Technologie pomiarów GPS – pomiary statyczne oraz RTK techniką GPS

GPS jest globalnym wojskowym systemem satelitarnym, a jego głównym użytkownikiem są siły zbrojne USA. Udostępniono go również cywilom, ale z pewnymi dość istotnymi ograniczeniami. Służy do wyznaczania pozycji punktów nieruchomych i obiektów poruszających się. Technologiom względnych (różnicowych) pomiarów GPS poświęcona jest trzecia część Alfabetu GPS.

Historia zaczyna się od pomiarów statycznych i kinematycznych. Przewidywano niegdyś, że opracowanie tych dwóch technologii – pomiarów statycznych i kinematycznych – zadowoli zarówno wojskowych, jak i cywilnych użytkowników GPS. Jednak potrzeba zwiększania dokładności wyników i skrócenia czasu pomiaru (a w konsekwencji – ulepszanie systemu GPS i konstruowanie coraz bardziej skomplikowanych odbiorników wyposażonych w zaawansowane oprogramowanie) doprowadziła do powstania następnych technologii (tab. 1). Każda z nich służy do wyznaczania różnic współrzędnych, co oznacza, że do pomiaru niezbędne są przynajmniej dwa odbiorniki geodezyjne.

Pomiary statyczne GPS (static relative positioning) to technologia najwyższej dokładności. Instrumenty uczestniczące w pomiarze pozostają nieruchome w ciągu całej sesji (kampanii) obserwacyjnej. Możliwe jest zbieranie obserwacji z wielu sesji (np. po kilka godzin dziennie), zaś uzyskany materiał poddawany jest obróbce po zakończeniu prac. Pomiar statyczny wykorzystywany jest przy zakładaniu osnów geodezyjnych oraz przy badaniu przemieszczeń i odkształceń obiektów budowlanych. Długość sesji obserwacyjnej zależy głównie od wymaganej dokładności, przeznaczenia sieci i odległości między punktami. Doświadczenia pokazują, że wynosi ona: 30-90 minut dla sieci lokalnych, 1-2 dni dla punktów odniesienia sieci krajowych i geodynamicznych o charakterze lokalnym i państwowym, 4-6 dni dla sieci kontynentalnych i podstawowych sieci geodynamicznych regionalnych. Na przykład do pomiaru sieci geodezyjnej lokalnego znaczenia o bokach do 15-20 km wystarczą obserwacje trwające około 1 godziny, a dla sieci EUREF (European Reference Frame) nawiązującej polski układ geodezyjny do układu Europy Zachodniej stosowano obserwacje 5-dniowe. Tyle samo czasu trwają europejskie kampanie pomiaru sieci geodynamicznej CERGOP (Central Europe Regional Geodynamics Project) i EXTENDED SAGET (Satellite Geodynamic Traverses).

Pomiary kinematyczne GPS RTK (kinematic relative positioning) są typową technologią nawigacyjną. Zarówno w tej, jak i we wszystkich dalej omówionych technologiach w pomiarze bierze udział jeden odbiornik stacjonarny (nieruchomy), tzw. stacja bazowa, względem którego wyznaczana jest pozycja jednego lub większej liczby odbiorników ruchomych (np. umieszczonych na obiektach poruszających się). W technologii pomiarów kinematycznych możliwe jest wyznaczanie pozycji tego obiektu w czasie rzeczywistym (natychmiastowe, np. co 1 lub co 5 sekund; tzw. real time positioning – rys. 2) albo cały zebrany materiał obserwacyjny opracowywany jest po zakończeniu pomiarów (postprocessing). W obydwu przypadkach w wyniku otrzymujemy obraz trasy, którą przebył ruchomy obiekt. Podczas całej sesji niezbędna jest ciągła łączność z obserwowanymi satelitami. Jeśli pomiar ma być wykonywany metodą fazową, to dla rozwiązania nieoznaczoności fazy (wyznaczenia liczby N) niezbędna jest inicjalizacja pomiaru.