Globální souřadnicové systémyrobotika/prednasky/2014_MRBT_08...•Osa y doplňuje systém na...
Transcript of Globální souřadnicové systémyrobotika/prednasky/2014_MRBT_08...•Osa y doplňuje systém na...
Globální souřadnicové systémy Ing. Petra Kocmanová
Absolutní určeni polohy?
Aproximace zemského povrchu
• Geoid
• Jednoznačná fyzikální definice
• Hladinová plocha tíhového pole Země odpovídající střední hladině hypotetického zemského oceánu prodlouženého i pod kontinenty
• Tíhový potenciál W0=konstanta
Aproximace zemského povrchu • Koule
• Matematicky jednoduchý tvar
• Přílišné zjednodušení
• Určena pouze poloměrem
• Elipsoid
• Rotační těleso zploštělé na pólech (dvojosý)
• Určen dvěma konstantami elipsoidu
• hlavní poloosa elipsoidu a,
• vedlejší poloosa elipsoidu b,
• první excentricita e²=(a²-b²)/a²,
• zploštění i=(a-b)/a.
Referenční elipsoid
Severní
Amerika Evropa
• Celý nebo jen některá část se co nejlépe přimykají ke geoidu
• Nahrazení mnoha referenčních elipsoidů jediným celosvětovým
Př: S-1942/83 (Krasovský) S-JTSK (Bessel)
Př: WGS-84 GRS80
Globální souřadnicové systémy
1. Mezinárodní nebeský referenční systém (ICRS – International Celestial Reference System)
2. Mezinárodní terestrický souřadnicový systém (ITRS – International Terrestrial Reference System)
3. World Geodetic System 1984 (WGS 84)
4. Referenční systém Parametry Zemli 1990 (PZ-90)
Referenční systém x
referenční rámec • Referenční systém
• Soubor zvolených konstant, které byly použity při realizaci (např. rychlosti světla, zploštění Země, …) a algoritmů použitých při výpočtu
• Referenční rámec
• Množina fyzicky existujících bodu se známými souřadnicemi a jejich časovými změnami
ICRS
• Souřadnicový systém, který není vázán na Zemi
• Referenční rámec je tvořen souřadnicemi objektu na nebeské sféře
• Realizován vzdáleným rádiovými zdroji (kvasary) a dalšími mimogalaktických objekty
• Velká vzdálenost od Země => “pevné body ve Vesmíru“
• Počátek souřadnicové soustavy X, Y, Z leží v barycentru Sluneční soustavy
ICRS
ITRS • Počátek ve hmotném středu Země
• Osa z je totožná s konvenčním mezinárodním počátkem CIO
• Osa x leží v rovině greenwichského poledníku
• Osa y doplňuje systém na pravotočivý
• Elipsoid GRS80
• Referenční rámec realizován pomocí bodů ležících na povrchu Země
• Body mají souřadnice definované jako funkce času
Vztah ITRS x ICRS
• Nebeský a terestrický systém jsou mezi sebou vázány tzv. parametry orientace Země (EOP – Earth Orientation Parameters).
• Oba systémy jsou časově proměnné.
• ITRS díky jevům precese, nutace, pohybům pólů, pohybům kontinentů nebo vlivem variace v rotaci země (změna délky dne) .
• ICRS nestálostí vzdálených kosmických objektů a dalšími vlivy.
• Z tohoto pohledu je systém ICRS přesnějším systémem.
ITRF
ITRF • Časové změny souřadnic dosahují až několik cm za rok
(v tektonicky aktivních oblastech dokonce až několik dm/rok)
• Časové změny způsobeny globálním pohybem tektonických ker
• Pro naše území má význam pohyb Euro-asijské kontinentální desky => body na území ČR se pohybují přibližně o 2.7 cm/rok severovýchodním směrem
• Použití ITRF by znamenalo neustálou změnu souřadnic => byl zaveden souřadnicový systém „unášený“ s Euro-asijskou tektonickou deskou.
ITRF
ETRS89
• Vznikl zakonzervováním pohybu Evropských stanic v epoše 1989.0
• K tomuto systému je také přirazen referenční rámec ETRF, který má úzkou vazbu na ITRF, pro každou realizaci ITRF existuje příslušný ETRF.
• V současné době Mezinárodní geodetická asociace doporučuje používat referenční rámec ETRF2000, který je vázán na ITRF2000.
World Geodetic System 1984 (WGS-84) • Geodetický standard vydaný ministerstvem obrany USA
• Standardizovaným geodetickým systémem armád NATO
• Používán zejména ve spojení s technologií GPS
• Definuje souřadnicový systém, referenční elipsoid a geoid
• Periodicky aktualizovaný, aktualizace označena WGS84 (Gnnn)
• nnn číslo GPS týdne
• Rozdíl mezi WGS84 a ITRS dosahují hodnot v řádu cm
• WGS84(G1150) a ITRF2000
WGS-84 • Parametry definující WGS 84 jsou:
• délka hlavní poloosy: a = 6 378 137 m
• převrácená hodnota zploštění (f = 1 − b/a): 1/f = 298,257223563
• úhlová rychlost Země: ω = 7, 292 115 × 10-5 rad/s
• součin hmotnosti Země (včetně atmosféry) a gravitační konstanty: GM = (3986000,9 ± 0,1) × 108 m3/s2
• Kartografické zobrazení UTM v šestistupňových pásech
Referenční elipsoid WGS-84 • Systém má počátek v hmotném středu Země
• Osa Z je totožná s osou rotace Země v roce 1984.
• Osy X a Y leží v rovině rovníku.
• Počátek a orientace jeho os X,Y,Z jsou realizovány pomocí 12 pozemských stanic se známými přesnými souřadnicemi, které
nepřetržitě monitorují dráhy družic systému GPS-NAVSTAR.
Geoid WGS-84 • EGM96
• Geopotenciální model členěný po stupních (360x360)
• EGM2008
• Geopotenciální model členěný po 10 minutách (2190x2190)
Referenční systém PZ-90
• Používán pro navigační systém GLONASS
• V roce 2007 aktualizován na PZ-90.02
• Transformace mezi ITRF2000 a PZ-90.02 velmi jednoduchá
Srovnání ITRS, WGS-84, PZ-90
ITRS WGS-84 PZ-90
Délka hlavní poloosy a
6 378 137,0 m
6 378 137,0 m
6 378 136,0 m
Převrácená hodnota zploštění 1/f
298,257 222 101
298,257 223 563 298,257 839 303
Úhlová rychlost Země
7 292 115,0 ·10-11 rad/s
7 292 115,0 ·10-11 rad/s
7 292 115,0 ·10-11 rad/s
Gravitační konstanta
3 986 004,418·108 m2/s2
3 986 004,4·108 m2/s2
Rychlost světla ve vakuu
2,997 924 58·108 m/s 2,997 924 58·108 m/s
Problematika výšek
• označení – GPS/GNSS, elipsoidická výška
• neměřitelná před nástupem GNSS, dnes přesnost 1-2 cm
• délka normály k referenčnímu elipsoidu
• nulový fyzikální význam (voda může téci do kopce)
Problematika výšek
• Při používání GNSS je nutné řešit transformaci geometrické h a fyzikální výšky H
• obecně platí jednoduchý transformační vztah
Problematika výšek
• Geoid (kvazigeoid) vs. GNSS (elipsoid)
Reference • http://itrf.ensg.ign.fr/GIS/ • http://k154.fsv.cvut.cz/~stroner/GD3/gd3_pred_1.pdf • http://gis.zcu.cz/studium/gen1/html/ch02.html • http://k154.fsv.cvut.cz/~stroner/GD3/gd3_pred_1.pdf • http://www.kgk.cz/SouboryClanku/2012-06-11-6._Vyskove_systemy_v_geodezii.pdf • http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/gps/clynch_pdfs/coorddef.pdf • http://tvorbamap.shocart.cz/kartografie/systemy.htm • http://www.jtwastronomy.com/tutorials/celestial_coordinates.php • http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography-boundary/spatial-
referencing/frequently-asked-questions/5152/ • http://epncb.oma.be/_networkdata/stationmaps.php • http://gis.zcu.cz/studium/gen1/html/ch02s03.html • http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/index.html • http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm2008/egm08_wgs84.html • http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/en/home/topics/survey/sys/frames/gl
obal.html • http://www.diverzanti.cz/cl_36a • http://www.navipedia.net/index.php/Reference_Frames_in_GNSS • http://cs.wikipedia.org/wiki/World_Geodetic_System
Děkuju za pozornost