Vejledning til koordinatberegning udenfor bynære områder i Grønland Finn Bo Madsen, DTU Space Indledning Principielt sker der altid en forringelse af GNSS målingers nøjagtighed når resultaterne ønskes repræsenteret i et andet system end den aktuelle referenceramme som præcise baner og IGS stationer er beskrevet i. Forringelsen skyldes bl.a. at fikspunkter er præsenteret som punkternes beliggenhed til et bestemt tidspunkt. I Grønland er fikspunkter præsenteret i en geodætisk referenceramme kaldt Greenland 1996 (eller blot gr96 ). Årstallet 1996 refererer til tidspunktet for den overordnede tilknytning til den International Terrestrial Reference Frame (ITRF) (se fakta boks). Greenland 1996 er bestemt i ITRF94 til epoken 15. August, 1996. Skal der bestemmes koordinater til nye stationer kan man fastholde en referencestation der er bestemt i gr96 og bestemme den nye relativt i forhold hertil. Indenfor kortere afstande vil den relative geometri mellem reference og ny station ikke have ændret sig. I byområder og i umiddelbar nærhed af disse vil dette være den enkleste fremgangsmåde. Udenfor byområder hvor afstanden til den nærmeste gr96 station er så stor at man ikke kan antage den relative geometriske konsistens, må det anbefales at bestemme koordinater direkte i den aktuelle referenceramme. Tidsreferencen bør være midt i den aktuelle episodiske målekampagne. Ved beregning over lange afstande anbefales at benytte beregnings programmer der benytter avancerede modeller for bl.a. jordens fysiske parametre (gravitation, rotation, polbevægelser mm.), tideeffekter, atmosfæriske påvirkninger (troposfære, ionosfære), og fasecenter variationer for satellit og modtager antenner. Den software der udbydes af modtagerfabrikanter benytter normalt ikke avancerede modeller, og egner sig derfor ikke til beregning over flere ITRF beskrives ved fysiske permanente geodætiske stationers beligghed på jordskorpen til et givet tidspunkt samt den hastighed hvormed stationerne beliggenhed ændres. For at give mulighed for at forbedre metoder og fysiske modeller samt korrigere for jordskælv mv, introduceres med få års mellemrum nye ITRF referencerammer der benævnes med årstal for beregningsanalyse. ITRF bestemmes ved analyser af Very Long Baseline Interferometry (VLBI), Global Positioning System (GPS), Satelite Laser Ranging(SLR) og Doppler Orbitography Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS). International GNSS Service (IGS) definerer for hver ny ITRF en referenceramme bestemt ved GPS alene. Disse kaldes IGS[yy], hvor yy er den årstalsforkortelse der svarer til ITRF[yyyy]. IGS08 som er den aktuelle referenceramme er bestemt ved 232 globale permanente GNSS stationers placering den 1. januar 2005, samt den hastighed hvormed disse ændres. Page 1
hundrede kilometer. De mere videnskabelige software der er velegnede til beregning over lange afstande kræver ofte stor indsigt at benytte korrekt. Internet baserede beregningstjenester Der findes imidlertid et udbud af web baserede tjenester hvor man kan overføre GNSS data filer i Rinex format og efterfølgende modtage en mail med beregningsresultater. Her skal nævnes følgende to tjenester: 1. SCOUT, der benytter relativ punktbestemmelse i forhold til 3 af de permanente stationer (IGS m.fl.) som Scripps routinemæssigt beregner koordinater til (http://sopac.ucsd.edu/cgibin/scout.cgi). 2. CSRS PPP, der benytter præcis enkeltpunkt bestemmelse. CSRS PPP er pt. den mest veldokumenterede og er desuden den hurtigste og det anbefales derfor at tilmelde Asiaq som bruger på siden http://www.geod.nrcan.gc.ca/online_data_e.php. Øvrige ressourcer Som forudsætning for et pålideligt resultat skal de basale informationer i Rinex datafilen være korrekt og i overensstemmelse med IGS s vedtægter for modtager og antenne beregnelser samt konventioner for måling af antennehøjder. Den generelle beskrivelse af Rinex formatet findes på http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/rinex211.txt, mens beskrivelsen af antenner og radomes findes på: http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/station/general/rcvr_ant.tab Rinexfiler håndteres mest sikker af programmet teqc. Beskrivelse og download af programmet findes på http://facility.unavco.org/software/teqc/teqc.html. Data fra GNET stationer findes på ftp://data out.unavco.org/pub/rinex/ Komplette broadcast ephemeris findes på ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/gps/data/daily/2011/brdc/ Beregning af harmoniske konstanter til ocean loading http://froste.oso.chalmers.se/loading Programmer til at dekomprimere UNIX compress samt UNIX grep findes på ftp.spacecenter.dk/pub/asiaq/koordinatberegningcsrs PPP/Programmer Eksempel fra Sødalen 2011 I det følgende beregnes koordinater til 3 Asiaq stationer ved Sødalen samt GNET stationerne KUAQ og MIK2. Grundlaget er 3 Rinexfiler modtaget fra Asiaq samt dagsfiler for KUAQ og MIK2 hentet på Unavco s ftp server: Page 2
Reformattering og kvalitetskontrol med TEQC Filen skae1860.11o indeholder data fra dag 185, 186, 187 og 188, mens filerne soed1890.11o og mikf1900.11o kun indeholder data fra hhv dag 189 og 190. GNET stationerne er opdelt i døgnfiler for dage tilsvarende dag i året delen af filnavnet. 1. Filerne fra Asiaq omdøbes (session numre): a. SKAE1860.11O omdøbes til SKAE1862.11O b. SOED1890.11O omdøbes til SOED1892.11O c. MIKF1900.11O omdøbes til MIKF1902.11O 2. SKAE, SOED og MIKF filerne opdateres med korrekte marker name ( O.mo) og antenne og radomenavn ( O.at) ved brug af TEQC. Radomenavn skal stå i kolonne 17 20 i antenneordet. Ved inkorrekt antenna/radome navn gives en fejlmeddelelse fra TEQC. Modtager nummer og type er angivet korrekt på forhånd. Se skærmoutput i Figur 1 nedenfor 3. SKAE filen opdeles med TEQC i døgnfiler (se figur 2 nedenfor) 4. Kvalitetskontrol med TEQC (se figur 3 med batch inputfil nedenfor) 5. Summary af kvalitetskontrol med TEQC (se figur 4 nedenfor) Figur 1 Marker name og antenna type med TEQC Page 3
Figur 2 Opdeling af SKAE1861.11O i døgnfiler Figur 3 Batch inputfil til TEQC Page 4
Figur 4 Summary af kvalitetskontrol med TEQC (SUM linie fra *.11S filer) Beregning af harmoniske konstanter til ocean loading På cartesiske koordinater fra Rinex header for hver station indsættes på http://froste.oso.chalmers.se/loading Figur 5 Input til ocean loading model Page 5
Resultater sendes til angiven email adresse, indholdet markeres og kopieres til en fil her kaldt SODALEN2011.BLQ (se figur 6) Figur 6 Uddrag af output fra ocean loading Page 6
Beregning af koordinater Koordinater beregnes for hver enkelt station hver enkelt dag via CSRS PPP interface som vist i figur 7 Figur 7 Input til CSRS PPP I mail fra CSRS PPP findes er quick look af de bestemte koordinater og spredninger. Derudover findes et link der f.eks. ser ud som følger: Page 7
http://webapp.csrs.nrcan.gc.ca/field/data/20120525_0070_skae1850/20120525_0070_skae1850_full_ou tput.zip> Ved aktivering af dette link kan en zip fil downloades. Filen indeholder: PDF dokumentet indeholder grafik der viser sky plot, profiler over Kalman filterets korrektioner til apriori værdier for længde, bredde og højde som funktion af tiden, zenith troposfære korrektioner, korrektioner til modtager ur, residualer til fase og kodeobservationer. SUM filen indeholder den mest detaljerede dokumentation for beregningen så som præcise baner og urkorrektioner, Kalman filter værdier, satellit og modtager antenne fasecentervariationer, ocean loading harmoniske konstanter, a priori meteorologi fra Global Temperature and Pressure (GPT), troposfære modellering og mapping funktioner, statistik over observationer og resultater for koordinater og urfejl. Beregnede koordinater for de enkelte stationer og dage er sammenstillet i regneark vist i figur 8. SKAE Day of year X [m] Y [m] Z [m] hh.hh 185 2024615,7221 1249570,0395 5898527,3152 12,71 186 2024615,7253 1249570,0396 5898527,3175 23,74 187 2024615,7254 1249570,0379 5898527,3177 23,74 188 2024615,7271 1249570,0365 5898527,3206 20,80 Avg 2024615,7271 1249570,0365 5898527,3206 80,99 Std 0,0021 0,0015 0,0022 SOED Day of year X [m] Y [m] Z [m] 189 2027858,0026 1236690,0827 5899695,7321 7,58 MIKF Day of year X [m] Y [m] Z [m] 190 2028562,6643 1243127,2345 5898038,2431 5,63 KUAQ Day of year X [m] Y [m] Z [m] 185 1957695,9966 1273906,4727 5916113,7548 24,00 186 1957695,9971 1273906,4669 5916113,7541 24,00 187 1957695,9960 1273906,4692 5916113,7591 24,00 Page 8
188 1957696,0010 1273906,4653 5916113,7624 24,00 189 1957695,9950 1273906,4717 5916113,7577 24,00 190 1957695,9994 1273906,4659 5916113,7593 24,00 Avg 1957695,9950 1273906,4717 5916113,7577 144,00 Std 0,0008 0,0018 0,0022 MIK2 Day of year X [m] Y [m] Z [m] 185 2032023,3119 1242876,3460 5897693,5662 24,00 186 2032023,3115 1242876,3490 5897693,5719 24,00 187 2032023,3120 1242876,3471 5897693,5727 24,00 188 2032023,3118 1242876,3462 5897693,5744 24,00 189 2032023,3119 1242876,3480 5897693,5753 24,00 190 2032023,3120 1242876,3469 5897693,5751 24,00 Avg 2032023,3119 1242876,3480 5897693,5753 144,00 Std 0,0001 0,0010 0,0047 Figur 8 Beregnede koordinater Sammenligning med Bernese De beregnede og midlede koordinater for hver station transformeres til geografiske koordinater og sammenlignes med de resultater der er opnået ved differentiel beregning med Bernese som beskrevet i rapport Coordinates in Kangerlussuaq (Sødalen) East Greenland. Sammenligningen viser en afvigelse på max 13 mm i komponenterne for længde og ellipsoide højde, mens afvigelse i bredden er nogle få milimetre. Koordinater er bestemt i IGS08 referencerammen og refereret til middel tidspunktet for kampagnen som er 2011 07 06T00:00Z. Page 9
Figur 9 Sammenligning CSRS PPP minus Bernese København den 25. maj 2012 Finn Bo Madsen, DTU Space bm@space.dtu.dk; cell: +45 4015 2276 Page 10