Το Wiki της Γεωδαισίας με τίτλο 'ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ Δείγματα & Παραδείγματα', είναι το ξεκίνημα μιας μηνιαίας έκδοσης ηλεκτρονικού περιοδικού στο γνωστικό αντικείμενο του Εργαστηρίου Ανώτερης Γεωδαισίας, της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.

Στόχος του περιοδικού

Στόχος του περιοδικού είναι να παρουσιάζει μέσα από άρθρα και δημοσιεύσεις των συναδέλφων μηχανικών αλλα και καθηγητών δείγματα της διεπιστημονικής προσέγγισης της Γεωδαισίας σε πολλούς τομείς των γεωεπιστημών, των εφαρμογών ενδιαφέροντος των Μηχανικών Γεωπληροφορικής (Geomatics Engineering) ή/και Γεωτεχνολογίας (Geotechnology Engineering). Παράλληλα, μέσα από άρθρα που καλύπτουν ζητήματα θεωρίας και πράξης που απασχολούν τους σπουδαστές του χώρου, παρουσιάσεις ενδεικτικών αποτελεσμάτων ερευνητικών έργων, πτυχιακών και μεταπτυχιακών εργασιών, ειδικά αφιερώματα κ.λπ. επιδιώκεται η τεκμηρίωση των εξελίξεων στους ραγδαία εξελισσόμενους τομείς της γεωδαισίας, αλλά και της διασύνδεσή της με τις πολλαπλές γνωστικές ενότητες που διατρέχουν το διδακτικό και ερευνητικό έργο του της ΣΑΤΜ, ΕΜΠ.

Μορφή έκδοσης

Επιδίωξη μας είναι τα ηλεκτρονικά τεύχη του Wiki της Γεωδαισίας να εκδίδονται και να κυκλοφορούν σε περιβάλλον διαδικτύου στην αρχή κάθε μήνα του έτους.

Η γλώσσα των άρθρων του περιοδικού είναι η ελληνική. Κάθε άρθρο θα συνοδεύεται από περίληψη στην αγγλική και ελληνική γλώσσα (150 λέξεις περίπου) και λέξεις κλειδιά (μέχρι 5).

H ίδρυση γεωδαιτικών δικτύων ελέγχου για ποικίλες εφαρμογές έχει αποδειχθεί στην πράξη ότι μπορεί να είναι ένα δαπανηρό έργο, ακόμη και με τη χρήση δορυφορικών συστημάτων εντοπισμού όπως το GPS, το EGNOS και το GLONASS σήμερα ή/και το GALILEO στο άμεσο μέλλον. Ο κύριος λόγος είναι ότι σε τέτοιες διεργασίες απαιτούνται πολλαπλοί δέκτες με τους οποίους θα πρέπει να γίνονται δορυφορικές μετρήσεις ταυτόχρονα σε πολλά σημεία (εξ αιτίας της αναγκαιότητας εφαρμογής διαφορικών μεθόδων εντοπισμού που παρέχουν και τις υψηλότερες ακρίβειες), ενώ μετά τις εργασίες πεδίου ακολουθούν συνήθως χρονοβόρες διαδικασίες προσεκτικής και συστηματικής μετα-επεξεργασίας των μετρήσεων από προσωπικό έμπειρο στη χρήση κατάλληλων λογισμικών, το οποίο απαιτείται να είναι υψηλών προδιαγραφών προκειμένου να επιτυγχάνεται υψηλή ακρίβεια και αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Ακόμα και με τη χρήση των υπηρεσιών που παρέχονται σήμερα από δίκτυα εικονικών σταθμών αναφοράς (Virtual Reference Stations Networks), όπως το Ελληνικό Σϋστημα Εντοπισμού (HEPOS), παρόλο που διευκολύνονται οι απαιτούμενες διαδικασίες, το κόστος μπορεί να είναι εξ ίσου υψηλό (π.χ. εξ αιτίας του κόστους εγγραφής, χρονοχρέωσης και τα πάγια τέλη χρήσης των υπηρεσιών που προσφέρουν οι πάροχοι των συγκεκριμένων δικτύων, χρεώσεις για την ανάκτηση αρχείων δεδομένων πραγματικών ή εικονικών σταθμών των δικτύων κ.ά.).

Ωστόσο, σήμερα είναι δυνατόν να αξιοποιήσει κανείς τη δωρεάν διάθεση στο Διαδίκτυο υπηρεσιών ανάλυσης μετρήσεων GPS, οι οποίες βασίζονται σε μεθόδους απόλυτου εντοπισμού σημείων (Precise Point Positioning, PPP) μετά την επεξεργασία των διαθέσιμων μετρήσεων από ένα μόνο δέκτη, (συνήθως) διπλής συχνότητας, τον οποίο μπορεί να χειρίζεται ένα μόνο άτομο στο πεδίο. Η ανάλυση των εν λόγω μετρήσεων, στην περίπτωση αυτή, δεν απαιτεί ούτε εξειδικευμένο προσωπικό, ούτε τη διάθεση ειδικού λογισμικού δικτυακής συνόρθωσης των μετρήσεων GPS. Το μόνο που απαιτείται είναι

1. η μορφοποίηση των των αρχείων των πρωτογενών μετρήσεων σε ένα από τα διεθνώς αποδεκτά πρότυπα ανταλλαγής δεδομένων GPS, όπως είναι τα αρχεία RINEX ή Hatanaka Compact RINEX, και
2. η μετάδοση μέσω του Διαδικτύου των μορφοποιημένων αρχείων σε μια από τις διαθέσιμες μηχανές Online επεξεργασίας μετρήσεων GNSS.

Τυπικά, τα αποτελέσματα της ανάλυσης των μετρήσεων αποστέλονται σχεδόν αμέσως (π.χ. σε διάστημα μερικών λεπτών της ώρας, ανάλογα με το μέγεθος των αρχείων) στην ηλεκτρονική διεύθυνση που έχει υποδείξει ο χρήστης.

Προκειμένου να ελεχθούν τα πρακτικά χαρακτηριστικά και οι δυνατότητες μιας τέτοιας διαδικασίας, επιλέχθηκε ένα πραγματικό γεωδαιτικό δίκτυο εννέα σημείων, που αποτελεί τμήμα του δικτύου των μονίμων σταθμών GPS που έχει εγκαταστήσει και λειτουργεί το Γεωδυναμικό Ινστιτούτο του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. Τα δεδομένα GPS που συλλέγουν οι εν λόγω σταθμοί είναι διαθέσιμα online, σε 24ωρη βάση, στην ηλεκτρονική διεύθυνση http://www.gein.noa.gr/gps.html, μαζί με τις γνωαστές συντεταγμένες τους.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από τους συγκεκριμένους σταθμούς, από διαφορετικές μέρες και με διαφορετικές χρονικές διάρκειες παρατηρήσεων, έγιναν διάφορες συγκρίσεις των αποτελεσμάτων του απόλυτου εντοπισμού των εν λόγω σημείων μέσω online επεξεργασίας των μετρήσεων και εξάχθηκαν χρήσιμα συμπεράσματα ως προς τις δυνατότητες και τα οφέλη από τη χρήση αυτών των νέων τεχνικών, οι οποίες είναι ιδιαίτερα ελκυστικές και επωφελείς σε περιπτώσεις ανάγκης καθορισμού γεωδαιτικών δικτύων σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν διαθέσιμα δίκτυα μονίμων σταθμών GNSS (π.χ. σε απομακρυσμένες περιοχές) ή όπου οι υφιστάμενες γεωδαιτικές υποδομές δεν επιτρέπουν τη δημιουργία κατάλληλων σταθμών αναφοράς για τη διεξαγωγή διαδικασιών σχετικού εντοπισμού ή κινηματικού εντοπισμού RTK.

Σχήμα 1 - Σχηματική διαδικασία ανάλυσης μετρήσεων GPS με Online υπηρεσίες PPP.

ABSTRACT

Establishing geodetic control networks for the purpose of serving various applications has been proven in practice that can be a costly task, even with the use of satellite positioning systems like GPS, EGNOS and GLONASS today or/and GALILEO in the near future. The main reason for the considerable costs is that such tasks require the deployment of multiple receivers in the field, so that to acquire simultaneous satellite measurements at many points which are needed in order to provide high accuracy. Moreover, the field work is followed by lengthy computational procedures which are required for the careful treatment of the collected observations. This computational procedure, in turn, it is necessary to be carried out by experienced personnel in the use of appropriate, usually complex, software which has to be of high standards so that to ensure accuracy and reliability of the results. Even with the use of the various services currently offered by various providers of Virtual Reference Stations networks (VRS Networks), such as the Hellenic Positioning System (HEPOS), while facilitating the necessary computational procedures, the cost can be quite high (e.g. because of subscription charges and service fees for the use of the services offered by the providers of such networks, extra charges associated with the downloading of needed data files from real or virtual network stations, etc.).

However, it is now possible to utilize one of the many available nowadays free Online Services providing analysis of GPS measurements. The analyses of GPS data by these online services are based on a technique known as Precise Point Positioning (PPP). These services provide accurate results after processing the available measurements from a single (usually dual frequency) receiver operated by a single person in the field. The analysis of the measurements, in this case, does not require any specialized staff familiar with any special software, but only an internet connection in order to download the GPS measurement files to the Online Service. The only requirement are:

1. the format of the files of the field measurements to be in one of the internationally accepted standards for GPS data exchange, such as the conventional RINEX or the Hatanaka Compact RINEX format, and
2. to have an internet connection in order to upload the GPS measurement files to the Online Service.

Typically, the results from the adjustment of the measurements uploaded to the Online Service are sent almost immediately (e.g. within a few minutes, depending on the file size) to the email address specified by the user.

In order to demonstrate the ease of use and the capabilities of using the PPP technique through such an Online Service, we have selected a real geodetic network of nine points, which is part of network of permanent GPS stations installed and operated by the Institute of Geodynamics, National Observatory of Athens. The GPS data collected at these stations are available in daily files through NOA's web site at http://www.gein.noa.gr/gps.html.

Using data from these stations, from different days and different durations of measurement sessions, we have looked at different aspects related to the PPP results obtained through an Online Service (e.g. solution convergence, repeatability) and came up with valuable conclusions regarding the possibilities and benefits of using these new techniques, which are particularly attractive and beneficial in cases whereby there is a need to establish geodetic networks in areas where there are no available networks of permanent stations GNSS (e.g. in remote areas) or where the existing geodetic infrastructure does not allow the establishment of appropriate reference stations for conducting kinematic RTK or network VRS/RTK surveys.

Keywords: GNSS, GPS, Precise Point Positioning, PPP, Online GNSS processing, μετεπεξεργασία μετρήσεων, Διαδικτυακές Υπηρεσίες PPP.

Το GPS έχει γίνει πλέον το προτιμώμενο εργαλείο για την ίδρυση ή την αναβάθμιση των γεωδαιτικών δικτύων ελέγχου που απαιτούνται για διάφορες εφαρμογές σε περιφερειακές, εθνικές και ηπειρωτικές κλίμακες. Στις μέρες μας, τέτοια δίκτυα δημιουργούνται κυρίως με τη χρήση πολλών (ιδανικά του ίδιου τύπου) δεκτών GPS, με γεωδαιτικές δυνατοτήτες (π.χ. διεξαγωγής μετρήσεων φάσης και κώδικα σε δύο συχνότητες), και υψηλών προδιαγραφών κεραίες που χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα σε πολλαπλές τοποθεσίες (κατά προτίμηση σε όλες τις κορυφές του εκάστοτε δικτύου). Αυτός ο τρόπος δημιουργίας ή επέκτασης ενός γεωδαιτικού δικτύου κάνει, στην πράξη, ένα τέτοια έργο αρκετά δαπανηρό όσον αφορά όχι μόνο εξ αιτίας του κόστους του εξοπλισμού που απαιτείται και το εκπαιδευμένο προσωπικό στο πεδίο και στο γραφείο, αλλά και τη διενέργεια προσεκτικού προ-σχεδιασμού και υλικοτεχνικής υποστήριξης κατά τη διεξαγωγή των εργασιών πεδίου. Απαιτεί επίσης προσεκτική μετεπεξεργασία (postprocessing) και ανάλυση των δεδομένων με τη χρήση υψηλών απαιτήσεων πακέτων λογισμικού, τα οποία δεν είναι γενικά πολύ προσιτά σε άπειρους χρήστες ή εύκολα στη χρήση τους.

Από την άλλη πλευρά, πρόσφατα ανεπτυγμένες τεχνικές σημειακού (απόλυτου) εντοπισμού σημείων (Precise Point Positioning, PPP), οι οποίες παρέχουν υψηλές ακρίβειες της τάξης του εκατοστόμετρου, τυπικά απαιτούν ένα μόνο δέκτη δύο συχνοτήτων. Συγκεκριμένα, μικρής διάρκειας μετρήσεις που συλλέγονται σε ένα σημείο ενδιαφέροντος αναλύονται αργότερα στο γραφείο κάνοντας χρήση πληροφοριών υψηλής ακρίβειας και αξιοπιστίας για τις τροχιές των δορυφόρων και τις διορθωτικές παραμέτρους των χρονομέτρων τους. Οι πληροφορίες αυτές είναι διαθέσιμες, με μικρή χρονική καθυστέρηση (μερικών δεκαλέπτων ή μερικών ωρών μέχρι και λίγων ημερών, ανάλογα με την ακρίβεια τους) από τα Κέντρα Ανάλυσης της Διεθνούς Υπηρεσίας GNSS (International GNSS Service, IGS).



Αυτή η νέα δυνατότητα χρήσης Online Υπηρεσιών PPP, σε σύγκριση με τις παραδοσιακά ακολουθούμενες διεργασίες σχετικού εντοπισμού ή RTK κινηματικού εντοπισμού, ανοίγει νέες προπτικές για εργασίες ίδρυσης γεωδαιτικών δικτύων ελέγχου με χρήση ενός μόνο δέκτη GNSS από ένα άτομο στο πεδίο, με ανάλογη μείωση στο κόστος του απαιτούμενου εξοπλισμού, των εργασιών πεδίου και του σχεδιασμού τους, αλλά και της σχεδόν εξ ολοκλήρου μείωσης του απαιτούμενου χρόνου συνόρθωσης και ανάλυσης ενός συνήθως μεγάλου όγκου μετρήσεων. Επίσης, μειώνει την ανάγκη εκπαίδευσης του αναγκαίου προσωπικού στο να χρησιμοποιούν σωστά τα διάφορα προηγμένα λογισμικά πακέτα επεξεργασίας μετρήσεων GPS. Ως εκ τούτου, διάφορες Online Υπηρεσίες PPP αποτελούν σήμερα μια ελκυστική εναλλακτική λύση για τη δημιουργία γεωδαιτικών δικτύων ελέγχου, κυρίως στις αναπτυσσόμενες χώρες ή απομακρυσμένες περιοχές όπου η πρόσβαση σε υποδομές επικοινωνίας μπορούν να να είναι περιορισμένη.

Περισσότερες πληροφορίες για τη χρήση ειδικών υπηρεσιών και προϊόντων που είναι ευρέως διαθέσιμα στους απαιτητικούς χρήστες του GPS για γεωδαιτικές εφαρμογές:

• Συγκριτική Μελέτη Οnline Υπηρεσιών Μετεπεξεργασίας Δεδομένων GPS
• Online Precise Point Positioning
• Guide to Using IGS Products
• Precise Point Positioning and Its Challenges, Aided-GNSS and Signal Tracking

Είναι γνωστό ότι η χρήση του GPS ικανοποιεί πολλές ανάγκες εντοπισμού θέσης, που κυμαίνονται από εφαρμογές ψυχαγωγικής πεζοπορίας μέχρι την πλοήγηση σκαφών στις θάλασσες και τους ωκεανούς. Οι διαφορετικές τεχνικές εντοπισμού με χρήση GPS αντικατοπτρίζουν αυτή την ποικιλομορφία. Για παράδειγμα, κάποιος που χρειάζεται να εντοπίσει με ακρίβεια ένα σταθερό σημείο για τους σκοπούς της αποτύπωσης μιας περιοχής μπορεί να έχει αυστηρότερες απαιτήσεις ακρίβειας, αλλά λιγότερη πίεση του χρόνου ανάλυσης των μετρήσεων, π.χ. από ένα όχημα που χρειάζεται την υποστήριξη του GPS για την ακριβή πλοήγηση του, ενώ κινείται με κάποια ταχύτητα σε ένα αυτοκινητόδρομο ή από ένα σκάφος που διέρχεται από ένα στενό θαλάσσιο πέρασμα.

Για αυτό το λόγο οι δύο πιο συνησθισμένοι μέθοδοι εντοπισμού GPS, αν και μπορεί να διαφοροποιούνται μεταξύ τους στην πράξη, βασίζονται σε μια από τις ακόλουθες διεργασίες που απεικονίζονται στο Σχήμα 2:

• Αυτόνομου εντοπισμού (Autonomous Positioning)
• Διαφορικού εντοπισμού (Differential Positioning) με τη χρήση διαφορικών διορθώσεων σε πραγματικό χρόνο
• Σχετικού εντοπισμού (Relative Positioning), με τη χρήση εκτιμήσεων των σφαλμάτων των μετρήσεων από διάφορες πηγές ή από τη συνόρθωση των μετρήσεων κατόπιν μετεπεξεργασίας τους

Αυτόνομος εντοπισμός, που αναφέρεται επίσης και ως σημειακός εντοπισμός (Point Positioning), χρησιμοποιεί ένα μόνο δέκτη και τουλάχιστον τρεις δορυφόρους για να προσδιορίσει τη θέση του εκάστοτε σημείου ενδιαφέροντος σε πραγματικό χρόνο. Αυτή είναι και η πιο απλή λειτουργία ενός δέκτη GPS, και δεν απαιτεί καμία μετεπεξεργασία ή πρόσθετο εξοπλισμό. Σχεδόν όλοι οι δέκτες μαζικής αγοράς προσφέρουν αυτό το είδος εντοπισμού. Η αναμενόμενη ακρίβεια αυτόνομου εντοπισμού σε πραγματικό χρόνο είναι στην καλύτερη περίπτωση περίπου από 10 έως 20 m, ενώ ειδικοί δέκτες μπορούν να χρησιμοποιούν ειδικές τεχνικές για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας.



Οι τεχνικές του διαφορικού ή σχετικού εντοπισμού (DGPS - Differential GPS) χρησιμοποιούν πολλαπλούς δέκτες για την αύξηση της ακρίβειας καθορισμού της θέσης ενός σημείου ενδιαφέροντος. Ένας δέκτης παραμένει (ή περισσότεροι δέκτες παραμένουν) σε μια σταθερή τοποθεσία με γνωστές συντεταγμένες. Αντίστοιχα, κινούμενοι δέκτες συλλέγουν μετρήσεις σε άγνωστες τοποθεσίες. Εάν οι δέκτες χρησιμοποιούν ταυτόχρονοα τους ίδιους δορυφόρους, τα σφάλματα των μετρήσεων θα πρέπει να είναι περίπου τα ίδια σε όλους τους δέκτες εφόσον αυτοί είναι σε αποδεκτά "κοντινές" αποστάσεις μεταξύ τους και από τον εκάστοτε σταθερό δέκτη. Τυπικά, ο δέκτης στη γνωστή θέση συγκρίνει την προσδιορισμένη από τις μετρήσεις θέση του με τη γνωστή του θέση ερμηνεύοντας τις παρατηρούμενες αποκλίσεις σε εκτιμήσεις των διαφόρων σφαλμάτων που εμπεριέχονται στις μετρήσεις, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να εκφραστούν ως διορθώσεις και να χρησιμοποιηθούν για τη διόρθωση των συντεταγμένων άλλων δεκτών που λειτουργούν ταυτόχρονα σε "κοντινες" απόστασεις από αυτόν. Οι εν λόγω διορθώσεις μπορούν να γίνούν σε πραγματικό χρόνο, με την προϋπόθεση ότι η πληροφορία για την αντίστοιχη διόρθωση είναι ακριβής, έγκυρη και επίκαιρη και ο δέκτης έχει απευθείας επικοινωνία με κάποιο ραδιοπομπό μετάδοσης τέτοιων διαφορικών διορθώσεων. Με τον τρόπο αυτό, η ακρίβεια που επιτυγχάνεται μπορεί να φτάσει τα επίπεδα της τάξης του μέτρου ή στη καλύτερη περίπτωση των αρκετών εκατοστόμετρων.

Τα εκάστοτε δεδομένα διορθώσεων των σφαλμάτων των μετρήσεων μπορεί να ληφθούν από τρίτες πηγές ή να λαμβάνονται ως μέρος της διαδικασίας συλλογής δεδομένων στο πεδίο. Αυτό προϋποθέτει ένα ή περισσότερους σταθμούς βάσης ή αναφοράς σε μια επακριβώς γνωστή θέση, όπως σταθμοί που συναποτελούν δίκτυα μονίμων σταθμών αναφοράς που είναι διαθέσιμα σε παγκόσμιο επίπεδο, αλλά και σε πολλές χώρες όπου παρέχουν εθνική κάλυψη. Στην Ελλάδα, ένα τέτοιο δίκτυο σταθμών αναφοράς σε συνεχή λειτουργία αποτελούν τη βασική υποδομή του συστήματος HEPOS, το οποίο παρέχει διορθωτικές πληροφορίες υψηλής ακρίβειας για την μετεπεξεργασία ή/και για διεργασίες σε πραγματικό χρόνο, αν και αυτές οι δυνατότητες είναι διαθέσιμες μέσω υπηρεσιών που παρέχονται με σημαντικές χρεώσεις και συνεπάγονται ανάλογο κόστος για τον απαιτούμενο σχετικό εξοπλισμό.

Αντίστοιχες υπηρεσίες παρέχουν επίσης συστήματα που είναι γνωστά ως Συστήματα Επέκτασης Λειτουργίας των δορυφορικών συστημάτων εντοπισμού (Augmentation Systems), όπως είναι το ευρωπαϊκό σύστημα EGNOS, τα οποία βασίζονται σε χερσαίους σταθμούς ελέγχου και γεωστατικούς δορυφόρους για τη μετάδοση διορθωτικών πληροφοριών στους χρήστες του GPS. Ωστόσο, τα συγκεκριμένα συστήματα απευθύνονται κυρίως σε χρήστες εφαρμογών πλοήγησης σκαφών και αεροναυτιλίας, αν και είναι διαθέσιμα σε χρήστες εξοπλισμένους με κατάλληλους δέκτες για εφαρμογές σε ηπειρωτικές περιοχές.

Παραδοσιακά, ο γεωδαιτικός εντοπισμός σημείων με το GPS πραγματοποιείται με τη χρήση μεθόδων διαφορικού GPS ή σχετικού εντοπισμού, συμπεριλαμβανομένων και των συμβατικών τεχνικών RTK ή δικτυακών RTK/VRS τεχνικών. Αυτό οφείλεται κυρίως στην υψηλότερη ακρίβεια εντοπισμού θέσης, σε σχέση με τις διαδικασίες απόλυτου εντοπισμού, που λαμβάνεται από τον σχετικό εντοπισμό του εκάστοτε σημείου ενδιαφέροντος από ένα άλλο ή περισσότερα σημεία γνωστών συντεταγμένων, μέσω ταυτόχρονων μετρήσεων GPS από όλους τους χρησιμοποιούμενους δέκτες. Ωστόσο, το σημαντικότερο μειονέκτημα των τεχνικών διαφορικού GPS ή σχετικού εντοπισμού, είναι ακριβώς αυτή η εξάρτηση τους από μετρήσεις ή διορθώσεις από έναν δέκτη ή ένα δίκτυο σταθμών αναφοράς. Απαιτούνται δηλαδή τουλάχιστον δύο ή περισσότεροι δέκτες GPS. Μια νέα εξέλιξη στις GPS τεχνικές εντοπισμού θέσης αφορά χρήστες που χρησιμοποιούν αυτόνομα ένα δέκτη GPS που μπορεί να επιτύχει ακρίβεια εντοπισμού συγκρίσιμη με εκείνη των τεχνικών διαφορικού GPS ή σχετικού εντοπισμού από σταθμούς βάσης/αναφοράς. Αυτή η τεχνική είναι γνωστή ως ακριβής εντοπισμός σημείων (Precise Point Positioning, PPP).

Η συγκεκριμένη τεχνική είναι παρόμοια με τον απόλυτο εντοπισμό ενός σημείου μέ μετρήσεις του κώδικα των σημάτων GPS (μετρήσεις ψευδοαποστάσεων, pseudoranges) που επιτυγχάνεται από ένα φορητό δέκτη GPS, εκτός του ότι στην ανάλυση προστίθενται και οι πιο ακριβείς μετρήσεις φάσης του φέροντος κύματος (carrier phase). Για αυτό το λόγο οι συγκεκριμένες τεχνικές διαφοροποιούνται από εκείνες του συμβατικού αυτόνομου εντοπισμού, γεγονός που αντανακλάται από από την προσάρτηση του χαρακτηρισμού 'Ακριβής' (Precise) στην ονομασία των συγκεκριμένων μεθόδων. Η ακρίβεια τους έχει δειχθεί και στην πράξη, αφού υπό τυπικές συνθήκες, η εφαρμογή αυτών των τεχνικών μπορεί να προσφέρει ακρίβειες στον απόλυτο εντοπισμό ενός σημείου της τάξης του 5 έως 10 cm χωρίς την εξάρτηση από αυτού του υπολογισμού από κάποιο σταθμό αναφοράς (δηλαδή ανεξάρτητα από οποιοδήποτε μήκος βάσης από το σταθμό αναφοράς).

Η τεχνική που εφαρμόζεται για τον σημειακό (απόλυτο) εντοπισμό ακριβείας στηρίζεται στην επεξεργασία συνδυασμένων παρατηρήσεων κώδικα και φάσης του φέροντος κύματος από ένα μόνο δέκτη GPS χρησιμοποιώντας υψηλής ακρίβειας πληροφορίες για τις δορυφορικές τροχιές και τα σφάλματα των δορυφορικών χρονομέτρων που καθορίζονται από ανεξάρτητες αναλύσεις μετρήσεων, π.χ. από τα κέντρα ανάλυσης της Διεθνούς Υπηρεσίας IGS.



Συνήθως, χρησιμοποιείται ένας δέκτης GNSS δύο συχνοτήτων ώστε, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, από τον γραμμικό συνδυασμό των διαθέσιμων μετρήσεων κώδικα και φάσης να μπορεί να υπολογιστεί και να αφαιρεθεί η πρώτης τάξης επίδραση της ιονοσφαιρικής διάθλασης, όπως επίσης να γίνει μια ακριβής εκτίμηση των τιμών για τις ασάφειες φάσης (carrier phase ambiguity terms), ενώ παράλληλα εκτιμάται και η επίδραση της τροπόσφαιρας μαζί με άλλες παραμέτρους που υπολογίζονται από τη συνόρθωση των μετρήσεων. Στις παραπάνω εξισώσεις:

• P₃ και Φ₃ είναι οι απαλλαγμένες από την ιονοσφαιρική επίδραση (ionospheric free) μετρήσεις των ψευδοαποστάσεων και φάσης
• P(L_i) και Φ(L_i) είναι οι πρωτογενείς μετρήσεις ψευδοαποστάσεων και φάσης στις δύο συχνότητες L1 και L2 (i=1,2)
• f₁ και f₂ είναι οι συχνότητες L1 και L2
• ρ είναι η ψευδοαπόσταση μεταξύ του εκάστοτε παρατηρούμενου δορυφόρου και του δέκτη
• c είναι η ταχύτητα του φωτός
• dt^S και dt_R είναι το σφάλμα του χρονομέτρου του εκάστοτε δορυφόρου και του δέκτη αντίστοιχα
• d_orb και d_trop είναι το σφάλμα της τροχιάς του εκάστοτε δορυφόρου και το σφάλμα στη μετρούμενη απόσταση δορυφόρου-δέκτη εξ αιτίας της τροπόσφαιρας
• N_i είναι η ασάφεια φάσης στη συχνότητα L_i (i=1,2)
• d_{mult/P(L1+L2)} και d_{mult/Φ(L1+L2)} είναι το σφάλμα πολυανάκλασης (multipath) στις συνδυασμένες μετρήσεις κώδικα και φάσης αντίστοιχα
• ε_P(L1+L2) και ε_Φ(L1+L2) είναι ο θόρυβος (τυχαίο σφάλμα) στις συνδυασμένες μετρήσεις κώδικα και φάσης αντίστοιχα

Κατά τη διαδικασία της συνόρθωσης των μετρήσεων, οι όροι d_orb και dt^S υπολογίζονται από τα διαθέσιμα προϊόντα της Διεθνούς Υπηρεσίας IGS και εφαρμόζονται ως διορθώσεις. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο συγκεκριμένος γραμμικός συνδυασμός ψευδοαποστάσεων και φάσης έχει αρκετά μειονεκτήματα, αφού, οι συνδυασμοί P₃ και Φ₃ δεν είναι πλήρως απηλλαγμένοι από την επίδραση της ιονόσφαιρας, δεδομένου ότι δεν αφαιρούνται οι μεγαλύτερης τάξης επιδράσεις που προκαλούνται από την ιονόσφαιρα (higher order ionospheric effects). Αν και τα μεγαλύτερης τάξης ιονοσφαιρικά φαινόμενα συνήθως επιδρούν λιγότερο από το 0.1% του συνόλου των ιονοσφαιρικών επιπτώσεων, μπορεί το σφάλμα που επιφέρουν στην μετρούμενη απόσταση δορυφόρου-δέκτη να είναι αρκετές δεκάδες εκατοστά κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλής ηλιακής δραστηριότητας. Δεύτερον, το επίπεδο θορύβου των παρατηρήσεων P₃ και Φ₃ αυξάνει στο σχεδόν τριπλάσιο επίπεδο σε σύγκριση με το επίπεδο θορύβου των αντίστοιχο πρωτογενών μετρήσεων κώδικα και φάσης. Τρίτον, επειδή οι συντελεστές για τον συνδυασμό L1 και L2 δεν είναι ακέραιοι αριθμοί, ως αποτέλεσμα η ασάφεια φάσης για τη συνδυασμένη παρατήρηση Φ₃ μπορεί να εκτιμηθεί μόνο ως δεκαδικός αριθμός (float ambiguity), γεγονός που προκαλεί την ανάγκη μεγαλύτερης διάρκειας μετρήσεων προκειμένου να επιτευχθεί σύγκλιση της λύσης για τις παραμέτρους που πρέπει να εκτιμηθούν κατά τη συνόρθωση των διαθέσιμων μετρήσεων.

Η ίδια μεθοδολογία PPP χρησιμοποιείται επίσης στην περίπτωση μετρήσεων από ένα δέκτη μονής συχνότητας όπου όμως είναι απαραίτητο να συμπεριληφθούν στη συνόρθωση των μετρήσεων και διορθώσεις της ιονοσφαιρικής επίδρασης από εξωτερικά εμπειρικά μοντέλα βασισμένα σε μετρήσεις δύο συχνοτήτων από μόνιμους σταθμούς αναφοράς (π.χ. τους σταθμούς IGS, EUREF κ.ά.).

Προκειμένου να επιτευχθεί η καλύτερη δυνατή ακρίβεια από την τεχνική PPP, άλλα σφάλματα στις μετρήσεις, όπως οι μεταβολές του κέντρου φάσης στην κεραία του δέκτη και στις κεραίες εκπομπής του σήματος στους δορυφόρους, διορθώνονται με τη χρήση κατάλληλων μοντέλων που έχει υιοθετήσει η Διεθνής Υπηρεσία IGS. Άλλα σφάλματα που προέρχονται από τη διαδικασία των μετρήσεων, όπως ο θόρυβος στα ηλεκτρονικά κυκλώματα του δέκτη και οι πολυκλαδικές ανακλάσεις των σημάτων (multipath effects) γενικά αγνοούνται ή γίνεται μια κατ' ελάχιστον εκτίμηση τους μέσω στοχαστικών μοντέλων.

Προκειμένου να παρουσιαστούν απτά παραδείγματα των δυνατοτήτων και της απόδοσης των τεχνικών PPP, έγιναν μια σειρά αναλύσεων με πραγματικά δεδομένα GPS από εννέα σταθμούς που αποτελούν μέρος του δικτύου NOANet που αποτελείται συνολικά από 12 μόνιμους σταθμούς GPS (με τρεις επιπλέον σταθμούς -που δεν φαίνονται στον χάρτη- στη Λήμνο, Λέσβο και στο Νευροκόπι, Δράμας), οι οποίοι κατανέμονται στον Ελλαδικό χώρο και έχουν λειτουργούν για την εξυπηρέτηση γεωδυναμικών αναγκών. Παρατηρείται ότι το δίκτυο δίνει ιδιαίτερη έμφαση στην περιοχή του Ιονίου πελάγους, το οποίο παρουσιάζει έντονη σεισμική δραστηριότητα.

Oι σταθμοί είναι εξοπλισμένοι με διάφορους τύπους κεραιών και δεκτών, με την πλειοψηφία τους να είναι εξοπλισμένοι με κεραίες και δέκτες της εταιρίας LEICA, εκτός από το σταθμό ATAL που έχει ένα δέκτη ASHTECH UZ-12 με κεραία τύπου NOV533+CR. Πλήρη στοιχεία των σταθμών του δικτύου περιέχονται στην σχετική ιστοσελίδα του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (http://www.gein.noa.gr/gps.html), από όπου και ανακτήθηκαν τα δεδομένα των μετρήσεων σε μορφή συμπιεσμένων αρχείων RINEX (Hatanaka Compact Rinex).

Το υπο-δίκτυο που χρησιμοποιήθηκε για την παρούσα εργασία περιλαμβάνει τους σταθμούς: NOA1 στην Πεντέλη του Ν. Αττικής, ATAL στην Αταλάντη του Ν. Φθιώτιδας, RLSO στον Ριόλο του Ν. Αχαΐας, VLSM στα Βαλσαμάτα της Κεφαλλονιάς, PONT στην Πόντη Αγίου Πέτρου της Λευκάδας, SPAN στο Σπανοχώρι της Λευκάδας, KASI στην Κασσιόπη της Κέρκυρας, KLOK στη Θεσσαλία και KIPO στη Μονή Κηπουρέων στην Κεφαλλονιά. Οι παραπάνω σταθμοί είναι υπό την διαχείριση του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, με εξαίρεση το σταθμό ATAL που είναι και στην δικαιοδοσία του Κέντρου Δορυφόρων Διονύσου του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Επιπλέον, ο σταθμός NOA1 είναι σταθμός κλάσης Α του Ευρωπαϊκού δικτύου των μονίμων σταθμών του EUREF (European EPN tracking stations). Στο Σχήμα 6, παρατίθεται ο χάρτης του τοπικού δικτύου μελέτης.

Για τις ανάγκες των αναλύσεων χρησιμοποιήθηκε η Online Υπηρεσία ΡΡΡ -Online Global GPS Processing Service (CSRS-PPP)- του Κέντρου Γεωδαισίας στο Υπ. Φυσικών Πόρων του Καναδά, στην οποία έχει πρόσβαση το Εργαστήριο Ανώτερης Γεωδαισίας του ΕΜΠ. Η εν λόγω διαδικτυακή υπηρεσία επιτρέπει την επεξεργασία αρχείων μετρήσεων GPS μονής ή διπλής συχνότητας που προέρχονται από κινηματικό ή στατικό εντοπισμό. Μέγιστη διάρκεια του αρχείου των παρατηρήσεων που μπορούν να αναλυθούν είναι οι 6 ημέρες, ενώ ελάχιστη δεν υπάρχει. Τα αρχεία θα πρέπει απαραίτητα να περιέχουν παρατηρήσεις στις συχνότητες L1 ή/και L2. Η υπηρεσία, κατά το χρόνο που υποβάλλονται τα δεδομένα, χρησιμοποιεί τα καλύτερα διαθέσιμα προϊόντα από την Υπηρεσία IGS για τις τροχιές και τα χρονόμετρα των δορυφόρων και εκφράζει τα τελικά αποτελέσματα της αναγωγής των μετρήσεων με την τεχνική ΡΡΡ στα συστήματα NAD83(CSRS) και ITRF. Στην περίπτωση μας, η παρουσίαση των αποτελεσμάτων με τα δεδομένα των συγκεκριμένων σταθμών επικεντρώθηκε στις καρτεσιανές και τις γεωδαιτικές συντεταγμένες στο σύστημα ITRF08.

Η ανάλυση επικεντρώθηκε σε 24ωρης διάρκειας (ανά 30-sec) αρχεία δεδομένων για τέσσερεις μέρες: Days 160 έως 163, 2011 (δηλαδή από 9-12 Ιουνίου, 2011) και εξετάστηκαν μια σειρά σεναρίων ανάλυσης δεδομένων με την τεχνική ΡΡΡ, για τα οποία χρειάστηκε να εκτελεστούν τα ακόλουθα βήματα προετοιμασίας των δεδομένω που έπρεπε να υποβληθούν στην Υπηρεσία PPP για ανάλυση:

• Αρχικά από τα επιμέρους 24ωρης διάρκειας αρχεία για τους δύο σταθμούς ATAL και VLSM (που επιλέχθηκαν τυχαία), έγιναν κατάλληλες συνενώσεις των αρχείων ώστε να προκύψουν αρχεία μετρήσεων 2 ημερών (days 160 & 161), 3 ημερών (days 160, 161 & 162) και 4 ημερών (days 160, 161, 162 & 163). Τα συνενωμένα αρχεία αποσκοπούσαν στο να εξεταστούν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά που προκύπτουν από τις ανάλογες επιλύσεις δεδομένων μεταβλητής διάρκειας (π.χ. σύγκλιση της λύσης, σύγκριση των αποτελεσμάτων των λύσεων με τα δεδομένα μίας, δύο ή τριών ημερών με τα αποτελέσματα της λύσης με τα δεδομένα τεσσάρων ημερών).
• Στη συνέχεια αναλύθηκαν τα ημερήσια δεδομένα όλων των σταθμών και συγκρίθηκαν μεταξύ τους, από την άποψη της ημερήσιας επαναληπτικότητας των επιμέρους αποτελεσμάτων από μέρα σε μέρα.
• Τέλος, από τα ίδια επιμέρους αρχεία για τους δύο σταθμούς ATAL και VLSM, για τις ημέρες 160 και 161, έγινε εξαγωγή τμήματος των μετρήσεων διάρκειας μιας και δύο ωρών, ώστε να εξεταστεί η απόδοση της τεχνικής PPP για μικρότερες διάρκειες μετρήσεων.

Σημειώνεται ότι για το μέσο χρήστη της συγκεκριμένης Online Υπηρεσίας ΡΡΡ δεν είναι απαραίτητο να γίνει η οποιαδήποτε προεργασία των δεδομένων (όπως τα προηγούμενα βήματα), εκτός από εκείνη της μετατροπής του αρχείου των πρωτογενών παρατηρήσεων που συλλέγει ο εκάστοτε χρησιμοποιούμενος δέκτης στην μορφή των αρχείων RINEX - μια διεργασία που σήμερα γίνεται πολύ εύκολα με απλό λογισμικό που διατίθεται από τους κατασκευαστές των δεκτών GPS. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, ωστόσο, για την προετοιμασία των αρχείων με τα δεδομένα πολλαπλών ημερών ταυτόχρονα ή με τα δεδομένα τμήματος κάθε μέρας χρησιμοποιήθηκε το ελεύθερο λογισμικό TEQC.

Το λογισμικό TEQC αποτελεί μια απλή αλλά συγχρόνως ισχυρή και ενιαία προσέγγιση στην επίλυση αρκετών προβλημάτων που σχετίζονται με την προ-επεξεργασία δεδομένων από μετρήσεις με τα συστήματα GPS, GLONASS, GALILEO και EGNOS. Οι κύριες λειτουργίες του διακρίνονται στις ακόλουθες τρείς γενικές κατηγορίες, οι οποίες πραγματοποιούνται με την σύνταξη απλών εντολών, χωρίς να απαιτείται η ενδιάμεση, πρόσθετη επέμβαση του χρήστη:

• Μετάφραση, μετατροπή δηλαδή δεδομένων μεταξύ διαφορετικών μορφών (format), κυρίως για παραγωγή Rinex αρχείων παρατηρήσεων (obs) και πλοήγησης (nav).
• Επεξεργασία, κατά την οποία ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να επέμβει όχι μόνο στην κεφαλίδα (αρχικές γραμμές) του Rinex αρχείου και να διορθώσει ή να συμπληρώσει τις πληροφορίες των πεδίων που περιέχονται σε αυτές, αλλά και στο σώμα του αρχείου όπου βρίσκονται τα δεδομένα, όπως και να συνδυάσει αρχεία RINEX ή να απομονώσει τμήματα των μετρήσεων που περιέχονται σε ένα αρχείο RINEX.
• Ποιοτικός Έλεγχος των δεδομένων που προέρχονται από τα συστήματα GPS και GLONASS.

Στον Πίνακα 2 δίνονται οι υπολογισμένες συντεταγμένες των σημείων ATAL και VLSM και τα στατιστικά μέτρα του υπολογισμού τους, όπως προέκυψαν από την ανάλυση δεδομένων GPS διάρκειας μιας, δύο , τριών και τεσσάρων ημερών. Παρατηρείται, όπως είναι αναμενόμενο, ότι οι υπολογισμένες συντεταγμένες από τα δεδομένα μικρότερης διάρκειας (1, 2 ή 3 ημερών) δεν διαφέρουν μεταξύ τους και σε σύγκριση με τις συντεταγμένες που υπολογίζονται από τα αρχεία 4ήμερης διάρκειας μετρήσεων. Απλά οι αποκλίσεις των αντίστοιχων τιμών βελτιώνονται κατά λίγα χιλιοστά, όσο περισσότερα δεδομένα περιλαμβάνονται στις αντίστοιχες συνορθώσεις.





Στις εικόνες των σχημάτων 8α και 8β δίνονται γραφήματα των χρονοσειρών για τις υπολογισμένες τιμές της τροποσφαιρικής ζενίθιας επίδρασης και του σφάλματος του χρονομέτρου του δέκτη (κάτω) για τα σημεία ATAL και VLSM αντίστοιχα.

Η τροποσφαιρική καθυστέρηση δεν μπορεί να αφαιρεθεί χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις διπλής συχνότητας, όπως γίνεται για την επίδραση της ιονόσφαιρας. Η τροποσφαιρική καθυστέρηση αποτελείται από δύο μέρη: τον λεγόμενο όρο υδροστατικής καθυστέρησης (hydrostatic delay term) που εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση και τη θερμοκρασία, και έναν όρο που εκφράζει την καθυστέρηση εξ αιτίας της υγρασίας της τροπόσφαιρας που εξαρτάται από τη μερική πίεση των υδρατμών και της θερμοκρασίας. Ενώ η υδροστατική καθυστέρηση μπορεί να διορθωθεί με ακρίβεια χρησιμοποιώντας μετρήσεις της ατμοσφαιρικής πίεσης στην γήινη επιφάνεια, η συνιστώσα για την υγρασία της τροπόσφαιρας είναι δύσκολο να υπολογιστεί ικανοποιητικά από κάποιο μοντέλο, λόγω της μεγάλης χωρικής και χρονικής διακύμανσης της εν λόγω επίδρασης. Για το λόγο αυτό, οι καθυστερήσεις για την υγρασία της τροπόσφαιρας συνήθως υπολογίζονται για κάθε σταθμό ως μια άγνωστη παράμετρος που εκφράζει την επίδραση στην διεύθυνση του τοπικού ζενίθ.

Από τα παραπάνω γραφήματα είναι εμφανές ότι η εκτίμηση ταυτόχρονα του σφάλματος συγχρονισμού του χρονομέτρου του δέκτη και της τροποσφαιρικής ζενίθιας επίδρασης είναι άκρως απαραίτητη κατά τη συνόρθωση των μετρήσεων δεδομένου ότι οι δύο αυτές επιδράσεις παρουσιάζουν ισχυρές συσχετίσεις μεταξύ τους. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι έαν η μια εκ των δύο αυτών παραμέτρων δεν υπολογιστεί με υψηλή αξιοπιστία, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά σφάλματα στην εκτίμηση της άλλης παράμετρου, π.χ. εισάγοντας ένα περιοδικού χαρακτήρα σφάλμα σε αυτή.



Στις εικόνες των σχημάτων 9 κααι 9β, για το σημείο ATAL και VLSM αντίστοιχα, δίνονται γραφήματα των χρονοσειρών για τη σύγκλιση της εκάστοτε λύσης ως προς το γεωγραφικό πλάτος (επάνω), το γεωγραφικό μήκος (μέση) και το γεωμετρικό υψόμετρο (κάτω) των εν λόγω σημείων. Συγκεκριμένα απεικονίζονται οι διαφορές των υπολογισμένων τιμών των αντίστοιχων συντεταγμένων από τις αρχικές (προσεγγιστικές) τιμές τους που περιλαμβάνονται στην κεφαλίδα του εκάστοτε RINEX αρχείου των χρησιμοποιούμενων μετρήσεων.

Το ενδιαφέρον των συγκεκριμένων γραφημάτων είναι ότι αναδεικνύουν ένα πρακτικό συμπέρασμα: ότι δηλαδή, η σύγκλιση της εκάστοτε λύσης επιτυγχάνεται τυπικά χρησιμοποιώντας λιγότερο από 1.5 έως 2 ώρες μετρήσεων και η μεγαλύτερη διάρκεια μετρήσεων ουσιαστικά δεν άλλαζει την ποιότητα της εφικτής λύση, γεγονός που έχει ήδη επιβεβαιωθεί και στα συγκριτικά αριθμητικά αποτελέσματα που δόθηκαν στον Πίνακα 2.



Στον Πίνακα 3, δίνονται συνοπτικά τα αποτελέσματα για τις καρτεσιανές συντεταγμένες στο σύστημα ITRF2008 και τις γεωδαιτικές συντεταγμένες στο ελλειψοειδές WGS84 για όλα τα σημεία του γεωδαιτικού δικτύου, από τις 24ης διάρκειας μετρήσεις της 9ης Ιουνίου, 2011. Παρατηρείται ότι για όλα τα σημεία οι τυπικές αποκλίσεις των υπολογισμένων συντεταγμένων κυμαίνονται από 0.4 έως 2.4 cm.



Στον Πίνακα 4, δίνονται συνοπτικά τα αποτελέσματα για τις καρτεσιανές συντεταγμένες στο σύστημα ITRF2008 και τις γεωδαιτικές συντεταγμένες στο ελλειψοειδές WGS84 για τα σημεία ATAL και VLSM του γεωδαιτικού δικτύου, από μετρήσεις διάρκειας 1 και 2 ωρών. Παρατηρείται ότι οι τυπικές αποκλίσεις των υπολογισμένων συντεταγμένων, στην συγκεκριμένη περίπτωση, κυμαίνονται από 3 cm μέχρι και 44 cm, εξαρτώμενες εμφανώς από το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο των εκάστοτε μετρήσεων και την τοποθεσία του εκάστοτε σημείου. Αυτή η ποσοτική διαφοροποίηση αναδεικνύει και ένα από τα πρακτικά μειονεκτήματα των τεχνικών PPP, δηλαδή η σύγκλιση μιας λύσης PPP, από μικρής διάρκειας μετρήσεις (< 1.5 ώρες), σε συντεταγμένες με ακρίβειες της τάξης των μερικών εκατοστόμετρων διασφαλίζεται μόνο με την ικανοποιητική σχετική γεωμετρία δορυφόρων και δέκτη κατά τη διάρκεια των συγκεκριμένων μετρήσεων. Στην πράξη, αυτό όμως δεν αποτελεί σημαντικό εμπόδιο, δεδομένου ότι αρκεί να μελετήσει κανείς ένα σχετικό γράφημα της διακύμανσης των τιμών GDOP (Geometric Dilution of Precision) στον εκάστοτε σταθμό ενδιαφέροντος -κάτι που γίνεται εύκολα με απλό βοηθητικό λογισμικό που παρέχεται με τους δέκτες GPS- προκειμένου να επιλεχθεί το κατάλληλο χρονικό παράθυρο διεξαγωγής των μικρής διάρκειας μετρήσεων στο πεδίο.

Ο ακριβής εντοπισμός της θέσης σημείων (PPP) είναι μια σχετικά πρόσφατη τεχνική δορυφορικού εντοπισμού με στόχο την επεξεργασία μετρήσεων κώδικα (pseudorange) και φάσης (carrier phase) από ένα αυτόνομο δέκτη GNSS για τον υπολογισμό της θέσης του με υψηλές ακρίβειες, μερικών εκατοστόμετρων ή και καλύτερες, σε οποιαδήποτε τοποθεσία. Για να διευκολυνθεί η τεχνική ΡΡΡ απαιτούνται υψηλής ακρίβειας τροχιές των δορυφόρων και μοντέλα διόρθωσης των σφαλμάτων των χρονομέτρων τους, πληροφορίες δηλαδή που είναι διαθέσιμες χωρίς κόστος από τη Διεθνή Υπηρεσία GNSS (IGS).

Η τεχνική PPP έχει γίνει πολύ δημοφιλής στις επιστημονικές και ερευνητικές κοινότητες για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια χωρίς την αναγκαιότητα ανάλυσης των μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο, για τις οποίες όμως οι εναλλακτικές δικτυακές λύσεις σχετικού εντοπισμού με το συνδυασμό δεδομένων από τοπικούς σταθμούς αναφοράς ή σταθμούς βάσης για την εκπομπή διαφορικών διορθώσεων είναι πολύ περισσότερο περίπλοκες ή μεγαλύτερου κόστους.

Δεδομένου ότι τελευταία, τα απαραίτητα βοηθητικά γεωδαιτικά προϊόντα που απαιτούν αυτές οι τεχνικές αρχίζουν σταδιακά να διατίθενται από τη Διεθνή Υπηρεσία IGS με σχετικά μικρές καθυστερήσεις (π.χ. αυτές έχουν ελαττωθεί σε περίπου 90 λεπτά της ώρας μετά από το χρόνο διεξαγωγής μιας σειράς μετρήσεων) που δεν είναι ιδιαίτερα σημαντικές για πολλές γεωδαιτικές εφαρμογές, οι τεχνικές PPP μπορούν τώρα να χρησιμοποιηθούν για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως είναι η υπεράκτια πλοήγηση σκαφών, η αεροπλοήγηση, υψηλής ακρίβειας καθοδήγηση γεωργικών οχημάτων για τις ανάγκες της γεωργίας κ.ά. Το κύριο πρόβλημα μέχρι στιγμής για εφαρμογές ΡΡΡ σε (σχεδόν) πραγματικό χρόνο είναι το σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα σύγκλισης (της τάξης από 10 έως 30 λεπτών μέχρι και 2 ωρών) του αλγορίθμου που χρησιμοποιείται για να επιτευχθεί η επιθυμητή ακρίβεια των υπολογισμένων συντεταγμένων του εκάστοτε σημείου ενδιαφέροντος.

Αποδεικνύεται ότι η τεχνική ΡΡΡ είναι στην πραγματικότητα μια διαδικασία δύο σταδίων ανάλυσης μετρήσεων. Στο πρώτο βήμα, ένας ανεξάρτητος φορέας, π.χ. η Διεθνής Υπηρεσία GNSS, αξιοποιεί τις συνεχείς μετρήσεις ενός παγκόσμιου δικτύου μονίμων σταθμών GPS, τις οποίες επεξεργάζονται ένα ή περισσότερα παγκόσμια κέντρο ανάλυσης, ενώ στο δεύτερο βήμα ο χρήστης με ένα μόνο δέκτη κάνει χρήση των προϊόντων από το πρώτο βήμα, ακόμα και χωρίς να εμπλακεί ο ίδιος στη διαδικασία της ανάλυσης των δικών του μετρήσεων, αφού κάτι τέτοιο μπορεί να γίνει εύκολα μέσω μιας εκ των διαθέσιμων Online GPS Υπηρεσιών PPP.

Αυτό σημαίνει ότι οι τεχνικές ΡΡΡ είναι σε θέση να παρέχουν σήμερα την ίδια ακρίβεια μερικών εκατοστόμετρων, ανέξοδα και με αξιοπιστία, όπως κάνουν οι δικτυακές λύσεις RTK ή σχετικού εντοπισμού, και ότι η επίλυση των ακέραιων ασαφειών φάσης πρέπει να είναι εφικτή στο πολύ άμεσο μέλλον. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες πρακτικές συνέπειες που οδηγούν σε ελαφρά χαμηλότερη απόδοση σε σύγκριση με τις δικτυακές λύσεις RTK ή λύσεις σχετικού εντοπισμού. Αυτοί οι πρακτικοί περιορισμοί, και οι πιθανές λύσεις τους, επίσης, συζητήθηκαν στη συγκεκριμένη εργασία.

Μπορείτε να ενημερωθείτε λεπτομερέστερα για τις διεθνώς διαθέσιμες GPS Υπηρεσίες PPP, τα χαρακτηριστικά τους και τις αποδόσεις τους από μια παλαιότερη (αλλά ακόμα έγκυρη και επίκαιρη) online διπλωματική εργασία (σε μορφή e-flipbook) "Συγκριτική μελέτη online υπηρεσιών μετεπεξεργασίας δεδομένων GPS", η οποία αποτελεί μια σχολαστική και συγκεντρωτική μελέτη, που αφορούσε τόσο τη δομή λειτουργίας των εν λόγω υπηρεσιών, όσο και την ποιότητα των αποτελεσμάτων τους. Εναλλακτικά μπορείτε να αναζητήστε το ψηφιακό αντίγραφό της Διπλωματικής Εργασίας (Δημοπούλου, Μ.Γ., 2008) και άλλες συναφείς εργασίες στην Ψηφιακή Βιβλιοθήκη DSpace του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.