Hazai GPS-alkalmazások
Immár tizenegy évvel ezelõtt érkeztek be az elsõ geodéziai GPS-vevõk hazánkba. Érdekes módon nálunk elõször a GPS legprecízebb alkalmazói a földmérõk figyeltek fel a mûholdas technikára, a jóval szélesebb körû felhasználók a navigáció vagy a térinformatika területérõl csak késõbb kezdtek érdeklõdni.
A jó évtizeddel ezelõtt még embargósnak számító GPS-technikával ismerkedõ szakemberekre néhány hét tanulás, kísérletezés után nagyszabású munka várt: az állami földmérés által már két évtizede végzett geodéziai hálózat pontsûrítésének a befejezése. Négyezer pont meghatározására került sor két év alatt, ami töredékét tette ki a hagyományos eljárásoknál megszokott idõnek. Pedig a GPS-technika ekkor még gyerekcipõben járt. Jellemzõ, hogy az 1990-es hatékonyság két évvel késõbb megtöbbszörözõdött. Az elsõ jelentõs siker hasznos tapasztalatokkal is járt. Kiderült, hogy az új technika pontossága nagyobb, mint a rendelkezésre álló geodéziai hálózaté. Gondot okozott azonban, hogy a kétdimenziós hagyományos geodéziai hálózatunk és a háromdimenziós geocentrikus koordinátarendszer (amelyben a GPS dolgozik) között nem volt meg a kapcsolat. A problémák megszüntetésére létre kellett hozni az Országos GPS Hálózatot (OGPSH).
Geodéziai alkalmazások
A meglévõ, mintegy 50 000 geodéziai pontból kiválasztottak egyenletes sûrûségben több mint 1100-at. Természetesen olyanokat, amelyek alkalmasak voltak a GPS-mérésre. Bár az OGPSH három évig készült, maga a mérés mindössze 40 napot vett igénybe. Ezután a mérések feldolgozásával meghatározták a pontok koordinátáit az EUREF (Európai Referencia Hálózat) koordinátarendszerben. Jelenleg az OGPSH tölti be a kapocs szerepét a hivatalos nemzeti és a világhálózat között. A GPS-hálózat az ország egyik végétõl a másikig nem torzul többet, mint 2 cm. Érdekes megnézni, vajon ehhez a különösen pontos hálózathoz képest menynyit tér el a hagyományos földi eljárással korábban készült hálózatunk (1. ábra). Az ábrán látható félméteres hibák jelentõseknek tûnnek, pedig a korabeli földi technikával ilyen pontosság elérése országos méretekben, rendkívül jó eredmény. Azt persze tudomásul kell venni, hogy ezek a hibák terhelték a térképeinket is.
1. ábra. A GPS és a hagyományos geodéziai hálózat közötti vízszintes eltérés az OGPSH pontjaiban
Az OGPSH létrehozásával a GPS-felhasználók jelentõs elõnyhöz jutottak, hiszen egységes koordinátarendszerben, 10 km-es sûrûségben rendelkezésükre állnak a GPS-koordinátával rendelkezõ pontok, amelyeket a méréseik bázispontjául használhatnak.
A GPS-hálózat létesítése jelentõs lépés volt, de nem a legnagyobb. A fejlõdés következtében az egyre olcsóbb és könnyebben kezelhetõ mûholdas technika a helymeghatározásban egyeduralkodó lett, ami kikényszeríti a következõ nagy lépést, az aktív GPS-hálózat kialakítását. Ismeretes, hogy az 1–2 cm pontos vektor gazdaságos meghatározásához, még 50 km távolságból is elegendõ 20-30 perc. Ha az országban ennek megfelelõ sûrûségben telepítünk folyamatosan üzemelõ GPS-vevõket, melyeknek az adataihoz bárki hozzáférhet, a felhasználóknak nem kell a továbbiakban bázisvevõrõl gondoskodniuk. Megvalósul tehát a földmérõk álma, a teljes mérési idõt az ismeretlen pontok meghatározására fordíthatják. A hatékonyság növekedése tehát szembetûnõ. További páratlan elõny, hogy valamennyi meghatározott pont garantáltan azonos vonatkozási rendszerbe kerül. Az aktív GPS-hálózatra támaszkodva az egész országban lehetséges akár az 1 cm pontos helymeghatározás, aminek pl. a telekviták területén lenne nagy jelentõsége. Sajnos ennek csak akkor van jogi következménye, ha az adott területen már olyan digitális alaptérkép van érvényben, melynek tartalma egyezik a telekkönyv adataival.
Az aktív hálózatnak rendkívüli a tudományos szerepe is. A hálózatban üzemelõ vevõk mérési adatait naponta, vagy még sûrûbben feldolgozzák, az eredményeket összevetve a korábbiakkal, azonnal kiugrik, ha valamelyik pontban változás áll be. Ezt a technikát hatásosan alkalmazzák a szeizmikusan aktív területeken, mint pl. Japánban, ahol közel 1000 permanens állomást üzemeltetnek, vagy az amerikai Szent András-törésvonal mentén.
A hazai aktív GPS hálózat kiépítését 2001–2003 között tervezzük, egyelõre 11 állomás létesítésével, melyek közül a penci már 1996-tól üzemel mint az IGS (Nemzetközi GPS Szolgálat) egyik állomása.
A Nemzeti Kataszteri Program az ország településeinek a korszerû digitális térképezését tûzte ki célul, ami már több éve folyik. A hatalmas munkálatok alappontsûrítéseit a földmérõ vállalkozók szinte kizárólag GPS-technikával végzik. A GPS-alkalmazás hátterének megteremtésében, valamint a mûholdas technika mérnöki alkalmazásában nem vagyunk elmaradva a világszínvonaltól.
Szélsõ pontosságok felé
A szélsõ pontosságú hazai alkalmazások közül kiemelkedik a Magyar GPS Mozgásvizsgálati Program. Tíz évvel ezelõtt a FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatóriuma (KGO) vezetésével a hazai földtudományok szakemberei kijelöltek az országban 13 tektonikailag jellemzõ helyet, és kialakították a GPS-mérésre alkalmas pontjeleket. Ezekre a pontokra a GPS-antennákat 0,1 mm pontosan lehet ismételten visszahelyezni. Az elsõ GPS-mérést 1991-ben végezték, majd kétévente megismételték. Egy mérés 3x24 órát jelent. Az eddigi öt kampány során kapott méréseket speciális tudományos szoftverrel feldolgozva, már körvonalazódnak az országban jelenleg is folyamatban levõ tektonikai mozgások. A sikeres hazai kezdeményezést mintául véve, magyar vezetéssel 11 ország részvételével, létrejött egy Közép-európai Mozgásvizsgálati Hálózat is. A 2. ábrán a két hálózat Pannon-medencére esõ pontjaiban észlelt mozgásokat láthatjuk. Természetesen a GPS alkalmazható ott is, ahol nagyobb mozgások történnek kis területen. Példaként megemlítjük, hogy a már felhagyott mecseki uránbánya területén a Budapesti Mûszaki Egyetem és a KGO szakembereinek évi több cm süllyedést sikerült tetten érniük alig két év alatt. A regionális és lokális mozgások GPS-szel végzett kimutatásában a hazai kutatások nemzetközi szinten is mintaértékûek. Ennek is köszönhetõ a KGO által szervezett, „A GPS Közép-Európában” címû nemzetközi konferenciasorozat sikere, amelyre kétévente kerül sor Pencen.
2. ábra. A hazai, ill. a Közép-európai Mozgásvizsgálati Hálózat Pannon-medencére esõ pontjaiban érzékelt mozgások iránya, nagysága és ezek hibái. Ott, ahol a hibaellipszis kisebb, mint a sebességvektor, elmondható, hogy a kimutatott mozgás már szignifikáns
A GPS-technikának a menet közbeni pozíciómeghatározási képességét lehet kamatoztatni a légi fotogrammetriában. A repülõrõl készített felvételeket az ún. illesztõpontok segítségével lehet transzformálni a valódi földfelszínre. A koordinátával rendelkezõ illesztõpontokat úgy kell megjelölni, hogy azok jól láthatóak legyenek a felvételeken. Ez költséges munka, ám minderre nem lenne szükség, ha ismernénk a repülõn elhelyezett kamera koordinátáit a felvételkészítés pillanatában. Erre képes a GPS, amellyel a differenciális GPS-technikát alkalmazva méter alatti, a kinematikus technikát alkalmazva pedig cm-es pontossággal lehet a feladatot megoldani. Ez utóbbinak a hátránya, hogy nem lehet messzebb a repülõ a bázisállomástól 20 km-nél. Az elsõ hazai sikeres kinematikus repülést a KGO végezte az egykor tervezett budapesti expó területe felett, 1994-ben. A felvételek transzformálását földi illesztõpontok nélkül is sikerült megoldani.
Az egész ország repülõgépes felmérésére a múlt évben került sor az Országos Topográfiai Program keretében. A repülõ helyzetének a meghatározását elvégezve illesztõpontok telepítésére már sor sem került.
Autópálya-építés, országos közútfelmérés és távközlés
Olvasóink valószínûleg emlékeznek azokra a sajtó-, és tévétudósításokra, melyek beszámoltak az M3-as autópálya Füzesabony és Polgár közötti szakaszának földmunkáit elõkészítõ geodéziai munkálatok megkezdésérõl. Itt a földmérõk a ma elérhetõ legkorszerûbb, valós idejû kinematikus GPS-technikát alkalmazták a földmunkát végzõ munkagépek útvonalának kijelölésére, a mûtárgyak pozícióinak kitûzésére. Döbbenetes belegondolni, hogy ezeket a feladatokat mûholdak segítségével, földi pontok látása nélkül (tehát például ködben, vagy sûrû havazásban is, amikor a földmérõk korábban sokszor nem dolgozhattak) néhány centiméter pontossággal tudták elvégezni.
Ugyancsak a mozgás közbeni helymeghatározást használták ki az útfeltérképezés kapcsán kifejlesztett SatNav Van rendszerben. A SatNav Van jelenlegi elsõdleges célja, hogy a magyar állami közúti úthálózat GPS felmérése révén megbízható információkat szolgáltasson az Országos Közúti Adatbank adatainak folyamatos aktualizálásához, illetve bõvítéséhez, az útgazdálkodási rendszerek használatához. A SatNav Van korszerû mûholdas és inerciális helymeghatározó rendszerekkel felszerelve járja be a teljes közúthálózatot, és eközben folyamatosan sztereokamerákkal rögzíti az útról látható terep- és mûtárgyakat. A rögzített adatok számítógépre vitele után a feladatra optimalizált kiértékelõ program segítségével lehet a képen felismerhetõ objektumok helyét az ország teljes területén egységesen 1 méter pontossággal meghatározni. Eddig már 6000 km-nyi közúthálózat felmérésre került sor. A rendszer két fõ elembõl áll. Az adatgyûjtõ mozgó mérõállomásegy erre a célra átalakított gépjármûben foglal helyet. A mérõ-összeállítás tartalmazza a mûholdas (GPS) és inerciális helymeghatározó rendszereket, a sztereo képrögzítõ rendszert, az adatforrások szinkronizációjához összeállított célszámítógépet, valamint az ezek üzemeltetéséhez szükséges egyéb eszközöket. Az adatrögzítés számítógép által vezérelt, automatizált folyamat.
A rendszer másik eleme a kiértékelõ program.A program két ablakban jeleníti meg a mérés adott pontjában rögzített felvételeket és egy harmadik ablakban a digitális térképet. A képeken látható objektumokra kattintva a program meghatározza azok pozícióját, és a térképen, illetve egyszerûsített szimbólumokkal a képeken is megjeleníti azokat. A felhasználó kiválaszthatja, hogy milyen típusú elemek kiértékelését végzi, és ekkor azok speciális, erre a típusra jellemzõ módszerekkel vihetõk be a rendszerbe. Ezen kívül egy útszakaszról tetszõleges idõpontban felvett képsorozatokat tárolhat, így az adott állapot mellett a változásokat, folyamatokat is rögzíteni lehet.
Ha már az infrastruktúra-fejlesztéseknél tartunk, akkor érdemes még azt is megemlíteni, hogy napjainkban a mobiltelefon-szolgáltatók mérõautóinak a GPS-vevõk épp olyan természetes tartozékai, mint a különféle mérõmûszerek, vagy a „fedélzeti” notebook PC-ken futó digitális térképek. Ezek a rendszerek lehetõvé teszik, hogy a mobiltelefon-szolgáltatók a szolgáltatás minõségére vonatkozó méréseikhez azonnal koordinátát rendeljenek, és az digitális térképen azonnal meg is jelenjen.
Földön, vízen, levegõben
A megemlített példák mellett több meglepõ hazai területen is használják a GPS páratlan elõnyeit. E technikával már a kilencvenes évek elején végeztek talajminõség vizsgálatot az ország teljes területén. A helyszínre érkezett szakemberek ameddig mintát vettek a talajból, bekapcsoltak egy térinformatikai GPS vevõt, ami 50–100 m pontossággal meghatározta a hely koordinátáit. Ez a pontosság nem volt elegendõ, ezért a KGO-ban üzemelõ GPS-vevõ adataival feljavították a méréseket 2–3 méterre. Az így meghatározott helyeket azután a késõbbiekben GPS-navigációval fel tudták keresni.
Néhány évvel ezelõtt a Földmérési és Távérzékelési Intézet államhatárügyi osztályának valamint az Alsó-Tiszavidéki Vízügyi Igazgatóságnak a szakemberei – a nemzetközi szerzõdéseknek megfelelõen – sort kerítettetek a Maros folyó egy államhatár-szakaszának a felmérésére. Az említett, mintegy 12 kilométer hosszú szakasz a magyar–román határ részét képezi, és mint határfolyó tízévenkénti újratérképezése elõírás. Ez alkalommal a méréseket a legkorszerûbb, GPS-helymeghatározás segítette a tíz évvel korábbi, optikai mérésekkel szemben. A technológiák különbségébõl adódóan ugyanazt a felmérési munkát, melyet a nyolcvanas évek végén mintegy két tucat ember közel három hét alatt végezte el, tíz évvel késõbb már tíz ember hajtotta végre, kevesebb mint két hét alatt.
Magyarországon a földmérõk után valószínûleg a kisebb motoros, és vitorlázó repülõgépeket vezetõ sport-, és szabadidõ-pilóták voltak azok, akik másodikként (már 1992–93-tól) elkezdték használni az akkor már elérhetõ árúnak számító GPS-vevõket. Ezek nemcsak a navigáció biztonságát javították, hanem akár üzemanyag-megtakarítást is jelenthettek. Napjainkra olyannyira elterjedtek, hogy például a Magyar Repülõszövetség vitorlázórepülõ-versenyein a fordulópontok azonosítására korábban használt fotózásos módszert is elkezdték kiszorítani. A mai, komolyabb nemzetközi és hazai versenyeken a pontok azonosítása már GPS-es koordináta tárolással, és késõbbi PC-s kiértékeléssel történik. Ma hazánk légterében már nagyon nehéz lenne olyan sárkányost, siklóernyõst, vitorlázó-, vagy motorospilótát találni, aki hosszabb útvonalrepülésre egy egyszerû, és mindössze néhány tízezer forintos GPS-készülék nélkül indulna el.
Természetesen a GPS mint katonai navigációs rendszer a hadseregekben is egyre elterjedtebb. A NATO-célokra felajánlott magyar szállító helikopterekben éppúgy megtalálhatók a GPS-vevõk, mint hazánk békefenntartó kontingenseiben.
Használták a GPS-technikát a régészek, a kunhalmok helyének meghatározására, a barlangászok a barlang bejáratok feltérképezésére, de még a galambröptetõk is a dúcok helyének bemérésére (hogy aztán a dúcok pontos koordinátáinak ismeretében, meghatározhassák az azok közötti távolságot, s így, nagy pontossággal a versenymadarak által megtett távolságot is). A mûholdas technika segítségére támaszkodnak továbbá az élelmiszerek minõségvizsgálói, akik feltérképezik a mérés helyét, és a zoológusok, akiket a szarvasok csapásiránya, vonulása érdekel.
E cikkben közel sem merítettük ki a GPS-hasznosítás teljes kelléktárát, nem beszéltünk pl. a gépkocsilopások elleni bevetésérõl, vagy arról a lehetõségrõl, hogy a mobiltelefonokat összekötve a GPS-szel, a jövõben segélyhíváskor a hívott fél automatikusan tudja, hol történt az eset. Mivel az informatika, a térinformatika, a digitális térképek használata és a távközlés szinte a társadalom minden területét átszövi, a GPS-felhasználás lehetõségei beláthatatlanok.
| Természet Világa,
2001. II. különszám |
Világûr
http://www.chemonet.hu/TermVil/ http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/ |
Vissza a tartalomjegyzékhez