spaţiale

Poziţionare Wireless

Fotogrammetrie şi teledetecţie

Scanare laser terestră şi aeropurtată

Sisteme informaţionale geografice, geoinformatica

Global Positioning System (GPS) sau Global Navigation Satellite Systems (GNSS)

Modelarea digitală a terenului

Retele

Computer-aided design (CAD)

Programarea aplicaţiilor dedicate

Management proiecte

Aplicaţii:

Mediu

Administrarea teritoriului

Planificare urbană

Managementul infrastructurilor

Monitorizarea şi exploatarea resurselor naturale

Cartografierea şi administrarea zonelor costiere

Excavările arheologice and şi culegerea de date pentru aplicaţiile SIG

Managementul riscurilor la dezastre

Navigaţie

Page 3: Cursuri Gps

Geografie

ISTORIA GEODEZIEI

Thales din Milet (625-447 Î.C.) este legat de primele idei documentate legate de geodezie.

Pitagora (născut în 582 Î.C.): a declarat “Pământul este rotund”.

Prima hartă a bolţii cereşti a fost întocmită de către Eudoxus (408-355 Î.C), care de asemenea a determinat lungimea unui an aproape exact - 365.25 zile.

Aristotel (384-322 Î.C.) a formulat primele argumente legate de sfericitatea Pământului, primele idei legate de gravimetrie, primele estimări ale dimensiunii Pământului: circumferinţa la Ecuator: 400,000 stadii, o stadie = aprox. 600 picioare.

Aristarchus (310-250 Î.C.) a făcut primele încercări privind determinarea distanţelor şi dimensiunilor soarelui şi lunii.

Eratostene, Alexandria, Egipt (276-195 Î.C.) este primul care a determinat dimensiunea Pământului. Rezultatele lui au fost cu 16% mai mari. Este considerat fondatorul geodeziei.

Eratostene este primul care a măsurat circumferinţa Pământului folosind ecuaţia: (360° ÷ θ) x (s)

unde (s) reprezintă distanţa între 2 puncte pe direcţia Nord-Sud aflate pe suprafaţa Pământului iar θ reprezintă unghiul la centru Pământului între cele două puncte.

Eratosthenes a obţinut unghiul θ folosind razele soarelui. În ziua solstiţiului de vară la prânz într-o fântână din Syene (acum Aswan, Egypt), soarele lumina în interior fără nici o umbră. În aceeaşi zi în Alexandria, Egipt, el a observat că soarele arunca o umbra de aprox. 7°.12. Combinând aceste valori cu distanţa de aprox. 4.400 stadii între Syene and Alexandria avem: 360°÷ 7,12°=50; 50 x 4.400 =220.000 stadii, sau aprox. 40.234 km. Valoarea acceptată astăzi este de aprox. 40.000 km.

Page 4: Cursuri Gps

Poseidonius (135-50 Î.C.) de asemenea a determinat dimensiunea Pământului măsurând arcul de cerc între Rhodos şi Alexandria. Rezultatele lui au fost cu 11% mai mari.

Arabii (califul Abdullah al Mamun) în jurul anului 827 D.C., în apropierea Baghdadului au făcut determinări ale dimensiunii Pământului cu doar 3.6% mai mari.

În perioada Evului Mediu, geodezia a decăzut datorită teologiei şi Inchiziţiei.

Explorările majore au revenit la sfârşitul secolului 15 odată cu: Columb (1492), Vasco da Gama (1497), Magellan (1519). Extinderea cunoştinţelor geografice a generat noi profesii: desenarea hărţilor şi cartografia.

Amerigo Vespucci (1451-1512) a realizat prima hartă a coastei Pacifice a Americii de Nord şi a botezat continentul.

Mercator poate fi considerat tatăl cartografiei moderne.

Semne ale revigorării geodeziei pot fi găsite la mijlocul secolului al XV-lea, odată cu inventarea telescopului, utilizarea triangulaţiei pentru măsurarea arcelor, introducerea teoriei gravităţii, utilizarea calculului diferenţial şi integral, standardizarea lungimii şi introducerea compensărilor prin cele mai mici pătrate. (Copernic, Galileo, Kepler – inventarea telescopului, Stevin – introducerea gravimetriei).

În 1615 olandezul Willebrord Snellius a măsurat un arc de peste 80 de mile folosind o serie de 33 de triunghiuri. Calculele sale privind circumferinţa Pământului au fost cu 3.4 % mai mici.

În 1669-1670 francezul Jean Picard a măsurat un arc pe meridianul care trece prin Paris şi a obţinut o valoare doar cu 0.7% mai mare.

Newton a avut nevoie şi a utilizat măsurătorile lui Picard în dezvoltarea teoriei gravităţii universale, publicată în 1687. De asemenea, Newton a concluzionat ca

Pământul este turtit la poli datorită mişcării de rotaţie

Reţele de puncte având poziţiile orizontale determinate prin măsurători de unghiuri şi ocazional distanţe, cunoscute astăzi ca reţele de triangulaţie, au început să fie utilizate în sprijinul realizării hărţilor.

Laplace: pune fundamentele mecanicii cereşti moderne, a teoriei mareelor.

Gauss: defineşte geoidul, inventează metoda celor mai mici pătrate.

În secolul 19 majoritatea instrumentelor matematice utilizate în prezent în geodezie erau inventate. Euler (1707-83), Lagrange (1736-1813), Fourier(1768-1830).

Mijlocul secolului 20 – revoluţia tehnologică.

Page 5: Cursuri Gps

Sistemele de detectare şi măsurare a distanţelor folosind unde radio;

Radarul;

Dezvoltarea calculatoarelor şi a calculelor numerice;

Dispozitivele electromagnetice precise de măsurare disponibile şi pentru geodezi (lumina polarizată, unde radio, laser);

Lansarea sateliţilor – salt uriaş în geodezie.

FORMA SI FIGURA PAMANTULUI

Dimensiunile Pământului

• Circumferinţa la Equator 40,074 km

• Circumferinţa la Poles 40,007 km

• Diametrul la Equator 12,756 km

• Diametrul la Poles 12,714 km

• Suprafaţa totală 510 million km2

• Suprafaţa uscatului 149 million km2

• Procentajul suprafeţei uscatului 29%

• Procentajul suprafeţei acoperite de apă 71%. FACTORI CARE AFECTEAZA FORMA PAMANTULUI (FIG. DE MAI JOS)

Page 6: Cursuri Gps

De-a lungul istoriei, "figura Pământului“ a trecut de la modele plane la modele sferice suficient de precise pentru a permite explorarea, cartografierea şi navigaţia la nivel global.

Cele 4 suprafeţe utilizate pentru modelarea formei Pământului:

Planul

Sfera

Elipsoidul

Geoidul

În prezent 3 suprafeţe au o importanţă deosebită:

Suprafaţa topografică

Suprafaţa elipsoidului

Suprafaţa geoidului

Modelele plane ale Pământului sunt folosite şi în prezent pentru măsurători pe distanţe mici, pentru care valoarea curburii terestre este nesemnificativă (de ordinul zecilor de km).

Modelele sferice ale Pământului aproximează suprafaţa acestuia cu o sfera de o anumită rază.

• Modelele sferice sunt des utilizate în sistemele de navigaţie pe distanţe mici (VOR-DME) şi pentru diverse aproximări la nivel global.

Page 7: Cursuri Gps

• La nivelul polilor, diferenţa între raza medie a sferei şi raza reală este în jurul a 20 km.

Modelele elipsoidale ale Pământului sunt necesare pentru determinarea de unghiuri şi lungimi pe distanţe foarte mari.

• Receptoarele pentru navigaţia folosind Loran-C şi GPS folosesc modele elipsoidale pentru determinarea poziţiilor.

• Modelele elipsoidale se definesc printr-o semiaxă mare şi o semiaxa mica (o raza ecuatorială şi o raza polară).

• Cele mai bune modele pot avea în raport cu suprafaţa liniştită a mărilor şi oceanelor variaţii de până la 100 m.

ELIPSOIDUL

Un elipsoid este definit fie prin semiaxa mare, a şi semiaxa mică, b, fie prin a şi prin turtire. Turtirea reprezintă diferenţa dintre lungimile celor două semiaxe exprimate ca o fracţie sau ca un număr zecimal.

Turtirea, f, este: (a-b)/a

O altă mărime, care ca şi turtirea descrie suprafaţa elipsoidului (sferoidului) este pătratul excentricităţii, e2.

Ea este dată de relaţia:

Oferă cea mai bună aproximare matematică a Pământului

Suprafaţă geometrică simplă

Nu poate fi “simţit” de către instrumente

Geoidul

Geoidul este un termen grecesc la origine

şi însemna “de forma Pământului” şi reprezintă cea mai uzuală aproximare a formei Pământului.

Reprezintă suprafaţa echipotenţială a câmpului gravific al Pământului care aproximează cel mai bine nivelul mediul al mării la nivel global.

Geoidul

Limitări:

Nu are o formula matematică completă.

Page 8: Cursuri Gps

Variaţiile suprafeţei care apar în timp pot introduce erori în determinări.

Neregularităţile suprafeţei ar necesita un număr prohibitiv de calcule.

CURS 2

SISTEME DE COORDONATE EEMENTARE

Sisteme clasice, utilizate în geometrie şi trigonometrie.

Utilizate pentru reprezentarea punctelor în spaţiul bidimensional sau tridimensional.

René Descartes (1596-1650) a introdus sistemele de coordonate ortogonale (folosesc unghiuri drepte).

Aceste sisteme bidimensionale sau tridimensionale, utilizate în geometria analitică, sunt denumite frecvent sisteme carteziene.

Sistemele care se bazează pe unghiuri măsurate faţă de o axă şi pe distanţe se mai numesc şi sisteme polare.

1. Sisteme de coordonate plane (bidimensionale, 2D)

Sistemele de coordonate bidimensionale sunt definite într-un singur plan.

Page 9: Cursuri Gps

2. Sisteme de coordonate tridimensionale(3D)

Sistemele de coordonate tridimensionale sunt definite cu ajutorul a două plane ortogonale

SISTEME DE COORDONATE UTILIZATE IN GEOMATICA

Coordonate geocentrice sau coordonate carteziene Earth Centered, Earth Fixed (ECEF).

Coordonate sferice sau coordonate geografice

Coordonate proiectate sau în sistemul de proiecţie

COORDONATELE GEOCENTRICE ECEF

Coordonate geocentrice sau coordonate carteziene Earth Centered, Earth Fixed (ECEF).

Coordonatele carteziene ECEF X, Y şi Z definesc poziţiile tridimensionale ale punctelor în raport cu centrul de masă al elipsoidului de referinţă

Definire:

Axa Z este orientată din centrul elipsoidului (originea sistemului) către polul nord.

Axa X este dată de linia de intersecţia a planelor definite de primul meridian şi ecuator.

Axa Y este dată de linia de intersecţia a unui plan rotit cu 90◦ spre est faţă de primul meridian şi planul ecuatorial.

Page 10: Cursuri Gps

Acest sistem este utilizat de către GPS pentru calculele interne.

Datorită modului de definire şi a relaţiilor de calcul aceste coordonate sunt rar afişate de către receptoarele GPS, fiind în mod frecvent convertite în alte sisteme.

SISTEMUL DE COORDONATE GEOGRAFICE-GCS

Coordonatele sferice sau coordonatele geografice sunt probabil cele mai cunoscute tipuri de coordonate.

Aces sistem foloseşte o suprafaţă sferică tridimensională pentru definirea poziţiilor pe suprafaţa terestră.

Un punct este definit cu ajutorul longitudinii şi latitudinii.

Cercurile mari şi cercurile mici

Un CERC MARE este cercul de pe suprafaţa sferei a cărui plan intersectează centru acesteia.

Un cerc mare împarte sfera în două părţi simetrice.

Cercurile mari şi cercurile mici

CERCUL MIC – Orice cerc de pe suprafaţa sferei care nu este un cerc mare.

CERCUL MIC este orice cerc de pe suprafaţa sferei a cărui plan nu conţine centru acesteia.

LATITUDINEA:

Paralele sau liniile de latitudine – Cercuri mici ale căror plane sunt paralele cu planul ecuatorial.

Măsurate în grade relativ la Ecuator.

LONGITUDINEA:

Meridianele sau liniile de longitudine – Arce pe un cerc mare de la un pol la altul (jumătăţi de cerc mare).

Primul meridian – selectat în mod arbitrar în 1884 ca fiind meridianul care intersectează Observatorul Regal Greenwich, Anglia

LATITUDINEA sau paralelele au valori între 0 şi 90 de grade, nord sau sud faţă de Ecuator.

LONGITUDINEA sau meridianele au valori între 0 şi 180 de grade, est sau vest faţă de Primul meridian.

SISTEMELE DE COORDONATE ALE PROIECTIEI (PROIECTATE)

Page 11: Cursuri Gps

Acest sistem de coordonate are o origine (polul proiecţiei), o abscisă (axa orizontală) şi o ordonată (axa verticală). Coordonatele unui punct sunt date de valoarea distanţelor faţă de origine pe direcţiile est – vest respectiv nord – sud.

Valorile coordonatelor sunt date de obicei în metri sau picioare, iar în programele de specialitate mai sunt referita ca eastings şi northings.

În vederea eliminării valorilor negative ale coordonatelor şi a greşelilor ce pot fi induse de către acestea, în general originea acestor sisteme de coordonate este translatată, astfel încât valorile coordonatelor să fie exclusiv pozitive.

Aceste translaţii mai sunt referite în programele de specialitate ca false eastings şi false northings

DATUMUL

Datum-ul geodezic defineşte mărimea şi forma Pământului, precum şi originea şi orientarea sistemului de coordonate utilizat la cartografierea terenului.

Un datum defineşte poziţia relativă a elipsoidului în raport cu centrul Pământului.

Originea elipsoidului WGS84 este în centru de masă al Pământului, ceea ce îl face ideal ca datum GPS.

CALCULE GEODEZICE

Determinări de coordonate

Determinări de distanţe

Determinări de unghiuri

Determinări de suprafeţe

2D

3D

Pe sferă/elipsoid

CONVERSIILE DE COORDONATE

Carteziene - polare

Geografice – geocentrice

Geografice – proiectate

DISTANTELE PE ELIPSOID

Page 12: Cursuri Gps

Arcul de cerc mare - Ortodroma

Distanţele pe arcul de cerc mare între două puncte este dificil de măsurat pe suprafaţa globului şi nu poate fi măsurat cu precizie pe hartă datorită deformărilor introduse de reprezentarea Pământului tridimensional pe o hartă plană.

Arcul de cerc mare - Ortodroma

Totuşi, distanţele pe un cerc mare pot fi uşor calculate pe baza coordonatelor geografice ale celor două puncte de capăt, folosind următoarea formulă din trigonometria sferică:

cos D = ( sin φa )(sin φb) + (cos φa)(cos φb)(cos P) unde:

– D este distanţa unghiulară între punctele A şi B

φa este latitudinea punctului A

φb este latitudinea punctului B

P reprezintă diferenţa longitudinilor punctelor A şi B

Latitudinile sudice şi longitudinile vestice sunt considerate unghiuri negative.

Loxodroma

Loxodromele, uneori numite şi linii de navigaţie, sunt linii având direcţia constantă. Ele intersectează meridianele mereu sub acelaşi unghi. Toate meridianele şi paralelele sunt loxodrome. Celelalte loxodrome, de ex. către

NV vor determina o spirala convergentă către poli.

CURS 3-4

CAMPUL MAGNETIC TERESTRU

Polul Nord magnetic este localizat în zona arctică canadiană având latitudinea 82°N şi longitudinea 248°E. Polul Sud magnetic este localizat în oceanul Antarctic având latitudinea 65°S şi longitudinea 138°E.

Poziţia lor nu este antipodală, această asimetrie fiind o altă măsură a complexităţii acestui câmp.

CAMPUL GRAVITATIONAL TERESTRU

Legea atracţiei gravitaţionale a fost formulată de Isaac Newton (1642-1727) şi publicată în 1687, cam la trei generaţii după ce Galileo a determinat mărimea acceleraţiei gravitaţionale şi după ce Kepler a descoperit “legile” empirice care descriu orbitele planetelor.

Page 13: Cursuri Gps

Forţa de atracţie gravitaţională între două corpuri de mase m, respectiv M, aflate la distanţele r0

reespectiv r este:

G este constanta gravitaţională universală:

G =6.673 × 10−11 ms−2 (or N m2 kg−2), are aceeaşi valoare pentru toate perechile de particule. G nu trebuie confundată cu g, acceleraţia gravitaţională.

Anomalia gravităţii:

Gravitatea reală (suprafaţa terestră)

Gravitatea normală (elipsoid) –

ANOMALIILE GRAVITATII

Anomaliile Faye (în aer liber) –

Anomaliile Bouguer incomplete –

Anomaliile Bouguer complete –

Anomaliile Bouguer perfecţionate (simple)

UTILIZAREA SATELITILOR IN GRAVIMETRIE

Page 14: Cursuri Gps

Gradiometrie

CHAMP (CHAllenging Mini-sattelite Payload) - Germany, 454 km, GPS tracked.

GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) – Germany/USA, followed CHAMP, 2 satellites, ~480 km. altitude, ~170-270 km in-between.

GOCE (Global Ocean Circulation Experiment) – ESA, 260 km.

DEVIATIA VERTICALEI

Relaţiile dintre latitudinile, longitudinile şi azimuturile geografice şi cele atronomice:

φ = Φ - ξ latitudine

λ = Λ - η/cos φ longitudine

α = Α - η tan φ azimut

• unde– φ = latitudinea geodezică Φ = latitudinea astronomică

– λ = longitudinea geodezică Λ = longitudinea astronomică

– α = azimutul geodezic Α = azimutul astronomic

Componentele deviaţiei verticalei pe geoid:

SISTEME DE ALTITUDINI

Altitudinile obţinute prin nivelment

Altitudinile dinamice

Altitudinile ortometrice

Altitudinile normale

Altitudinile elipsoidale

CURS 5BIS

Page 15: Cursuri Gps

NAVSTAR-GPS

GPS

Page 16: Cursuri Gps
Page 17: Cursuri Gps

Recommended