Tech Chat | A napviharok hatása az RTK‑felmérésre
A tapasztalt földmérők találkozhattak már olyan időszakkal, amikor az RTK-eszköz még kifogástalan felszereléssel, nyílt égbolt alatt is nehezen ért el fix megoldást, majd később minden visszatért a normális működéshez. Ezt nagy valószínűséggel napvihar okozta.
Az utóbbi időben világszerte – például Vietnámban és Indiában – is tapasztalható lehetett, hogy az RTK-eszközök nehezebben érnek el fix megoldást. Ennek oka, hogy jelenleg a napviharok aktív időszakát éljük.
Hogyan hatnak a napviharok az RTK-felmérésre? Milyen hatásuk van a 2023-as napviharoknak? Mit tehetünk egy ilyen különleges időszakban a mérési eredmények megbízhatóságáért?
Mi az ionoszférikus hiba?
Az RTK-mérés során a műholdjel áthalad a légkörön, mielőtt a vevő érzékeli; közben különféle hibák keletkeznek. Az ionoszféra aktív, nagy energiájú részecskéi kettős hatást gyakorolnak a műholdjelekre: megváltoztathatják a jel terjedési idejét és terjedési útját is.
Az ionoszféra folyamatosan változik. Részecskéit a napsugárzás ionizálja, ezért állapota napkeltével és napnyugtával is változik. Éjszaka, napsugárzás hiányában a korábban ionizált részecskék újraegyesülnek és semlegessé válnak, így az ionoszféra ritkul. A napsugárzás mellett számos, az űrből és a Földről származó zavarforrás is kiszámíthatatlan változásokat okoz benne, ezért egy adott időpontra nem határozható meg pontosan az ionoszféra állapota.
Az RTK-algoritmusokban az ionoszférikus késleltetés kettős különbségképzéssel küszöbölhető ki. Ez azon a feltételezésen alapul, hogy a műhold és a földi bázisállomás, illetve a műhold és a rover közötti késleltetés azonos. Ez az egyezés az alapvonal hosszának és az ionoszféra aktivitásának növekedésével romlik. Hosszú alapvonalú RTK-számításnál az elterjedt ionoszféramentes lineáris kombináció kiküszöbölheti az ionoszférikus hatás elsőrendű tagját, ugyanakkor felerősíti a zajt és a többutas terjedés hatását. A hálózati RTK virtuális referenciaállomás-algoritmusainál az alapvonalhossztól és az ionoszféra aktivitásától függő interpolációs modelleket is vizsgálnak. Túlzott ionoszférikus aktivitás esetén azonban a VRS-adatok pontossága jelentősen csökken.
Hogyan hatnak a napviharok az RTK-ra?
Ahogy korábban említettük, az ionoszférát a napsugárzás által ionizált részecskék alkotják. A napviharok aktív időszakában ezért az ionoszféra is erősen aktívvá válik, ami növeli az RTK mérési hibáját, megnehezíti a fix megoldás elérését és rontja a pontosságot.
A napviharok hatása a GNSS-re 2023-ban
A napviharok hatásának értékelésére rendszerint az F10.7 indexet használjuk. Ez a Nap 10,7 cm-es hullámhosszon mért rádiófluxusa (10-22w.m-2.Hz-1), amely a hevítő és ionizáló hatást jellemzi.
A Space Environment Prediction Center rendszeresen ad ki rövid és középtávú F10.7-előrejelzéseket, és értékeli, illetve ellenőrzi a rövid távú előrejelzések eredményeit. Az értékelt mennyiség a következő három napra előre jelzett F10.7-érték; a mért referenciaérték a kanadai Penticton állomás napi megfigyelési adata.
Az alábbi ábra szerint a földi ionoszférához kapcsolódó F10.7-érték 2023 áprilisa és júniusa között éri el csúcsát, ami a napviharokkal érintett területeken befolyásolja a navigációt, a helymeghatározást és az időszinkronizálást.
1. ábra: A napciklus 10,7 cm-es rádiófluxusának alakulása
Adatforrás: Space Environment Prediction Center, Chinese Academy of Sciences
Mit tehetünk napvihar idején?
Az ionoszférikus hibák műholdjelekre gyakorolt hatásának csökkentése érdekében a BeiDou navigációs rendszer ionoszférikus paramétereket sugároz a navigációs üzenetben, hogy a felhasználók korrigálhassák a késleltetési hibát. A B1I/B3I jelek a Klobuchar-modell, a B1C/B2a jelek a BDGIM ionoszféramodell paramétereit szolgáltatják.
Globális észlelési adatokból az ionoszférikus késleltetés pontosabb meghatározásával nagyobb pontosság érhető el (2–9 TECU).
2. ábra: Globális ionoszfératérkép
Adatforrás: Test and Assessment Research Center of China Satellite Navigation Office
Az alábbi ábrák a három fő GNSS-rendszer – GPS, BDS és Galileo – ionoszféra által befolyásolt helymeghatározási pontosságát mutatják globális léptékben.
3. ábra: A BDS BDGIM ionoszférikus korrekciójának aktuális pontossága április 23-án 07:00-kor
4. ábra: A GALILEO NeQuick ionoszférikus korrekciójának aktuális pontossága április 23-án 07:00-kor
5. ábra: A GPS Klobuchar ionoszférikus korrekciójának aktuális pontossága április 23-án 07:00-kor
Adatforrás: International GNSS Monitoring & Assessment System
A navigációs rendszerek ionoszférikus paramétereinek használatán túl az egyes felhasználók az alábbi módszerekkel is mérsékelhetik a napviharok hatását:
Az ionoszféra aktivitását főként a napsugárzás befolyásolja; választhatunk éjszakai munkavégzést, amikor a naptevékenység hatása viszonylag kevésbé intenzív.
Nappali munkavégzéskor, nagyon aktív ionoszféra esetén viszonylag megbízható módszer a bázisállomás és a rover közötti rövid alapvonal használata.
Válasszon nagy teljesítményű RTK-vevőt, amely aktív napviharok idején is segít nagy pontosságú méréseket végezni.